ZEISS LSM 900 with Airyscan 2

コンパクト共焦点が創出する新しいマルチプレックスイメージング

共焦点イメージングに期待していることは何でしょうか？科学的な課題が何であれ、まずは可能な限り最高の画質を期待するでしょう。すなわち、鮮明なコントラストと最高の解像度です。また、生体試料あるいは固定試料を、褪色なしにダメージを与えることなくイメージングするための最高の感度も必要です。

Airyscan 2搭載の共焦点顕微鏡LSM 900は、これら全てに加え、より多くの機能を備えています。4～8倍以上のS/N比（SNR）で超解像イメージングが可能です。

新しいAiryscan2のマルチプレックスモードには、並列でピクセルを取得するための高性能な検出方式が追加されており、最高のフレームレートが得られます。画質を犠牲にすることなく、また、生体試料にダメージを与えることなく、そのダイナミックなプロセスを観察することができます。

さらに、LSM 900は、共焦点の本質に焦点を絞り、不要な複雑さを省き、設置面積を本当に小さくすることを可能にしました。ラボやイメージング施設に簡単に設置でき、そして操作も簡単です。

Highlights

より高品質のデータをより高速で

LSM 900の優れた画質と新しいAiryscan 2のマルチプレックスモードを組み合わせることで、より短時間でより多くの情報を手に入れることができます。高性能の検出方式により、高いフレームレートと向上した140 nmの解像度で難しい3D試料をイメージングできます。

高速で低ダメージ、高感度のAiryscanエリア検出器によって、このコンパクトなポイントスキャン共焦点顕微鏡は、最も要求の厳しい試料を4-8倍以上のSN比でイメージングすることができるようになります。

HeLa cells stained for DNA (blue, Hoechst 44432), microtubules (green, anti-tubulin, alpaca anti-mouse

DNA（青、Hoechst 44432）、微小管（緑、anti-tubulin, alpaca anti-mouse-alexa 488）およびＦ−アクチン（赤、phalloidin-Abberior STAR Red）で染色したHeLa細胞。 ZEISS Airyscanのマルチプレックスモードで画像を取得。ご提供：©A. Politi, J. Jakobi and P. Lenart, MPI for Biophysical chemistry, Göttingen, Germany

生産性の向上

Airyscan 2搭載のLSM 900は、単なるコンパクトな共焦点顕微鏡システムではありません。操作も非常に簡単です。複雑な共焦点ライブセルイメージングであっても、ZENイメージングソフトウェアを使用して簡単にセットアップすることができます。

豊富なソフトウェアヘルプツールにより作業が軽減され、最短時間で再現性のある結果を確実に得ることができます。Smart Setupと新しいSample Navigatorを使用すると、関心領域をすばやく見つけてイメージングすることができ、より多くの時間を本来の目的であるデータ取得に費やすことができます。Direct Processingにより、データ取得とデータ処理を同時に行うことが可能になります。ZEN Connectは、イメージング中も、その後の実験の全体の流れを共有するときも、常に最新の状態を把握することができます。どのソースからの画像でも簡単にオーバーレイして構築することができます。

イメージング中にZEN Connectがどのように状況を把握するのに役立つかをご覧ください。オーバービュー画像の取得から関心領域（ROI）の定義まで、さらには、異なるイメージングシステム間で切り替えるときでも。時間を節約し、常に状況を把握することができます。

小さな設置面積、より優れた高画質

LSM 900には、共焦点ライブセルイメージングで最高の画質を生み出すための、革新的で巧みなソリューションが詰め込まれています。洗練されたビームパスは、高いスペクトルの柔軟性が得られるように設計されています。

個別のコンポーネントは最高の感度とコントラストが得られるように最適化されています。設置面積が小さいので、貴重なラボスペースを節約することができます。また、不要な複雑さを省いているため、ユーザートレーニングに必要な時間を最小限に抑えることができます。これは、イメージングラボにとって特に朗報となるでしょう。

LLC-PK1細胞の細胞分裂。α-チューブリン（mEmerald、マゼンタ）およびH2B（mCherry、緑）。新しいZEISS Airyscanのマルチプレックスモードで、52スライスのZ-スタックを40秒ごとに合計40分間イメージング。

