ZEISS Lattice Lightsheet 7
Volumetrische Langzeitaufnahmen lebender Zellen
ZEISS Lattice Lightsheet 7 stellt die Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie für das Live Cell Imaging mit subzellulärer Auflösung zur Verfügung. Dabei können Sie weiterhin Ihre Standard-Probenträger verwenden. Mit diesem automatisierten, anwenderfreundlichen System wird die volumetrische Abbildung von subzellulären Strukturen und Dynamiken über Stunden und Tage bei optimalem Schutz vor phototoxischen Effekten für jeden verfügbar. Entdecken Sie die Dynamik des Lebens in noch nie dagewesener Detailtiefe – mit einer Leichtigkeit, die Sie nie für möglich gehalten hätten!
Die subzelluläre Dynamik des Lebens entdecken
Lattice Lichtblatt-Technologie ist jetzt zugänglich für jeden
Das schonende Lichtblatt-Imaging bei hoher Auflösung ist für die Untersuchung subzellulärer Prozesse von größter Bedeutung. Mit Lattice Lightsheet 7 ermöglicht ZEISS den überraschend einfachen Zugang zu den Vorteilen dieser fortschrittlichen Technologie. Sie können lebende Proben direkt auf den Standard-Probenträgern untersuchen, die Sie bereits für die konfokale Mikroskopie verwenden, ohne Ihre gewohnte Probenvorbereitung anpassen zu müssen. Komplexe Kalibrierungen werden in diesem System automatisch durchgeführt, damit Sie Ihre volle Aufmerksamkeit auf Ihre Experimente richten können.
Einfach gut – weil so gut wie keine Phototoxizität oder Photobleaching
Sie möchten die Dynamik des Lebens in subzellulärer Auflösung beobachten und untersuchen, wie sich feinste Strukturen im Laufe der Zeit verändern? Aber Ihre bildgebenden Systeme stoßen dabei schnell an ihre Grenzen, weil sie zu invasiv sind und das, was Sie beobachten, zerstören? Die Lattice-Technologie von ZEISS Lattice Lightsheet 7 hingegen passt sich automatisch an die empfindlichen Proben an. Das reduziert Photobleaching und Phototoxizität deutlich, sodass Ihre Experimente über Stunden und sogar Tage fortgesetzt werden können. Die kontrollierte Inkubationsumgebung und ein integrierter Autoimmersionsmechanismus machen auch unbeaufsichtigte Langzeitexperimente möglich.
Video: LLC-PK1-Zelle bei der Mitose. Die Zellen exprimieren H2B-mCherry (cyan) und α-Tubulin-mEGFP (magenta) und wurden über einen Zeitraum von 25 Stunden aufgezeichnet.
Volumetrisches Imaging bei hoher Geschwindigkeit
Die extrem schnelle Bildaufnahme von ZEISS Lattice Lightsheet 7 kann bis zu drei Volumenscans pro Sekunde aufnehmen. Da die Dynamik Ihrer Proben in deren vollem Volumen in hoher zeitlicher Auflösung aufgenommen wird, verpassen Sie auf Ihrem Deckglas kein interessantes Ereignis mehr. Die nahezu isotrope räumliche Auflösung entlang der X-, Y- und Z-Achse erzeugt dreidimensionale Bilder, in denen detaillierte Strukturen in verzerrungsfreien Proportionen wiedergegeben werden. Die Bildaufnahme in bis zu drei Farben wird durch ein Umschalten der Laserkanäle ermöglicht. Dieses ist so schnell, dass die Farben quasi gleichzeitig dargestellt werden, allerdings bei reduziertem Crosstalk.
Video: Mit Tomm20-mEmerald und Calreticulin-tdTomato transient transfizierte COS-7-Zelle. Das Beispiel zeigt das ER, das sich um Mitochondrien legt und die mitochondriale Teilung unterstützt.
