双光子3D组织切割成像系统-TissueSurgeon

双光子3D组织切割成像系统-TissueSurgeon


德国LLS ROWIAK公司的TissueSurgeon是一款专门设计的快速、方便、灵活的组织切片机设备。该设备使用高速高能激光系统,能够对样品实施如同外科手术般的精准的非接触式切割。其独特的多光子切割技术有别于目前市场上的任何产品,能够从样品中的任意位置开始,直接在指定的样品部位直接进行切割并且不会对样品部位造成灼伤。


应用领域

■  10~100 μm厚度的无脱钙硬组织切割(牙齿、骨骼等)

■  软组织固定、无固定切割

■  硬、软组织的表观遗传、基因表达、生理代谢指标的测定

■  基于MPM、OCT定位的精准切割

■  深层组织的多光子成像观测(FL、SHG、THG)

利用双光子原理实现精准、快速、无需固定、脱钙等前处理、不会灼伤样品的可视化荧光激光切割系统,能够无需脱钙直接对骨骼、牙齿等硬组织直接成像定点切割,对于软组织能够无需前处理直接成像定位切割#

传统切割方法

骨骼的大部分细节信息都被机械力破坏,

并且染色效果也并不理想

ROWIAK激光切割

骨骼的大部分信息均被良好地保留下来,并且

染色效果好于传统切片的染色效果


TissueSurgeon有别于传统的薄片切割系统,这种切割无需借助外力,能够有效避免金属刀片带来的金属污染和机械力损伤。这种切割技术也克服了传统激光切割技术必须从表面开始切割并且会灼烧样品的缺点。


TissueSurgeon使用独特的双光子切割技术,有效避免传统激光切割缺点,真正做到了从任意点开始的3D切割,并且对于样品没有灼烧。 


为何选用TissueSurgeon?

■  可切割的样品种类:牙齿、骨骼等生物硬组织,各种聚合物材料,软组织,含有金属的硬组织或者软组织

■  样品处理方式:硬组织无需脱钙、软组织无需固定

■  可适用染色方法:HE染色常规及TRAP、Masson等特殊染色方法

■  切片过程全自动控制

■  最薄切片厚度:硬组织切片10 µm

■  切片速度:≥1 mm²/s

■  切割过程不会污染、灼伤或机械力损伤样品

■  激光光源类型:红外飞秒脉冲激光

■  成像技术:光学相干断层扫描(OCT)



■  原位细胞3D切割成像技术基于青鳉胚胎组织的单细胞提取


单细胞的原位组织提取一直以来都是一项十分困难的工作,这主要受制于组织之间连接致密难以消化,而机械力往往很难精确地将单个细胞与组织完整的分离。激光切割具有传统切割技术所难以匹及的切割精度,是目前一种比较理想的切割手段,因此围绕激光切割技术的相关显微产品也孕育而生,并在科研领域中越来越受到关注。但是激光切割也有其局限性,首先显微激光切割往往要从表面开始,无法对深层组织进行切割;另一方面激光的光源往往采用紫外激光光源,这种类型的光源很容易造成组织灼伤,从而影响切割下来样品的品质,因此激光切割的应用发展也受到了诸多限制。


如今ROWIAK公司推出的一款全新的单细胞分离系统有望解决这一难题。它采用了近红外双光子激光切割技术,在保留了激光切割精度优势的同时,采用近红外波长的激光从而避免了激光切中对组织灼烧的问题。因此能够实现精准的原位组织中的单个细胞的分离。


  

双光子3D组织切割成像系统TissueSurgeon


 

发育中的青鳉胚胎


 

青鳉是一种成熟的模式生物,常用于分析发育和发育过程中的细胞信号神经生物学研究。其中使用表达荧光蛋白的转基因胚胎是一种揭示胚胎发育的良好方法。随着基因技术的发展,研究者们越来越多地开始关注这些标记细胞中转录组中的信息。虽然单细胞测序技术发展迅速,但是从组织中获得单细胞的手段却十分有限。目前几乎没有手段能够直接在组织的原位上快速获取一个细胞,但是基于ROWIAK双光子切割技术,研究者成功地在这方面取得了一些进展。


