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仮）顕微鏡の概念を変える

生命科学分野の活用事例
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共焦点レーザー走査型顕微鏡 LSM 910 / 990

共焦点プラットフォーム

拡張性の高い共焦点顕微鏡をすべての生命科学研究に

はじめての一枚から論文品質へ、信頼の共焦点

  • LSM 910 / 990は、高感度検出・スペクトル分離・多次元計測を統合した共焦点プラットフォーム。ZENソフトウェアにより、セットアップから取得・解析まで再現性の高いワークフローを提供します
  • LSM 910はコア性能のバランスが良く、多目的運用に最適です。LSM 990は、速度・感度・解像の同時最適化や拡張に強く、ライブセルや多色定量、大規模3D/4Dデータに有利です
  • LSM910 / 990 のオプションモジュールとして、生体を一瞬で3D撮影する「LSM Lightfield 4D」、高感度な超解像イメージング／分子特性評価「LSM Airyscan」、全波長にわたる多重蛍光イメージング「Spectal Multiplex」をご用意
  • AiryscanやMultiplexモードと組み合わせることで、光毒性を抑えながら高S/Nと解像度を両立。多彩なサンプル・色数・撮像条件に柔軟に対応します

LSM Lightfield 4D

LSM 910/990オプションモジュール

空間（XYZ）と時間（T）を統合した生きた試料での体積タイムラプスを取得

なぜ爆速3Dタイムラプス撮影ができるのか

  • Lightfiled 4Dは、3Dを撮影するのに Z-stack を必要としません。これまでの顕微鏡に存在しなかった「ボリュームイメージング」という新しい概念と共に、新しい研究プロセスをご提案します

→　Z-stack不要のため、最大 80 volume/秒という爆速の3Dタイムラプスが撮影できます
→　Z-stack不要のため、3次元方向に完全時間同一なイメージングができます
→　Z-stack不要のため、今まで以上に低光ダメージのイメージングが可能です

  • スマートなレンジ設定やチャンネル管理、デノイズ・デコンボリューションなどの後処理を組み合わせ、可視化と定量解析の双方を強化します
  • ZEISS顕微鏡の取得・制御・解析を統合するソフトウェアプラットフォーム「ZEN」による自動化テンプレートで、再現性を確保し、細胞骨格やオルガネラダイナミクスなどの微細動態を、速度・解像・感度のバランスを取りながら把握可能です

最先端研究者が語る、LSM Lightfield 4D が選ばれる理由

  • 想像以上に深部まで高速でイメージングでき驚きました。組織全体の動きを捉えることが可能になったので、解析の精度向上や、新たな研究展開が期待できそうです。

    関根 清薫 先生　　　　　 東京科学大学 総合研究院 細胞制御工学研究センター

  • Lightfield 4D の時間分解能、低毒性、及び核、細胞レベルを識別できる十分な分解能の全ての特徴を体感することができた。予想をはるかに上回ってきた。

    松井 貴輝 准教授 奈良先端科学技術大学院大学 遺伝子発現制御研究室

  • コメントあれば追加

    谷口 俊介 先生 筑波大学 下田臨海実験センター

  • ブラウン運動のような高速で動く現象も、3次元で正確に捉えることができる。


    これまで、3次元的かつ高速な動きのために観察を諦めていたさまざまな生命現象を、本顕微鏡によって捉えられるのではないか?

    山本 達也 様 筑波大学 高等研究院 微⽣物サステイナビリティ研究センター


LSM Lightfield 4D 活用事例1
濃度変化サンプルでも：3次元完全時間同一ライブイメージング

サンプルおよび画像ご提供 / 奈良先端科学技術大学院大学 遺伝子発現制御研究室 松井 貴輝 准教授

  • MIP イメージ

    GCaMP を発現させたゼブラフィッシュ1日目胚の3Dカルシウムイメージング

    ゼブラフィッシュ胚の頭部の上皮シート（赤）における自発的カルシウム濃度上昇（緑）

    *LD LCI Plan-Apo 25x / 0.8 Multi immersion
    *Lightfield 4D による 1 color / 5 sec で、30分間の Live imagingを実施
    *MIP (Maximum Intensity Projection) とは、複数画像から最も明るい（強度が高い）部分だけを合成して表示する画像処理技術のこと

