ZEISS LSM 980 with Airyscan 2

高速・低ダメージのマルチプレックスイメージングを実現する独自の共焦点体験

生物モデルの生命現象をできるだけ妨げずに観察するには、標識濃度を低く抑える必要があります。これには、低い光毒性と高速性を兼ね備えた優れたイメージング性能が必要です。LSM 980は、共焦点4Dイメージングに最適なプラットフォームです。高効率で複数の微弱な標識シグナルを同時にスペクトル検出し、かつシグナルロスを極限まで抑えるように最適化されています。

  • 380 nm~900 nmまでの蛍光標識色素に対応
  • 最大36チャンネルを同時検出可能なスペクトルイメージング
  • LSM Plusで共焦点実験の成果を向上
  • Airyscan 2で超解像の高速イメージングを実現
  • NLO、NIR、Cryo、SIM²で研究の幅を広げる
ZEISS LSM 980 with Airyscan 2
Cos-7細胞、ZEISS NIR検出器を含むLSM Plusのチャンネルモードでイメージング。
Cos-7細胞、ZEISS NIR検出器を含むLSM Plusのチャンネルモードでイメージング。

独自の共焦点体験

最大36チャンネルを同時検出可能な光効率に優れたビームパスと、近赤外(NIR)領域までのスペクトルの柔軟性が、生体試料を用いたマルチカラー実験の優れた基盤を提供します。さらに、LSM Plusはあらゆる実験の質を巧みに引き上げます。SN比と解像度を向上させてスペクトルイメージングと独自に組み合わせることで、生細胞実験向けの低レーザー出力が可能になりました。

より高感度のイメージングが可能に

Airyscan 2は、従来のLSM検出器にはなかった機能を提供します。32個の検出素子がより多くの光を集めるとともに、個別に追加情報を収集して超解像の定量的結果を取得します。ジョイントデコンボリューション(jDCV)で構造的な情報を追加することで、さらに分解能を高められます。マルチプレックスモードでは最大10倍の速度で超解像情報が得られます。

ショウジョウバエ形成細胞巣。ZEISS Airyscan 2でイメージング後、ジョイントデコンボリューション。
ショウジョウバエ形成細胞巣。ZEISS Airyscan 2でイメージング後、ジョイントデコンボリューション。
ZEN BioApp:美しい画像を価値あるデータへ - 画像を効率的に解析
ZEN BioApp:美しい画像を価値あるデータへ - 画像を効率的に解析

生産性の向上

ZENソフトウェアは、再現性のある結果を可能な限り短時間で得るための支援機能を豊富に備えています。AI Sample Finderが関心領域を素早く見つけてイメージングを行うため、データの取得により多くの時間をかけることができます。また、Smart Setupが蛍光標識に最適なイメージング設定をサポートし、 Direct Processing機能によりデータの取得と処理が同時に行えます。さらにZEN Connectでは、イメージング中もその後も、常に実験の全体の流れを把握・共有することができます。

光効率に優れたビームパス

実験で求められる最高感度とスペクトルの柔軟性を実現

LSM 980によって、実験の設定の自由度が広がります。LSM 980のビームパス設計が微弱なシグナルを可視化し、すべての構造を明らかにするために必要な最高感度のイメージングを実現。また、スペクトルの柔軟性が高いため、380 nmから近赤外(NIR)まで蛍光標識を自由に選択できます。

LSM Plus

すべての共焦点体験を向上させる

LSM Plusを使うと、検出モードや蛍光領域に依存することなく、共焦点実験の質を簡単に高めることができます。線形ウィーナーフィルターデコンボリューションは、人の手による調整がほとんど必要なく、信頼できる定量的結果を保証します。実績のあるAiryscanの超解像処理と同様に、基本的な光学特性の情報は、対物レンズ、屈折率および蛍光範囲に基づいて自動的に適用されます。

ショウジョウバエの卵室、F-アクチン(ファロイジン)およびDE-カドヘリン(赤)で染色。
ご提供:T. Jacobs, AG Luschnig, WWU MünsterおよびT. Zobel, Münster Imaging Network, Germany

