ZEISS Elyra 7 with Lattice SIM

Your Flexible Platform for Fast and Gentle 3D Superresolution Microscopy

生命科学の研究では、しばしば試料の微細構造や細胞内構造を測定、定量化し、理解することが必要とされます。その観察対象は、組織、細菌、原形質類器官、神経細胞、生細胞や固定細胞、その他様々な標識分類のものになるでしょう。

格子構造化照明顕微鏡(Lattice SIM)を搭載したElyra 7は、従来の顕微鏡の回折限界を超えた超解像で試料の画像を提供します。本装置により、生きた試料中での最速の動きの過程をー広視野、3次元、長時間、多色ーで観察することができます。Elyra 7の新しい格子構造化照明顕微鏡技術は、構造化照明顕微鏡法(SIM)を新しい段階へと引き上げます。革新的な光効率により、光損傷の少ない超解像画像を非常に速い速度-255fps-で得ることが可能となり、これまで以上に高速にデータを取得できます。

Elyra 7では、PALM( Photoactivated Localization Microscopy: 光活性化局在性顕微鏡法) 、dSTORM( direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy: 直接確率的光学再構築顕微鏡法)、PAINT(Point Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography: ナノスケール構造の画像観察のための点集積法)などの技術向けとして、Lattice SIMと単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)を統合することができます。横方向20 nmまでの解像度で画像観察を行い、自由に標識を選択できるようになります。高出力のレーザー線光源を使用することにより、GreenからFar-Redまで簡単に試料の画像観察が行うことができます。

また、適応性の高い装置であるため、様々なコントラスト技法を光学断層像と組み合わせることが可能。新しいApotomeモードは、3次元試料の超高速オプティカルセクショニング(光学断層像化)を実現します。これらに加え、Elyra 7はZEISS SEMと位置情報を共有することができ、シームレスに同じ場所のイメージングを可能としています。

Highlights

Lattice SIM – 超高速で光損傷の少ない超解像顕微鏡法

Lattice SIMを使用することにより、新しい仕組みの詳細を明らかにし、広視野で微細な細胞内構造を定量化することが可能になります。これは、光効率における真のブレークスルーであり、生きた生物試料の高速かつ光損傷の少ない超解像画像観察を可能にします。

Elyra 7は、3次元構築を優れたz-解像度で高速画像観察する場合、さらに卓越した能力を発揮します。2次元または3次元のいずれの場合でも、より低いレーザー照射量で試料を照明することで、光損傷を最小限に抑え、小胞輸送、細胞膜波打ちおよびシグナル伝達などの高速な細胞動態を観察することが可能になります。

Lattice SIM: mEmerald-GFPタグ付きエンドソーム輸送マーカー(Rab5a)およびtdTomatoタグ付きゴルジ体およびゴルジ体関連輸送マーカーを発現するU20s細胞

Optimized Localization Microscopy

単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)を用いて、固定標本と生体標本の両方の分子機構にアクセスすることが可能になります。分子を数え、分子ごとに、個別のタンパク質がどのように構造内で配列されているかを理解することができます。

Elyra 7の単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)モジュールは、大規模な3次元構築での分子レベルの分解能と定量化のための強力な後処理アルゴリズムを提供します。効率的な2台のカメラによる検出と、可視スペクトル全体にわたる高出力レーザー線光源を使用することで、実験用の標識色素とマーカーを自由に選択できます。

単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)で画像化したアフリカツメガエルA6細胞(腎臓上皮細胞)。8回対称性で配置された核膜孔複合体タンパク質であるGp120を、Alexa Fluor 647で標識化

Freedom for Your Experiments

Elyra 7は、現在および将来の実験に最適な画像観察手法を選択して組み合わせることが可能。いま必要なモジュール-Lattice SIM、単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)、または両方の組み合わせ-を選択し、必要に応じてシステムを後から追加で拡張することができます。

また、単に最高の超解像顕微鏡というわけではなく、Elyra 7は生きた細胞の画像観察のための柔軟なプラットフォームです。空間的および時間的解像度を望まれる用途に完全に一致させることができます。幅広い追加オプションが用意されており、いつでもシステムの機能を向上させることが可能。あるいは、ZENイメージングソフトウェアと相関顕微鏡ワークフローを使用して、データを異なる種類の顕微鏡間で統合することができます。

ZEISS ZEN Shuttle & Find with Elyra 7 and GeminiSEM


ZEISS ZEN Shuttle & Find with Elyra 7 and GeminiSEM

The Technology Behind It

Lattice SIM

Elyra 7の光効率の高いLattice SIM照明は、試料への影響を最小限に抑えて、高速超解像画像取得の限界を広げます。Lattice SIMは、光学断層像と回折限界分解能を倍増させた3次元(xy方向に120 nm、z方向に300 nm)の分解能を提供します。Elyra 7により、広視野で可視光スペクトル全体にわたって最高の画質と解像度を得ることができます。