コンパクトで光効率の高い光路

最小限の光学エレメントからなるコンパクトな光路は、最高の効率を実現するように設計されています。試料から発した蛍光は、きわめて優れたレーザー光抑制性能を持つメインダイクロイックビームスプリッタを通過し、最高のコントラストをもたらします。最大２つの特許取得済みの可変ビームスプリッタダイクロイック（VSD）は蛍光の検出スペクトル領域を選択します。

マルチアルカリ、GaAsP、Airyscan 2と最大3つの検出器を選択することができます。GaAsP PMT、つまりガリウムヒ素リン光電子増倍管は、広いスペクトル範囲にわたって高い集光効率を実現します。また、ダークノイズレベルが低いため、微弱なシグナルを検出するのに理想的なツールです。

優れたS/N比（SNR）に基づいた優れた画質を得ることができます。S/N比をこのように向上させ、優れた画質を維持しながら、より高速のスキャンスピードを実現し、生産性を向上させることが可能。共焦点ライブセルイメージングのアプリケーションでは、必要とするレーザーパワーが低いため、褪色や光毒性を抑えることができます。また、低発現細胞で微弱なシグナルをたやすく検出することもできます。これらすべてを、同時に最大3つの共焦点スペクトルチャンネルで実現します。

Airyscanの原理

従来の共焦点レーザースキャン顕微鏡は、1点を照射して、試料を順次スキャンします。顕微鏡光学系によって、各点は広がりのあるエアリーディスク（エアリーパターン）に変換されます。

ピンホールがこのエアリーディスクを空間的に制限し、非焦点面の光が検出器に到達するのをブロックします。ピンホールを絞っていくことにより、より高い解像度が得られますが、その代わり検出する光子はより少なくなります。これらの光子は、例えばデコンボリューションによって、回復させることはできません。

Airyscan 2は、32個の同心円状に配置された検出エレメントからなるエリア検出器です。このため、より多くのエアリーディスクを一度に取得することが可能となります。共焦点ピンホール自体は開いたままで光をブロックしないため、より多くの光子を収集することができます。このため、イメージング中にはるかに高い光効率を達成。Airyscan 2は、高感度でダメージの少ない超解像イメージングを実現します。

新しいAiryscan 2のマルチプレックスモードの機構

Watch the Multiplex mode animation trailer

ZEISSのAiryscan 2搭載のLSM 9ファミリーには、より多くのオプションが追加されており、実験ニーズに合わせてイメージング速度と分解能を選択できます。共焦点エリア検出器と高性能の光源および読み出し方式を組み合わせることで、さまざまな並列オプションから選択可能。新しいマルチプレックスモードは、ピクセルを並列で読み出ししている間も、励起レーザースポットの形状とそれぞれのエリア検出器エレメントの位置に関する情報から、より多くの空間情報を取得します。

これにより、視野全体にわたって励起レーザーをスキャンするときに、取得スピードが向上します。実際、ピンホール面でキャプチャされた大量の空間情報により、取得時よりも優れた解像度で最終画像を再構成することが可能となります。Airyscan 2のマルチプレックスモードでは、1回のスキャンで最大4ラインの超解像画像情報を高いSN比で取得することができます。

LSM 900	Airyscan SR	Multiplex SR-2Y	Multiplex SR-4Y	Multiplex CO-2Y
並列処理	1	2	4	2
分解能	120/120	140/140	140/140	Confocal or better
最大視野における最大フレーム数/秒	0.4	0.8	3.5	3.5
抗体ラベル、微細構造	+++++	++++	++++	++
抗体ラベル、タイリング	++	+++	+++++	+++
ライブセルイメージング	++	+++	++++	+++++

Applications

ZEISS LSM 900 at Work

Drosophily embryo imaged with Multiplex Mode for LSM 900.