  • 3D View イメージ

    GCaMP を発現させたゼブラフィッシュ1日目胚の3Dカルシウムイメージング

    様々なロケーションで同時に発光する細胞をタイムラグなしで捉えて、縦横比等方性の高い細胞形状を見ることができている

LSM Lightfield 4D 活用事例2
光毒NGサンプルでも：z-stackなしでのタイムラプス

サンプルおよび画像ご提供 / 奈良先端科学技術大学院大学 遺伝子発現制御研究室 松井 貴輝 准教授

  • MIP イメージ

    マウス着床前胚 8細胞期から胚盤胞期

    membrane tdTomato / H2B-GFP
    1 vol / 100 msec, 5 min interval, 14 hours duration

    これまでに、Strnad et al. 2016 Nat Methodsのように倒立型光シート顕微鏡を用いることで、マウス胚の長時間蛍光観察が報告されているがこれらはV字型の特殊な培養チャンバーを必要としたり、また、複数の胚検体を、5分に1回の撮影のように高速に撮影する場合、光シート顕微鏡と言えども光毒性が胚発生に及ぼす影響を詳細に検討する必要があった。

    細胞分裂を含む、細胞ダイナミクスを詳細に解析するためには、可能な限り短い時間間隔と低光毒性を目指す必要があり、LF4DとLattice Lightsheet 7 の両方で比較検討を行った。
    これまでに、Strnad et al. 2016 Nat Methodsのように倒立型光シート顕微鏡を用いることで、マウス胚の長時間蛍光観察が報告されているがこれらはV字型の特殊な培養チャンバーを必要としたり、また、複数の胚検体を、5分に1回の撮影のように高速に撮影する場合、光シート顕微鏡と言えども光毒性が胚発生に及ぼす影響を詳細に検討する必要があった。

    細胞分裂を含む、細胞ダイナミクスを詳細に解析するためには、可能な限り短い時間間隔と低光毒性を目指す必要があり、Lightfiled 4DとLattice Lightsheet 7 の両方で比較検討を行った。

  • 3D View イメージ

    マウス着床前胚 8細胞期から胚盤胞期

    同上

LSM Lightfield 4D 活用事例3
固定サンプルでも： 超高速・広範囲3D マッピング

サンプルおよび画像ご提供 / 京都大学 高等研究院 iCeMS 見學グループ 當麻 憲一 先生

  • MIP + 3D View イメージ

    4％PFAで固定した成体マウス網膜

    広範囲にわたる2色の3D マップを作るための合計露光時間はわずか 19.6 秒。本イメージ作成は、撮影に4分、処理に20分弱、計30分程度で完了した。

    血管網の三次元構造を解析する際、Confocalテクニックで撮影されたデータではZ軸方向の光学的歪みが大きく、血管網の正確な三次元Lattice構造を再構成することが難しかった。また、血管網の三次元構造の全体像を把握するためには、広範囲且つZ軸方向の撮影を必要とするが、Confocalテクニックでは一晩程度の撮影時間が必要であった。Lightfield 4D 技術はこれらの問題を解決し、短時間の撮影で網膜血管網全体の三次元構造を取得することができた。

    動画は、広範囲 3D マップおよび、そこから一部を切り出した3D画像です。上記のとおり超高速3Dマッピングをしているにも関わらず等方性の高い血管網（赤）や神経線維（緑）の3D 分布を等方性の高い解像度で確認できます