Die Technologie dahinter
Das Prinzip der Lattice-Lichtblattmikroskopie
Lichtblattmikroskopie
Diese Art der Mikroskopie (auch Gaußsche Lichtblattmikroskopie genannt) ist allgemein für schonende Imaging-Bedingungen bei hervorragender Aufnahmegeschwindigkeit bekannt. Das bahnbrechende Konzept der Entkopplung von Anregung und Detektion ermöglicht es, nur den Teil der Probe zu beleuchten, der sich in der Brennebene des Detektionsobjektivs befindet. Wenn Sie das Lichtblatt im Verhältnis zur Probe bewegen und ein Bild pro Fokusebene aufnehmen, können Sie volumetrische Daten erfassen, ohne die unscharfen Probenbereiche zu belichten.
Lattice-Lichtblattmikroskopie
Hier werden die Vorteile der Lichtblattmikroskopie mit einer nahezu isotropen Auflösung im konfokalen Bereich vereint. Die fortschrittliche Strahlformungstechnologie erzeugt gitterförmige Lichtblätter, die deutlich dünner sind als standardmäßige Gaußsche Lichtblätter und somit eine höhere Auflösung bei vergleichbarer Imaging-Geschwindigkeit bieten. Die Gitterstruktur des Lichtblatts wird mit einem räumlichen Lichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM) erzeugt. Scanner rastern die Gitterstruktur über das sogenannte Dithering-Verfahren zu einem glatten Lichtblatt, welches dann durch die Probe projiziert wird.
Die Implementierung der Lattice-Lichtblattmikroskopie durch ZEISS
Bei der Entwicklung von Lattice Lightsheet 7 hat ZEISS besonderes Augenmerk auf die Benutzerfreundlichkeit und die Kompatibilität mit gängigen Techniken der Probenvorbereitung gelegt. Eine inverse Konfiguration ist die wichtigste Voraussetzung, um die Verwendung von Probenträgern für die hochauflösende Mikroskopie zu ermöglichen. Die Herausforderungen, die sich aus einer inversen Konfiguration ergeben, sind hauptsächlich die Abweichungen im Brechungsindex: Weil die Fluoreszenz von der Probe emittiert wird, durchläuft sie wässrige Zellkulturmedien, ein gekipptes Deckglas und eine Wasserimmersion, bevor sie das Detektionsobjektiv erreicht.
Unerreichte ZEISS Optiken
Spezielle proprietäre optische Elemente von ZEISS im Detektionsstrahlengang kompensieren Abweichungen des Brechungsindexes und ermöglichen es Ihnen, Proben so einfach und schnell wie mit einem konfokalen Mikroskop abzubilden.
Produktmerkmale
Verwendung von Standard-Probenträgern
- Objektträger
- 35-mm-Schalen
- Kammerobjektträger
- Multiwellplatten
Schnelle und schonende Probenlokalisierung
Mit den integrierten Transmissions-LEDs und der schrägen Beleuchtung, die einen DIC-ähnlichen Kontrast bieten, können Sie Ihre Probe leicht lokalisieren. Für eine schonendere Beleuchtung kann bei Bedarf von weißen zu roten Transmissions-LEDs gewechselt werden. Und bei Langzeitbeobachtungen können Sie zusätzlich einen Durchlichtkanal hinzufügen.
Automatische Probennivellierung
Der speziell für dieses System entwickelte, einzigartige 5-Achsen-Tisch ermöglicht nicht nur die Bewegung entlang der X-, Y- und Z-Achse, sondern auch die Kippung in X und Y mit höchster Präzision. Dadurch werden selbst kleinste Abweichungen der Zellkulturschalen-Abmessungen oder der Probenposition ausgeglichen. Die Nivellierung Ihrer Probe erfolgt automatisch, was Sie von mühsamen manuellen Verfahren entlastet.
ZEISS Lattice Lightsheet 7 – Strahlengang
Automatische Ausrichtung aller optischen Elemente
Um ideale Imaging-Ergebnisse zu erzielen, muss das Lattice Lichtblatt an jede Probe angepasst werden. Deshalb hat ZEISS eine automatische Ausrichtung aller optischen Elemente implementiert, wodurch zeitaufwändige manuelle Einstellungen entfallen. Das innovative Design des Anregungsstrahlengangs ermöglicht einen schnellen Wechsel der Laserlinien, ohne dass dies eine Umprogrammierung des Spatial Light Modulator (SLM) erforderlich macht. Daher können die Datensätze unterschiedlicher Kanäle quasi parallel erfasst werden, sodass Ihnen keine interessanten Ereignisse in Ihrer Probe mehr entgehen.
