ZEISS Lattice SIM 3

イメージング実験では、より高速なイメージングと露光回数の低減が常に求められています。Lattice SIM構造化照明パターンが正確かつ柔軟であることに加え、画像再構築ソフトウェアによって、SIM Apotome取得モードのために必要となるフェーズ画像数を大幅に削減することが可能となります。また、重要なのは、この場合でも最終画像での解像度の低下を最小限に抑えられることです。SIM Apotome取得では、1フレームあたり3フェーズ画像で操作できるようになり、イメージング速度も66%向上します。速度の向上は、組織切片のような広範囲の試料の高速スクリーニングにも有効です。

リープモードと組み合わせると、最終フレームあたりのフェーズ画像の数をさらに減らして、低ダメージな超解像イメージングを実現することができます。

バーストモード処理では、ローリングウィンドウアプローチにより生体試料のプロセスを最大255 fpsで観察できます。またバーストモードは撮影後のステップであるため、取得済みのデータセットでフレキシブルに使用可能です。データ分析に必要な時間分解能を決定できます。

3Dの高速イメージングという困難な課題に対しては、リープモードで撮影することにより、イメージング時間を短縮し、試料への露光量を抑えることができます。これは、ボリュームイメージングの速度を3倍に高め、露光量を三分の一に減らすために、3面毎に1面だけをイメージングすることによって実現します。

組織切片の免疫蛍光法は、病原体と免疫細胞の分布や相互作用を調べるために、免疫学研究として一般的に用いられています。これらはすべて、病原性疾患の新しい治療法を開発することを目的としています。説得力のある結果を得るには、関連領域を見逃さないようにすべての切片をイメージングするだけでなく、個々のイベントを識別し定量化するのに十分な分解能でイメージングすることが重要です。

ここに示すアプリケーション例では、リーシュマニア原虫感染部位と関連のあるCD8細胞の分布を調べるために、皮膚組織切片をイメージングしました。拡大された領域はデジタルズームインのみで、オーバービュー画像の任意の領域にズームインし、細胞核、CD8細胞、リーシュマニア原虫を定量化することが可能です。

シナプス構造、特にシナプス小胞が放出される活性化部位は、シグナル伝達と神経細胞の適切な機能において重要な役割を担っています。アクティブゾーンのイメージングには、標準的な共焦点顕微鏡で得られる範囲を超える解像度が必要です。

Sean Sweeney教授のラボでは、神経細胞の生存と代謝反応の制御因子である新規変異体を研究しています。神経系とシナプスがシナプトタグミンで同時にラベリングされ、シナプスの一般構造およびシナプス前小胞の分布が観察できます。超解像顕微鏡は、シナプスの構造と活性化領域の組成の違いを特定し、定量化するのに役立ちます。

生酵母菌細胞は、蛍光顕微鏡観察において最も困難な試料の一つです。非常に光に敏感で、一般的な細胞株よりも小さいという特徴があります。さらに、酵母細胞は懸濁液中で増殖するため、培養皿の中で自由に動くことができ、はっきりとした方向性を持たない球形をしています。こうした課題にすべて対応するには、あらゆる空間次元において、高分解能と組み合わせた極めて低ダメージな高速イメージングが必要となります。

SIM² Apotomeは、生酵母菌細胞を超解像度でイメージングするのに最適なツールであることに加え、細胞を長時間観察するのに十分な高速かつ低ダメージイメージングを実現します。この例は、この独自の機能を明確に示しています。様々な細胞内コンパートメント（表面マーカー、エンドソーム、液胞、小胞体）がSuperfolder GFPでタグ付けされ、12時間イメージングされました。

SIM Apotomeでは、フェーズ画像数を削減し、リープモードと組み合わせることにより、大容量のイメージングが極めて高速かつ高効率に行えます。最終的な再構築画像に対して、たった1枚のオリジナル画像のみを撮影することで、大容量でも高速処理が可能となります。関心領域を選択し、対物レンズを切り替えてLattice SIMを使用することにより、試料全体のコンテキスト内で最大140 nmの横方向の超解像画像が取得できるようになります。

Tang教授とそのチームによって開発された新しい透明化・包埋テクノロジー（Hsiao et al., Nature Communications 2023）とSIM Apotomeの利点および優れた画像再構築テクノロジーを組み合わせることで、3 mm x 4 mm、約200 µmの厚さのマウス腸切片全体を数分以内にイメージングすることができました。深部であっても、血管や神経のネットワークを非常に詳細に視覚化できます。