LSM Lightfield 4D 活用事例4
細胞サンプルでも： 超高速・広範囲3D イメージング

サンプルおよび画像ご提供 / 奈良先端科学技術大学院大学 遺伝子発現制御研究室 松井貴輝 准教授

  • 3Dイメージング

    固定した培養上皮細胞

    サンプル：４％PFAで固定した培養上皮細胞、核（青）、変異細胞（緑）、Fアクチン（赤）
    条件：3 color x 9 Tile x 120 Z Slice 合計 3240 slices をわずか 1. 5 sec 程度で撮影。

    LD LCI Plan-apochromat 40 x NA 1.2 multi immersion, 0.706 x 0.706 x 0.91 um / voxel
    1001 um x 1001 um x 109.3 um のエリアを Exposure time Ch Blue 50 msec, Ch Green 12 msec, Ch Red 50 msec で 取得

  • 3D View イメージ

    固定した培養上皮細胞

    Lightfield 4D 撮影による高い等方的画像を高機能 3D 解析ソフト arivis Proで解析した結果、上皮シート内に存在する変異細胞（緑）と頂端側へ排除された変異細胞（黄）を精度の高いZ座標抽出機能により共焦点顕微鏡とくらべ非常に容易に割り出すことができた。

LSM Lightfield 4D 活用事例5
脈動サンプルでも： 超高速・広範囲３D イメージング

東京科学大学 総合研究院 細胞制御工学研究センター 関根 清薫 先生　　　　

  • 3D View イメージ

    ショウジョウバエ胚の拍動する心臓管の3Dタイムラプス

    Timelapse imaging (80 vol/sec) for 2 sec.

    毎秒1~2回拍動する３次元的構造であるショウジョウバエ胚の心臓管を、Lightfield 4Dは、空間的な歪みを一切生まず、核ひとつひとつを分離できる分解能で捉えられる。また、80 vol/secに達する超高時間分解能により、細胞の運動のトラッキング解析をより信頼性高く行える。

  • 投影イメージ

    ショウジョウバエ胚の拍動する 心臓管の3Dタイムラプス

    Drosophila embryo expressing nuclear-localized GFP at cardioblasts and pericardial cells.
    LD C-Apochromat 40x/1.1 WI
    Lightfield 4D 360 x 360 x 109 μm

LSM Lightfield 4D 活用事例6
ブラウン運動でも： 超高速・広範囲3D マッピング

サンプルおよび画像ご提供 / 筑波大学 高等研究院 微⽣物サステイナビリティ研究センター 山本 達也 様

  • 3D View イメージ

    バクテリアのDNA/RNA（SYTO9）

    Objective : C-Apochromat 40x/1.2 W
    Expose Time : 10 msec (80 vps)

LSM Airyscan

LSM 910/990オプションモジュール

高感度・高速超解像イメージング、高いS/N比で分子特性評価を実現

なぜ低ダメージ超解像を高速取得できるのか？

  • Airyscanは、ハニカム状のGaAsP検出器（高い量子効率を持つガリウム砒素リンにより、特定波長光に対して高速／高感度の微弱光を検出可能）を持ち、80nm(xy) x 200nm(z)の分解能を低光毒で実現します
  • 最速60.8 fpsでの低ダメージでの超高速スキャンを超解像で取得。非対称の濃度拡散や拡散速度など、生体内の分子動態を計測する新機能「Dynamics Profiler」（ハニカム状のGaAsP検出器とZEISS独自の蛍光相関分光法による最適化）により、生体挙動を in vitro ではなく、in vivo で取得。in vivo 分子動態解析ニーズを満たします
  • ライブセルや厚い試料でもシグナル保持に優れ、膜ナノドメインや細胞骨格など精細構造の可視化に有効。Multiplexモードと組み合わせることで速度・視野・画質を同時に最適化します
  • ZEISS顕微鏡の取得・制御・解析を統合するソフトウェアプラットフォーム「ZEN」のガイドによって、設定負担を軽減し、誰でも安定した高品質撮像を再現可能です

  • 生細胞内などで蛍光相関分光法 (FCS)測定するときに蛍光褪色など着目していない現象を取り除くDetrend処理はもはや必須と言ってもいいデータ処理です。

     