Verdoppelte zeitliche Auflösung mit zwei Kameras
Das innovative Design des Anregungsstrahlengangs ermöglicht die simultane Anregung der Probe mit mehreren Laserlinien. In Kombination mit zwei ORCA-Fusion-Kameras von Hamamatsu ist so ein wirklich simultanes Imaging von zwei Kanälen möglich – das ist ausschlaggebend für eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. ratiometrische Experimente. Mit dem Dual-Kamera-System können auch Einzel-Bandpassfilter vor jeder der beiden Kameras genutzt werden, um die Signalüberlagerung zu minimieren und so ultraklare Ergebnisse zu erzielen, ohne Abstriche bei der Schnelligkeit hinnehmen zu müssen.
Unbeaufsichtigte Langzeitexperimente
Inkubation: Ein integriertes Inkubationssystem sorgt für Langzeitstabilität bei sich verändernden Umgebungsbedingungen. Das Mikroskop steuert und überwacht die Temperatur, die CO2- und O2-Werte sowie die Luftfeuchtigkeit automatisch, um die Integrität Ihrer Probe während der Experimente aufrechtzuerhalten. Der Deckel mit Glasfenster ermöglicht eine schnelle und einfache Sicht auf die Probe. So kann diese während eines Versuchdurchlaufs leichter überprüft werden.
Autoimmersion: Nach dem Entlüften des Wasserimmersionssystems wird die Immersion entsprechend den Anforderungen des Experiments erneuert. Das Zuführen des Immersionsmediums ist softwaregesteuert, sodass Sie sich keine Sorgen machen müssen, dass die Bildaufnahme gestört wird. Das Reservoir ist vor Beleuchtung geschützt, um ein Bakterienwachstum zu vermindern. Die Objektive sind von dem zugeführten Immersionsmedium abgeschirmt, daher bleiben sie trocken, selbst wenn ein Überschuss an Wasser hinzugefügt würde.
Typische Anwendungen
ZEISS Lattice Lightsheet 7 in der Anwendung
Lamin-B1 im Einsatz
Lamin-B1 lokalisiert sich an der Kernhülle und ist am Abbau und der Neubildung der Kernhülle während der Mitose beteiligt. Während mitotischer Ereignisse in unterschiedlichen Stadien des Zellzyklus wurde bei vielen verschiedenen Zelltypen häufig die Bildung von sogenannten „Kerninvaginationen“ festgestellt. Kerninvaginationen können sich als röhrenförmige Strukturen manifestieren, die von der Kernhülle ausgehen und den Zellkern durchqueren. Obwohl über diese einzigartigen Strukturen schon häufig berichtet wurde, wurden die meisten Untersuchungen bisher mit fixierten Zellen durchgeführt. Trotz zahlreicher Hypothesen ist die Funktion dieser Strukturen folglich weitgehend unbekannt.
Dieser Datensatz wurde mit einer Zelllinie des Allen Institute for Cell Science in Seattle aufgezeichnet: menschliche induzierte pluripotente Stammzellen, die endogen mEGFP-markiertes Lamin-B1 exprimieren (AICS-0013). Die Aufzeichnung des Experiments erfolgte über fast 8 Stunden, wobei alle 1,5 Minuten ein Volumen aufgenommen wurde. Zellen, die eine Mitose durchlaufen, können über die gesamte Dauer beobachtet werden. In den meisten Zellen kann die Bildung und Dynamik von Kerninvaginationen über den gesamten Zellzyklus deutlich beobachtet werden.
Eine schonende Beleuchtung ist für das Imaging der Mitose entscheidend, da dieser Prozess extrem sensibel und lichtempfindlich ist. Um die Replikation geschädigter DNA zu verhindern, stoppen die Zellen die Mitose, sobald eine Schädigung durch Anregungslicht vorliegt. Um mitotische Ereignisse über längere Zeiträume abbilden zu können, ist die schonende Bildgebung des Lattice Lightsheet 7 und ein äußerst stabiles System erforderlich. Das schnelle volumetrische Imaging in Kombination mit der nahezu isotropen Auflösung ermöglichen es, die Probe aus jedem Winkel zu betrachten und jedes Detail einzigartiger subzellulärer Strukturen zu untersuchen. ZEISS Lattice Lightsheet 7 ist das ideale Gerät für anspruchsvolle Experimente wie dieses. Anwendungen, die vorher als unmöglich galten, werden möglich – und aufgrund der benutzerfreundlichen Funktionsweise lassen sich diese auch für Ihre Forschung nutzen.