Lattice SIMは、画像取得速度を向上させるためにさらに多くの可能性を提供します。立体データ取得を3倍に加速し、もしくは2次元画像のフレームレートをより高速に-最大255fpsまで-します。Elyra 7において達成可能な空間分解能とフレームレートを必要とされるすべてのライフサイエンス研究のニーズに正確に適応させることができます。Lattice SIMにより、解像度を犠牲にすることなく、従来に比べ自由に、より速く、より長く画像観察ができるようになります。

Capture Fast Dynamics

Lattice SIMを使用すると、これまでにない速度で動態を超解像画像観察できます。

Lattice SIM: mEmerald-GFPでタグ付けされたエンドソーム輸送マーカー(Rab5a)およびtdTomatoでタグ付けされたゴルジ体およびゴルジ体関連輸送マーカーを発現するU2O細胞。画像は、> 200fpsのフレームレートで取得されており、高速事象の検出が可能であることを示す

Gentle Superresolution Imaging

試料への照射光量を削減しつつ、なお、すべての微細な情報を―多色で―捉えます。

Lattice SIM: U2O細胞内のTomm20-mEmeraldとEB3-tdTomatoを1400フレーム以上同時に画像観察

Resolve the Finest Details

複数の目的について、すべての波長領域にわたり最高の解像度を実現します。

Lattice SIM: カバーガラス上に展開されたマウス精巣の対合(シナプトネマ)複合体。 Sycp1はAlexa Fluor 488(緑)で標識され、Sycp3はAlexa Fluor 568(マゼンタ)で標識されています。試料提供: courtesy of M. Spindler and R. Benavente, University of Würzburg, Germany.

How Lattice SIM works

従来のSIMでは、格子線の方向や位置を変化させながら試料の領域を照明し、画像観察を行っていました。 格子の構造は試料の構造と干渉し、モアレ縞を生成。これらは高周波成分-すなわち高解像度の情報-を含んでおり、低周波数に変換され、光学系によって解像されます。データの取得後、構成される画像は3次元すべてで2倍の解像度を持ち、数値処理することができます。

Lattice SIMでは、試料の領域は格子線の代わりに格子点パターンで照明されます。格子パターンはより高いコントラストが得られ、処理に対してより安定。サンプリング効率は従来のSIMよりも2倍高くなります。結果として、必要な照射量が少なくなります。

このように改良された光子効率をどのように活用するかは、使い方次第です。高い画像品質と少ない褪色でより速く画像観察を行うことができます。または、同じ速度と低い褪色でより良い画像品質を得ることができます。あるいは、高速、高画質でより光損傷の少ない画像観察が可能になります。ご希望に応じて選択いただけます。

従来のSIMとLattice SIMの簡単な比較の映像をご覧いただけます

Single Molecule Localization Microscopy

単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)には、PALM、dSTORM、PAINTなどの技術が含まれます。可視光スペクトルの全範囲にわたる高出力のレーザーと2台のカメラによる検出法を使用することで、Elyra 7は広い範囲の標識色素、マーカー、蛍光色素のほぼあらゆる可能な組み合わせを利用することができます。

Elyra 7を使用することにより、一定の精度で、広視野と前例のないz-軸の測定範囲にわたる定量化が可能になります。これにより、分子レベルの精度で細胞全体の3次元データの取得が可能になります。

Resolve Molecular Structures

単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)により、個別のタンパク質の正確な位置のマッピングが可能。

SMLM: Eightfold symmetry of the nuclear pore complex in A6 cell.
SMLM: Eightfold symmetry of the nuclear pore complex in A6 cell.

Determine the Relationships Between Molecules

分子レベルの正確さで2つのチャネルの検出が可能。

SMLM: Alpha tubulin was labelled with Alexa 555 and beta tubulin with Alexa 488.
SMLM: Alpha tubulin was labelled with Alexa 555 and beta tubulin with Alexa 488.

Capture Information in Three Dimensions

z軸方向における分子の相互関係を高い精度で明確化が可能。

SMLM: With Elyra 7 you can image a z-depth of 1.4 µm in a single acquisition.
SMLM: With Elyra 7 you can image a z-depth of 1.4 µm in a single acquisition.