LSM Plusは簡単に使用でき、下記のメリットが得られます。

  • 高速の取得速度と低レーザー出力でSN比が向上。低発現量のライブセルイメージングに特に有用
  • 最大36チャンネルを1回でスキャン可能。全てのスペクトルデータの解像度が向上
  • LSMのピンホールを閉じることが可能な明るい試料ではより多くの空間情報を取得でき、分解能が向上
  • LSM Plusの利点とAiryscanの超解像イメージングを組み合わせた統合ワークフロー

Airyscan 2

超解像イメージングと高感度の独自の組み合わせ

Airyscan 2は、環状に配置された32個の検出素子からなるエリア検出器です。検出器全体では共焦点の標準設定を用いた場合よりも多くの光を集められると同時に、各素子が小さなピンホールとして機能して超解像情報を取得します。これにより、構造的な情報をより正確に捉えながら、光効率を大幅に向上させることができます。

Airyscan 2のビームパスの概要
Airyscan 2のビームパスの概要:(1) ミラー (2) エミッションフィルター (3) ズーム光学系 (4) エアリーディスク (5) Airyscan検出器

32のビューで詳細情報が明らかに

Airyscan jDCVによるパワフルなデコンボリューション

Airyscan 検出器の32の素子がそれぞれわずかに異なる試料のビューを取得するため、ジョイントデコンボリューションを可能にする詳細な空間情報が得られます。これにより、解像可能な2点間の距離が90 nmまで縮まります。超解像実験で、単一または複数標識の優れた分離のメリットを実感してください。

シロイヌナズナ細胞のミトコンドリア。共焦点画像と、Airyscan SRおよびAiryscan Joint Deconvolutionとの比較。
シロイヌナズナ細胞のミトコンドリア。共焦点画像と、Airyscan SRおよびAiryscan Joint Deconvolutionとの比較。

出芽する酵母細胞とミトコンドリア内膜(緑)ミトコンドリア基質(マゼンタ)に局在するタンパク質。
ご提供:K. Subramanian / J. Nunnari, University of California, Davis, USA

小胞体とミトコンドリアのイメージングをしてAiryscan Joint Deconvolutionを使ったら、非常に細かい構造までよく見えて、これはもう超クールだと思いました。この新しいオプションは、私たちのイメージングプロトコルに非常に簡単に組み込むことができました。画像処理のスピードにも驚きました。イメージング中でも判断できるようになるのですから。

Dr. Kelly Subramanian, Post-Doctoral Scholar, Department of Molecular and Cellular Biology, UC Davis

Airyscan 2マルチプレックスモード

広い視野と試料ボリューム全体を短時間でスキャン

マルチプレックスモードでは、Airyscan検出器の強みと照明方式・読み出し方式の組み合わせにより、並列処理の選択肢が広がります。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素子の位置に関する情報を使用して、ピクセルを並列で読み出している間にも、より多くの空間情報を取得できます。したがって、視野全体をスキャンするときにより大きな幅でスキャンできるため、取得速度が向上します。ピンホール面で得られた多くの空間情報から、試料取得時よりも高い解像度で最終画像を再構成できます。

広い視野で効率的な超解像イメージングが可能に。 ご提供:A. Politi, J. Jakobi and P. Lenart, MPI for Biophysical Chemistry, Göttingen, Germany
広い視野の効率的な超解像イメージングが可能に:DNA(青、Hoechst 44432)、微小管(黄、anti-tubulin Alexa 488)およびF-アクチン(マゼンタ、phalloidin-Abberior STAR Red)で染色したHeLa細胞。
LSM 980 Airyscan SR Multiplex SR-4Y Multiplex SR-8Y Multiplex CO-8Y
並列処理

1

4

8

8

X/Y分解能 (nm)

120/120

140/140

120/160

共焦点もしくはそれ以上

最大視野での最大fps

0.2(ズーム1.7)

1.0(ズーム1)

2.0(ズーム1)

9.6(ズーム1)