Zuverlässige Untersuchung von Kolokalisation
Um bei der Untersuchung von Kolokalisationen keinen Irrtümern aufzuliegen, müssen Sie Signalüberlagerungen ausschließen können. Wenn Sie sich aus diesem Grund dafür entscheiden, Einzel-Bandpassfilter einzusetzen, bedeutet dies jedoch einen Filterwechsel während des Imagings – dadurch wird die Bildgebung so sehr verlangsamt, dass erhebliche Verschiebungen zwischen Strukturen entstehen können, die sich eigentlich überlagern. Damit können Sie sich niemals vollständig auf Ihre Ergebnisse zur Kolokalisation und die beobachteten Interaktionen verlassen. Das Dual-Kamera-System befreit Sie aus dieser Zwickmühle. Denn es sorgt dafür, dass Sie den erfassten Daten und den daraus gewonnenen Ergebnissen und Erkenntnissen absolut vertrauen können.
Mit MitoTracker Green FM (grün) und MitoTracker Red CMXRos (magenta) eingefärbte U2OS-Zellen. Beide Farbstoffe dienen der Lokalisation von Mitochondrien und sollten daher immer kolokalisieren. Links: mit Einzelkamera-Konfiguration. Eine Verzögerung der Aufnahmezeiten zwischen den beiden Kanälen sorgt für eine räumliche Verschiebung der Strukturen. Rechts: Dual-Kamera-Konfiguration. Wie erwartet überlagern sich die Strukturen komplett. Während in der Einzelkamera-Konfiguration nur 16 Zeitpunkte aufgezeichnet werden konnten, wurden hier in derselben Zeitspanne 60 Zeitpunkte aufgenommen.
Entwicklung des Lebens in frühen Stadien
Eizellen
Lebende Maus-Eizellen, arretiert in der Metaphase II
Lebende Maus-Eizellen, arretiert in der Metaphase II und Färbung der Mitochondrien (cyan), Mikrotubuli (magenta) und Chromosomen (gelb). Probe mit freundlicher Genehmigung von C. So, MPI Göttingen, Deutschland.
Die Entwicklung des Lebens kleiner, sich entwickelnder Organismen
Zebrafisch, C. elegans, Drosophila
Zebrafisch-Embryo: Transportierende mRNA-Moleküle
Transportierende mRNA-Moleküle wurden in arivis Vision4D® verfolgt. Die Bewegung des Zebrafisch-Embryos wurde zunächst anhand einer Zellkern-Referenzspur korrigiert. Anschließend wurden einzelne mRNA-Moleküle im Zeitverlauf verfolgt, um Statistiken wie Geschwindigkeit und Richtungsabhängigkeit zu erhalten. Probe mit freundlicher Genehmigung von Prof. Andrew Oates, EPFL, Schweiz.
Entwicklung von 3D-Zellmodellen
Sphäroide und Organoide sind In-vitro-Modelle von Organen – viel kleiner und einfacher, aber einfach herzustellen und damit für Entwicklungsbiologen ein unschätzbares Instrument für die Untersuchung der Organentwicklung. Im Gegensatz zu Zellkulturen, die in der Regel nur aus einer Monoschicht von Zellen bestehen, bilden Zellen in sphäroiden/organoiden dreidimensionale Strukturen, die die Untersuchung von Zellmigration und -differenzierung in 3D-Zellmodellen ermöglichen. Mit der Lattice Lichtblatt-Mikroskopie wird das Imaging der Entwicklung und Selbstorganisation von Organoiden Realität. Hier sehen wir eine 3D-Darstellung eines Sphäroids bestehend aus Zellen, die H2B-mCherry (cyan) und α-Tubulin-mEGFP (magenta) exprimieren. Nicht jede Zelle ist markiert.