COS 7 cells labelled microtubules Aairyscan-Modus

ショウジョウバエ胚- LSM 900のマルチプレックスモードでイメージング。
©J. Sellin, LIMES, Bonn, Germany

マルチプレックスモード（左）とAiryscan SR（右）で、超解像で同じ撮影時間でイメージングした視野の比較。微小管(alpha-tubulin 488, 緑)とアクチン(phalloidin 568, 赤)で標識したCOS 7細胞。

ゼブラフィッシュ胚（Danio rerio）における側線原基移動と未熟感丘の沈着。

胚を麻酔して、ガラスボトムのペトリディッシュに低濃度アガロースで包埋。

最初に、カメラによるイメージングにより、位相勾配コントラストと蛍光の画像取得を組み合わせた迅速で簡単なサンプルナビゲーション（上）が可能になります。その後、ワイドフィールド画像で同定した個々のポジション（白枠）で、Airyscan 2のマルチプレックスモードを用いた高分解能イメージングを行います。

Airyscan 2 マルチプレックスモードのサンプルダメージの少ない高速の画像取得は、この種のアプリケーションに非常に有益です。イメージングによって試料に影響を与えることなく、非常に高いSN比および高解像の画像を同時に取得することができます。

緑：LYN-eGFP（膜）。赤：tagRFP-T-UTRCHT（アクチン）。
©J. Hartmann and D. Gilmour, EMBL, Heidelberg, Germany

初代肺線維芽細胞。Mitotracker red（ミトコンドリア）およびDNA marker（核）で染色。

2つのイメージングモードをシームレスに重ね合わせています。ひとつは高感度GaAsP検出器を用いた共焦点モードの蛍光画像。もうひとつはカメラを用いた位相勾配コントラスト画像です。

2.5時間のタイムラプス。開口数0.95、40倍の対物レンズを使用。

Primary lung fibroblasts stained with mitotracker

©S. Gawrzak and M. Jechlinger, EMBL, Heidelberg, Germany

次のステップを決めるために、データ取得中にマルチモーダルの画像を見て評価をする必要がある場合があります。ZENには複数の選択肢が用意されています。データ取得中のコンピュータで、データ取得と同時にAiryscan画像を処理するDirect Processing機能をスタートすることができます。

ただし、共焦点イメージングは試料の全体像の一部にすぎず、それを補完するために追加のイメージングモダリティのデータが必要になる場合があります。

ZEN Connectは、すべての実験の情報をひとつに統合することができます。1つの実験セッションのすべての画像を1つのプロジェクトにまとめ、オーバービュー画像と詳細な高解像度画像をすべて完全に揃えることで、実験の全体像を把握することができます。

プロジェクトが作成されると、あらゆるイメージング機器（ZEISS社のものであれ、他社のものであれ）、さらにはスケッチや分析グラフであっても、データ内容をいつでも追加して揃えることができます。実験中でも、数ヶ月後あるいは数年後であっても、いつでもすべての情報を把握し続けることができます。

ZEN Connectプロジェクトは、関連のすべてのデータセットをまとめて保持します。そのため、チームメンバーと結果を共有し、一緒に作業することが、これまでになく簡単になりました。

arivis®による強力な3Dxl Viewerは、新しいLSM 900で高速取得した大量の3Dと4D画像データをレンンダリングするために最適化されています。これにより、会議や学会のための素晴らしいレンダリング画像や動画を作成できます。結局のところ、「百聞は一見に如かず」です。

Section of a Thy1-YFP mouse brain - single neuron

Thy1-YFPマウス脳の切片。Thy-1（緑）は神経系の細胞の情報伝達に関与。オーバービュー画像（A）ZEISS Axio Scan.Z1でイメージング。挿入図は、ZEISS LSM Airyscanを使用してイメージングしたROI拡大図。（B）は神経ネットワークを明確に観察可能。Zスタックの深さ情報を色分けして表示。(Ｃ)は単一のニューロン。

The micrograph shows a Lilium auratum pollen grain, acquired with Airyscan 2 in Multiplex mode.

HeLa生細胞の核を5'-610CP-Hoechstで標識（Chem.Sci. 2019, 10, 1962 – 1970）。色素を規定濃度で細胞培養培地に添加。ブリーチング実験（FRAP）により、色素が効率的にDNAを標識するために約15分を要することを確認。1フレーム/秒で13.5分間、タイムシリーズイメージング。最初の10フレーム後にブリーチング。
© Courtesy of P. Lenart, MPI for Biophysical Chemistry, Göttingen, Germany