抗体標識、微細構造の検出

+++++

++++

+++

++

抗体標識、タイリング

++

++++

++++

+++

生細胞イメージング

++

+++

++++

+++++

近赤外(NIR)イメージング

スペクトル領域の拡大

スペクトル領域を近赤外(NIR)に広げることで、より多くの標識を並行して使用することができます。Quasar検出器とNIR検出器は、それぞれ高い感度を持つ波長帯域を効率的にカバーし、マルチカラー実験において、より多くの色素で様々な構造を可視化します。NIR蛍光標識は波長が長いため、生体試料に対する光毒性が低減され、 光の影響を抑えながら試料をより長く観察できます。また、長い波長域の光は試料組織による散乱が少なく、組織深部への透過率が高くなります。

2チャンネルのNIR検出器は、2つの異なる検出器技術(extended red GaAsPとGaAs)を組み合わせ、900 nmまでの最適な感度を実現します。

NIRを含むZEISS LSM 980検出器の典型的なスペクトル量子効率(QE)
NIRを含むZEISS LSM 980検出器の典型的なスペクトル量子効率(QE)
Cos-7細胞、DAPI(マゼンタ)、Anti-tubulin Alexa 568(青)、アクチンPhalloidin-OG488(黄)、Tom20-Alexa 750(赤)。

Cos-7細胞、DAPI(マゼンタ)、Anti-tubulin Alexa 568(青)、アクチンPhalloidin-OG488(黄)、Tom20-Alexa 750(赤)。Lambdaモードで可視・近赤外(NIR)のスペクトルをイメージング。Linear Unmixingにより個々のシグナルを分離。Zスタックの最大強度投影。
試料ご提供:Urs Ziegler and Jana Doehner, University of Zurich, ZMB, Switzerland

Cos-7細胞の微小管(Anti-Tubulin AF700)。ZEISS LSM 980 MA-PMT(左)とZEISS NIR GaAsP検出器(右)の比較。同じ出力で639 nmのレーザーで励起。MA-PMTの検出波長範囲は660~757 nm、NIR検出器の検出波長範囲は660~900 nmに設定。
試料ご提供:Urs Ziegler and Jana Doehner, University of Zurich, ZMB, Switzerland


同時スペクトラルイメージング

すべての蛍光標識をすばやく高感度で分離

最大36基の検出器を用いてラムダスキャンを行うことで、大きく重なり合ったシグナルの分離や自家蛍光の除去が可能になり、露光と所要時間を最小限に抑えられます。LSM Plusでは、Online Fingerprintingを含め全波長域でのスペクトルイメージングを改善できます。

画像の例は、Hoechst(青)、Prox-1 Alexa488(緑)、好中球細胞:Ly-GFP、PECAM1 Dylight549(黄)、SMA Alexa568(橙)、VEGEF-R3 Alexa594(赤)、血小板:Dylight 649(マゼンタ)でマルチカラー標識したマウス精巣挙筋です。Online Fingerprintingを用いて32チャンネルGaAsP検出器で取得しました。

LSM Plus処理前後で向上したSN比の比較。
ご提供:Dr. S. Volkery, MPI for Molecular Biomedicine, Münster, Germany


LSM 980 NLOと多光子顕微鏡

生体試料や固定された試料を対象とした深部組織の非侵襲イメージング

多光子顕微鏡法(二光子顕微鏡法、非線形光学(NLO)顕微鏡法)は、生体(in vivoおよびin vitro)または固定された試料の非侵襲的かつ深部組織のイメージングに適した方法として確立されており、特に神経科学のイメージングに革命をもたらしました。多光子顕微鏡法は、長波長(600~1300 nm)の光が組織での吸収や散乱が少なく、試料の深部まで到達しながら焦点を結ぶことができるという特性を利用しています。蛍光色素を励起するために必要なエネルギーは、1つの光子ではなく、半分のエネルギーを持つ2つの光子によってもたらされます。2つの光子が同時に蛍光分子に吸収される確率は、光子密度の高い焦点位置でのみ十分となります。そのため、すべての蛍光は焦点面から発生し、効率的に検出され、ピンホールを使わずとも光学セクションを生成することができます。

