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Ali Ertürk 及其共同作者描述了一种新型组织化学技术,能对成年小鼠的完整脊髓组织进行清晰的荧光显微镜成像。

此前,成年小鼠脊髓组织的脂质含量高,因此只能通过破坏性组织学方法对脊髓进行成像,从而无法追踪完整的轴突。本研究所应用的改良组织化学技术使 Ertürk 及其同事能够证明,不仅生长能力强的轴突,就连以前曾被认为没有生长能力的轴突在脊髓创伤后也表现出再生特征。

Volume rendering of cleared spinal cord
图1:通过双光子显微镜获得的清晰的脊髓立体渲染成像

Ertürk 作为 Amira 软件的长期用户,信任这一系统以及该系统具备的神经丝追踪和可视化功能,将该系统作为首选工具。他利用 Amira 软件的骨架化模块和神经丝编辑工具,成功追踪从脊髓病变部位到其背根神经节的轴突,从而验证这些轴突来自外周轴突已被切断的神经元。直达端部的轴突追踪证明了 3D 成像能够以传统组织学方法所提供的全分辨率清晰区分再生轴突与未受损轴突(图1)的巨大潜力。

Ertürk 借助 Amira 软件的阴影立体渲染(参见图1和图2)功能实现了双光子显微镜图像的可视化。结合其角切割功能(图2),不仅能生成体现脊髓内大量平行分布的神经丝的美丽图像,还能够虚拟解剖组织,并获得有关其空间组织的信息。使用 Amira 软件的管状渲染模块,可以直观地可视化追踪的轴突轨迹。图3显示了渲染成管状的纤维网络(不同颜色代表不同直径)。

Corner cut through a volume rendering of the axons in the spinal cord
图2:通过立体渲染对脊髓中的轴突进行角切割。

Amira 软件兼容并支持其他图像处理平台(如 Matlab),因此 Ertürk 可轻松与第三方应用程序交换跟踪结果,Ertürk 利用这些结果开发并定制了定量分析方法。

最后一步是使用 Amira 软件的 DemoDirector 和 MovieMaker 模块创建 3D 视频,这些模块为创建 3D 动画提供了无限自由。

最终,3D 成像方法将使得研究人员能确立整个神经系统内的精确分布情况。 

Tube rendering of traced axons colorized according to axon thickness
图3:根据轴突厚度用不同颜色对追踪的轴突进行管状渲染。

Max Planck 神经生物学研究所 (MPIN) 位于慕尼黑西南部边界处的 Martinsried。该研究所致力于基础研究,探索大脑和神经系统的基本功能、结构和发展。

关于 Amira & Avizo 3D 软件

Amira 和 Avizo 是高性能 3D 软件,可对来自不同来源和模式的科学和工业数据进行可视化、分析和解读。

 

作者/研究者:Ali Ertürk1,2, Christoph P Mauch3, Farida Hellal1,4, Friedrich Förstner5, Tara Keck6,7, Klaus Becker8,9, Nina Jährling8-10, Heinz Steffens11, Melanie Richter12, Mark Hübener6, Edgar Kramer12, Frank Kirchhoff11,13, Hans Ulrich Dodt8,9 & Frank Bradke1,4

附属机构:

1 Max Planck 神经生物学、轴突生长和再生研究所,德国 Martinsried。
2 神经科学系,美国加利福尼亚州南旧金山 Genentech。
3 Max Planck 精神病学研究所,德国慕尼黑。
4 神经退行性疾病、轴突生长和再生研究中心,德国波恩。
5 Max Planck 神经生物学、系统与计算神经生物学研究所,德国 Martinsried。
6 Max Planck 神经生物学、细胞与系统神经生物学研究所,德国 Martinsried。
7 发育神经生物学医学研究理事会中心,伦敦国王学院盖伊校区,英国伦敦。
8 维也纳技术大学,固态电子研究所,生物电子系,奥地利维也纳。
9 维也纳医科大学,生物电子系,脑研究中心,奥地利维也纳。
10 奥尔登堡大学,神经生物学系,德国奥尔登堡。
11 Max Planck 实验医学研究所,神经遗传学系,神经胶质生理学和影像学,德国哥廷根。
12 分子神经生物学中心,神经系统的发展与维护,德国汉堡。
13 Saarland 大学,生理学研究所,分子生理学,德国霍姆堡/萨尔。
图像和文字内容由 Max Planck 神经生物学研究所 Ali Ertürk 提供