How SMLM works

単一分子局在化顕微鏡法(SMLM)では、光スイッチング蛍光分子がまばらに活性化されるため、単一の点像分布関数(PSF)内でオン状態になるものは多数の中の1つだけです。これにより、PSFの拡張をはるかに超える局在化精度でその質量中心を決定することができます。記録されるとすぐに、その分子は(例えば、光褪色によって)オフ状態に変わり、その後、全ての分子が捉えられるまで、活性化/不活性化のサイクルが何度も繰り返されます。

局在化は新しい画像に描画され、超解像画像が作成されます。 PSFがz-軸位置のコードを形成する場合、この方法は3次元でも同様に機能します。xy平面方向に20〜30nm、z軸方向に50〜80nmの範囲で分解能を達成することが期待されます。

Elyra 7では、可視スペクトル全体にわたる強力なレーザー線光源により、実験に最適な標識色素を自由に選択可能。さらに、正確に同期された2台のカメラのオプションにより、2つの標識を同時に捉えることができます。

PALMの基本原理。スライダを動かすと、この技術の仕組みが分かります

Get superfast optical sectioning with the new Apotome mode

広視野システムにおける生細胞の画像観察は、しばしば焦点外れのぼやけ、またはバックグラウンドシグナルによる劣化の影響を受けています。これらの影響により、画像のコントラストや解像度は低下する可能性があります。Elyra 7の新しいApotomeモードは構造化照明法を使用し、鮮明なコントラストとxy平面方向とz軸方向の高い解像度での光学断層像を高速化します。

How the Apotome mode works

格子パターンは、顕微鏡の焦点面内を照明し、蛍光シグナルを高速で変調するために使用されます。ZENイメージングソフトウェアは、異なる格子位置で5つの画像を取得した後、これらのフレーム画像を焦点面-光学断層像-からの情報のみを含む画像に統合します。 新しいApotomeモードを使用することにより、コントラストと解像度が高く、高速でかつ光損傷の少ない画像観察を実行できるようになります。

また、新しい光学断層像の速度を利用して、大規模な試料領域や大きな立体のデータを取得する際の生産性を向上させることもできます。

ペニシリウムの自家蛍光: Apotomeモードにより、422個のZ平面で90×90×50μmの立体が画像化

COS-7 cells. Maximum intensity projection of 66 sections.

COS-7細胞: 66光学断層像の最大強度投影。Alexa 488(緑)で染色された微小管およびAlexa 568(赤)で染色されたアクチン。Apotomeモードにより、同時に2色のデータ取得

Application Examples

Lattice SIM: 試料に変化を与えることなく、長時間にわたって細胞動態を観察。mEmerald-GFPタグ付きエンドソーム輸送マーカー(Rab5a)およびtdTomatoタグ付きゴルジ体およびゴルジ体関連輸送マーカーを発現するU20s細胞。30分間にわたって2色同時取得

Lattice SIM: 細胞全体の微細構造の相互作用状況を高解像度で提供。EB3-tdTomatoを発現するCos7細胞。資料提供: M. Sauer, University of Würzburg, Germany.

Lattice SIM: マウス脳切片におけるThy1-GFP神経細胞の3次元構築画像。約20μmのz軸層が組織切片の内部で取得。資料提供: Herms lab, DZNE, Munich, Germany.

Lattice SIM: 光褪色なしに高速の動態解析が可能。Lifeact-9(アクチンを標識)およびEB3-mEmer-ald-GFP(微小管の成長末端を標識)を発現するU2O細胞。2色同時に取得された100枚の連続画像。EB3およびLifeactの動きが観察される数分の間、光褪色はほとんど認められない

Widefield image
Lattice SIM image

Lattice SIM: 微細構造の観察。Phalloidinで標識されたアクチン。広視野画像(左)とLattice SIM画像(右)。Lattice SIMによる2倍の解像度改善を示す

Lattice SIM: 3D image of microtubules, color coded for depth.

Lattice SIM: 微小管の3次元画像。深度表示のために色分けされる

SMLM: 3D PAINT image of mitochondrial membranes in BSC1 (kidney epithelial cells)

SMLM: BSC1(腎臓上皮細胞)におけるミトコンドリア膜の3D PAINT画像。外膜タンパク質TOM20はUltivue-I2-650イメージング鎖を用いて標識されています。広視野画像

SMLM: 3D PAINT image of mitochondrial membranes in BSC1 (kidney epithelial cells).

SMLM: BSC1(腎臓上皮細胞)におけるミトコンドリア膜の3D PAINT画像。外膜タンパク質TOM20は、Ultivue-I2-650イメージング鎖を用いて標識。3D PAINT画像はz軸深さ表示のために色分け

SMLM: BSC1(腎臓上皮細胞)におけるミトコンドリア膜の3D PAINT画像。外膜タンパク質TOM20は、Ultivue-I2-650イメージング鎖を用いて標識。ミトコンドリアの膜構造を示す個別のz平面

Downloads

ZEISS Elyra 7

Your Flexible Platform with Lattice SIM for Fast and Gentle 3D Superresolution

20 Pages
Filesize: 6,587 kB

Introducing Lattice SIM for ZEISS Elyra 7

Structured Illumination Microscopy with a 3D Lattice for Live Cell Imaging

8 Pages
Filesize: 1,249 kB