二光子顕微鏡のエネルギー図
二光子顕微鏡のエネルギー図
共焦点顕微鏡と多光子顕微鏡の組み合わせ

共焦点機能と多光子機能を有するLSMでは、実験に最適な方法で両方の技術を活用できます。

  • 深部組織への浸透と感度、解像度、速度を同時に向上。
  • 露光を減らし、すべての蛍光シグナルを明確に分離。
  • 高感度のGaAsP NDD検出器をサンプルに近づけて効率的にシグナルを収集。
  • 非染色の構造でも、多光子励起による第二または第三高調波(SHG、THG)でイメージングが可能。
     
ゼブラフィッシュの後脳血管系。1,000 nmでの二光子レーザー励起で取得、LSM Plusで処理。
ゼブラフィッシュの後脳血管系。1,000 nmでの二光子レーザー励起で取得、LSM Plusで処理。深さ別に色分けした238 µmのZスタック。
神経細胞の胞体内をGFP標識したマウス脳切片。
神経細胞の胞体内をGFP標識したマウス脳切片。GaAsP BiG.2 NDDを用いて、1,000 nmの二光子レーザー励起で100 µmのボリュームを撮影。

イメージングを超えるデータ

研究に合わせた豊富なオプション

レーザーのポイント照射、リニアスキャン、そしてフォトンカウンティングモードでシグナルを捉える検出器などを組み合わせると、LSM 980は単なるイメージング装置以上の威力を発揮します。

  • ラスター画像相関分光法(RICS)
  • 蛍光相関分光法(FCS)
  • 蛍光相互相関分光法(FCCS)
  • フェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)
  • 光退色後蛍光回復(FRAP)
  • 蛍光寿命イメージング顕微鏡法(FLIM)
蛍光相関分光法(FCS)の原理。
蛍光相関分光法(FCS)の原理。検出ボリュームを通過した蛍光粒子の軌道を示す。

アプリケーション

ZEISS LSM 980のアプリケーション例

NIR:標識数を増やす

複雑な生物学の世界を表現するには、標識数を増やすことが大きなメリットになります。LSM 980は、900 nmまでの広い蛍光領域を網羅し、複数の標識を同時にイメージングできます。ここに示すCos-7細胞は4種類の蛍光色素で標識されており、そのうち2種類は近赤外領域(NIR)に蛍光ピークを持つAlexa 700とAlexa 750です。フレキシブルなLSM 980 QuasarとNIR検出器を用いて、すべての標識を最適な感度でイメージングしました。拡大ビューは、LSM PlusがどれほどSN比と解像度を向上させるかを示しています。

Cos-7細胞 Anti-TOM20 AF750(赤)、Anti-Tubulin AF700(シアン)、アクチン Phalloidin-OG488(マゼンタ)、DAPI(橙)。
Cos-7細胞 Anti-TOM20 AF750(赤)、Anti-Tubulin AF700(シアン)、アクチン Phalloidin-OG488(マゼンタ)、DAPI(橙)。
分離された蛍光シグナル。拡大ビューは、LSM PlusがどれほどSN比と解像度を向上させるかを示しています。
分離された蛍光シグナル。拡大ビューは、LSM PlusがどれほどSN比と解像度を向上させるかを示しています。

パワフルなデコンボリューション

ゴキブリの脳のニューロン(Alexa 488:黄、Alexa 647:マゼンタ)およびDNA(Hoechst:シアン)、LSM Plus未使用時(左)および使用時(右)。
ご提供:M. Paoli, Galizia Lab, University of Konstanz, Germany

ショウジョウバエ卵室の環状管のF-アクチン(ファロイジン)染色。
ご提供:T. Jacobs, AG Luschnig, WWU MünsterおよびT. Zobel, Münster Imaging Network, Germany


多光子顕微鏡法

多光子顕微鏡と3Dタイリングおよびスティッチングを組み合わせることで、このマウス小脳の例のように大きな試料をイメージングできます。超解像モードでのAiryscan 2イメージングにより、特定の関心領域の超解像画像を取得し、二光子イメージングとシームレスに組み合わせることが可能になります。ZEN Connectは、さまざまな実験から得られたすべての情報をまとめ、高解像度の画像をより大きな構造にマッピングし、コンテキストを捉え、ファイル整理を簡素化します。