    これが Dynamics Profiler では標準搭載されましたので、ユーザーフレンドリーに処理できるようになりました。

    北村 朗 准教授　 北海道大学大学院 先端生命科学研究院

  • 従来のFCSと相違ないシグナル波形・測定値が得られており信頼できる。加えて、細胞間隙のような難しい場所でも効率よく狙っていけるのがすばらしい。

     

    また、一度の測定で、拡散の方向や流れなど新しい要素のデータも得られるのはとても魅力的だと感じました。

    三井 優輔 先生 京都大学 医生物学研究所


LSM Airyscan 活用事例1
分子の動態を簡単に・正確に捉える

サンプルおよび画像ご提供 / 北海道大学大学院 先端生命科学研究院 准教授 北村 朗先生

  • 比較：Detrendなし／Detrend処理後

    ALSの原因となる凝集性タンパク質TDP25 (GFP-TDP25)生細胞内蛍光相関分光法測定


LSM Airyscan 活用事例2
分子同士の相関、拡散

サンプルおよび画像ご提供 / 京都大学 医生物学研究所 三井 優輔 先生
使用装置・ご協力 大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 基礎生物学研究所 バイオイメージング解析室

  • Dynamics Profiler : Correlation / Diffusion

    Sample : Xenopus whole embryo expressing mVenus-Wnt8, mounting in low-melting agarose, on glass-base dish Objective : C-Apochromat 40x / NA 1.2 Water for FCS

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LSM Spectral Multiplex

LSM 910/990オプションモジュール

近接波長の蛍光を同時取得分離、多色化の自由度を高める

なぜ10種以上のラベルを同時に分離できるのか

  • Spectral Multiplexは、各ピクセルのスペクトル情報を収集して計算的に分離することで、多色・近接波長の同時観察を可能にします。バックグラウンドやオートフルオレッセンスの補正にも有効です
  • 既知のリファレンススペクトルや学習モデルを用いたアンミキシングでクロストークを低減し、色数拡張と定量性を両立。レーザーやフィルター構成の制約を緩和してセットアップの柔軟性を向上します
  • ZEISS顕微鏡の取得・制御・解析を統合するソフトウェアプラットフォーム「ZEN」におけるガイド付きワークフローで、再現性を担保し、組織多重免疫染色、ライブセルでの複数経路同時追跡、蛍光バーコード化などの高密度情報取得に適合します

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hogehoge hogehoge

Lattice SIM 5

構造化照明顕微鏡

あらゆる空間次元で超解像度を実現するライブイメージングシステム

ライブイメージングを超解像へ

  • Lattice SIM 5は、ライブセル観察に最適化された構造化照明（Structured Illumination Microscopy）ベースの超解像ソリューションです。格子状（Lattice）パターン照明により、低光毒性・低照明量での最大255 fpsの高速イメージングを実現。生細胞と固定細胞の両方で最高60 nmの極めて優れた超解像性能を可能とします。
  • 高フレームレートかつ光量効率の良い（サンプリング効率が従来比2倍のため、照射量は半分）格子照明により、長時間のタイムラプスでも蛍光退色や細胞ストレスを最小化。生理条件を維持したままの観察をサポート
  • 2台のカメラを搭載し、真に同時2色イメージングを行うことができるため、様々なタンパク質や細胞小器官の相互作用などのダイナミックプロセスの同時イメージングが可能です

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hogehoge hogehoge

Axioscan 7

デジタルスライドスキャナー

最大100スライドまで対応、24時間365日の安定稼働

朝にセットし、夕方に成果を

  • 全自動スライドスキャナーとして、明視野・蛍光に対応し、大規模標本を高速かつ高品質にデジタル化します
  • 安定したフォーカス制御で、組織全体から微細構造まで均質な画質と再現性の高いデータを提供します
  • 自動ローディングやバーコード管理、ZEN連携によるテンプレート運用でワークフローを効率化し、解析共有までスムーズに統合します

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