抗カルビンジン(Alexa-568)および抗GFAP(Alexa-488)で標識されたマウス小脳。
抗カルビンジン(Alexa-568)および抗GFAP(Alexa-488)で標識されたマウス小脳。

抗カルビンジン(Alexa-568)および抗GFAP(Alexa-488)で標識されたマウス小脳。両方の蛍光色素を780 nmの二光子レーザーで励起し、蛍光シグナルはBIG.2検出器で同時に収集しました。3Dタイリングとスティッチングで構造全体をカバーし、ZEN blueで正射影を作成。プルキンエ細胞の高解像度画像を取得するために、特定の関心領域をAiryscan 2検出器でイメージング。Airyscan 2のデータセットを処理した後、ZEN blueで正射影を作成。個々の超解像画像を、ZEN Connectで小脳の画像上にアライメントしました。試料ご提供:L. Cortes, University of Coimbra, Portugal

ゼブラフィッシュは、血管の発達を研究するためのモデルとして確立されています。多光子イメージングは、ゼブラフィッシュの脳の複雑な血管パターンを深く捉えるのに最適な方法です。さらに、第二高調波(SHG)により、追加標識を必要とせずに、周囲の組織の構造情報を取得できます。


矢状方向のゼブラフィッシュの脳と眼の血管系(緑)とSHG(グレー)。1,000 nmの二光子レーザーで267 µmのボリュームを取得、GaAsP BIG.2検出器で検出。SHGで網膜細胞や眼筋などの組織構造を可視化。試料ご提供:Fish Facility, Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI), Jena, Germany

卵母細胞とは、初期の胚発生に必要なすべての栄養が蓄えられた、大きな核を持つ非常に巨大な細胞です。卵母細胞は受精の前に分裂します。そして、この非常に大きな細胞がどのように細胞分裂するかが、P. Lenart研究室の研究テーマです。
驚くことに、卵母細胞の核内に分散した染色体を集めるために、アクチンのネットワークが必要であることがわかりました。その後、染色体は微小管に渡され、微小管が染色体と結合し、紡錘体上に並べられます。アクチン駆動輸送期と微小管駆動輸送期の速度は非常に異なるため、染色体の動きを追跡することで分化特性を識別できます。

これはイメージングの素晴らしい挑戦です。染色体は80 µmの直径の球形核内に分散しており、約15分かけて輸送されます。2005年には45秒ごとにスタックをすることに成功し、アクチン駆動期と微小管駆動期を識別できました。ここに示した新しい、高解像度のイメージングが輸送メカニズムの詳細についてさらに解明できるようになることを期待しています。

Peter Lenart氏

ご提供:M. Paoli, Galizia Lab, University of Konstanz, Germany

3D・4Dイメージング

ゴキブリの脳、胸部、および腹部の神経節は、腹側神経索を形成する上行性および下行性の介在ニューロンの両側性結合束により、互いに結合されています。この標本では、左右の結合束を食道下神経節の後方で個別に標識し(Alexa 488:緑、Alexa 647:マゼンタ)、異なる神経網内、および脳の同側と対側の部分全体に神経支配が及んでいる様子を観察(DNAをDAPIで標識:シアン)しました。タイリングとスティッチングでボリューム全体(3 x 2.3 x 0.26 mm)のイメージングを実行。大容量データセットのレンダリングや解析に最適なarivis Vision 4Dを用いて、全体像の3Dアニメーションを作成しました。arivis Vision 4Dの4D viewerは、個別のチャンネルの特長を強調するために、独立して可視化条件の調整が可能です。

これらの設定は、クリッピングプレーンや個々のチャンネルの不透明度の変化とともに、キーフレームに保存され、ソフトウェアが自動的に補間してシームレスなアニメーションを作成することができます。アニメーションは高解像度のビデオレンダリングの前にプレビューや編集が可能です。


ナビゲーションと相関関係の構築を容易に

顕微鏡の世界が徐々に大きな試料に移行していくにつれ、位置関係を維持し、イメージングした領域を記録しておくことが重要になります。AI Sample Finderは、T-PMT検出器またはカメラを使って、試料キャリアの分類、試料の識別、フォーカスの検出、および高速オーバービュー画像の作成を自動的に行います。位置確認用のオーバービュー画像を使って自由にナビゲートし、すぐに目的の構造に移動して、 自分の研究に必要な情報がある領域だけをイメージングできます。ZEN Connectは、試料に関するすべてのデータの関連付けをします。

この例では、マウスの腸管組織を、500~850 nmの蛍光スペクトルを持つ3種類の蛍光色素で標識しています。AI Sample Finderがキャリアを自動的に識別し、T-PMTを使ってAlexa 488標識を撮影してオーバービュー画像を作成しました。このオーバービュー画像は、試料のナビゲーションや関心領域の識別に利用します。ZEISS LSM 980 QuasarとNIR検出器を使用して、目視できる標識と目視できない標識の画像を最適な感度で取得しました。

マウスの腸の組織切片
マウス腸管組織断面を染色し、腸管神経系のシナプス前の接点を示すSubstance P(シアン、Alexa488)、腸管神経細胞を示すHuC/D(黄、Alexa568)、腸管神経細胞のサブポピュレーションを示すneuronal Nitric Oxide Synthase(nNOS、赤、Alexa750)を表示したもの。試料ご提供:Pieter Vanden Berghe, LENS & CIC, University of Leuven, Belgium

抗カルビンジン(Alexa-568)および抗GFAP(Alexa-488)で標識されたマウス小脳。両方の蛍光色素を780 nmの2光子レーザーで励起し、蛍光シグナルはBIG.2検出器で同時に収集しました。3Dタイリングとスティッチングで構造全体をカバーし、ZEN blueで正射影を作成。プルキンエ細胞の高解像度画像を取得するために、特定の関心領域をAiryscan 2検出器でイメージング。Airyscan 2のデータセットを処理した後、ZEN blueで正射影を作成。個々の超解像画像を、ZEN Connectで小脳の画像上にアライメントしました。試料ご提供:L. Cortes, University of Coimbra, Portugal


マウス脳の脳室系の上衣組織外植片

このZEN Connectプロジェクトでは、マウス脳の脳室系の上衣組織外植片を用いて実施された実験を記録しています。実験セッションのすべての取得データの相関情報が保持され、 カメラとLSMのオーバービュー画像から、取得した繊毛運動の試料内の位置を正確に記録できます。上衣壁に沿って繊毛が生成した流れのフローマップをリファレンスとして追加しています。

マウス脳の上衣組織外植片上の蛍光標識された運動性繊毛のオーバービュー

マウス脳の上衣組織外植片上の蛍光標識された運動性繊毛のイメージングに際し、Airyscan 2マルチプレックスCO-8Yモードで高速タイリングしてオーバービューを取得し、関心領域を見つけています。Zスタックの深さ情報は色分けして表示。取得した運動性繊毛の正確な位置が示されています。

脳上衣の蛍光標識された運動性繊毛の、143フレーム/秒のライブイメージングです。画質とスピードを兼ね備えたAiryscan CO-8Yモードで取得しています。繊毛運動の方向と周波数の詳細な解析ができます。© ご提供:G. Eichele, Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, Germany

ダウンロード

ZEISS LSM 980 with Airyscan 2

高速・低ダメージのマルチプレックスイメージングによる独自の共焦点体験

ページ: 44
ファイルサイズ: 18372 kB

ZEISS LSM 980 with Airyscan 2 - Flyer

高速・低ダメージのマルチプレックスイメージングを実現する独自の共焦点体験

ページ: 4
ファイルサイズ: 1985 kB

The Basic Principle of Airyscanning

ページ: 22
ファイルサイズ: 1472 kB

ZEISS LSM 9 Family with Airyscan 2

Multiplex Mode for Fast and Gentle ConfocalSuperresolution in Large Volumes

ページ: 11
ファイルサイズ: 3114 kB

Application Note

A Practical Guide of Deconvolution

ページ: 24
ファイルサイズ: 2805 kB

Beam Path of ZEISS LSM 980

Poster

ページ: 1
ファイルサイズ: 2078 kB

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