青鳉胚胎中感知神经中表达mcherry的细胞成像


研究者为了研究青鳉感觉神经分泌细胞细胞群中特定表达m-cherry的转基因细胞的内部遗传信息,将ROWIAK双光子3D组织切割成像系统与传统的显微操作系统进行结合,成功实现了对目标细胞的原位分离。


研究者首先利用双光子3D组织切割成像系统对青鳉胚胎中的mcherry细胞进行了定位,然后根据其细胞群的形态设定了切割部位,随后系统根据预先设定的范围进行切割。待切割完成后使用玻璃微管移液器将目标的细胞部位直接取出,即获得了目标组织区域。这种方法能够在不破坏样品原位信息的情况下将感兴趣的部位直接精准的分离,这对于揭示生物体的基因表达情况具有着深远的意义。


从青鳉胚胎中分离特定表达mcherry的细胞团

 

参考文献:
Wittbrodt, J. et al. Medaka — a model organism from the Far East. Nature Reviews Genetics 3, 53-64.
Yamamoto, T. (ed.) MEDAKA (Killifish): Biology and strains. Yamamoto, T. (ed.) Keigaku Pub. Co., Tokyo, 1975, pp.365.
Kristin Tessmar-Raible et al.Removal of fluorescently-labeled sensory-neurosecretory cells from forebrain of transgenic Medaka embryos, focusonmicroscop. 2011.



染色(缩写)

染色

图像

描述

ABFR

阿尔新蓝-核固红


狗,唾液腺:

核仁:红色

微酸粘蛋白:蓝色


ABFR

阿尔新蓝-核固红


大鼠股骨(未脱钙):

软骨细胞外基质:蓝色


CF

纤维蛋白-卡斯塔莱斯


兔血管:

纤维蛋白:亮红色

血小板:灰到深蓝色

胶原:亮蓝色

肌肉:红色

红细胞:明黄色


EVG

Elastica Van Gieson染色


兔,带支架血管:

核:褐色

结缔组织:黄色

弹性纤维:紫色

肌肉:红色

Plasma:红色


EO

伊红


狗爪(未脱钙):

骨细胞,荧光


HE

苏木精和伊红


带支架兔冠状动脉:

核:蓝色

其余组织:红色


LL

Levai-Laczko染色


羊骨连接处(未脱钙):

核:violett-blue

细胞质:蓝色

红细胞:深蓝色

软骨基质:亮蓝色

骨基质:鲜红色

类骨质:紫色

纤维:蓝紫色

McN

McNeil Tetra Chrome染色


狗胫骨(未脱钙):

骨:粉红色/红色

细胞和细胞核:蓝色

软骨:紫色

结缔组织:红/粉红色


MG

Masson Goldner Trichchrome with light green and anilin blue染色


小鼠股骨(未脱钙),生长板:

骨:绿色

类骨质:橙色

软骨:粉红色

肌肉纤维:红色

胶原蛋白:绿色

细胞质:粉红色

核:棕色


MP

Movat Pentachrome染色


狗爪(未脱钙):

核仁:蓝-黑色

肌肉组织:红色

基质:蓝色

胶原:蛋白:黄色

软骨::蓝-绿色

弹性纤维:黑色

骨:黄-红色


Nissl

尼氏染色法


人脑:

核和尼氏体:

红紫罗兰色/紫罗兰色

细胞质和其他组织:

亮蓝色到亮紫罗兰色


Sirius

天狼星红


人主动脉斑块:

纤维组织:红色


 

SRS

Sanderson Rapid Stain染色


鼠下颌骨(未脱钙):

骨和细胞核:蓝色


SRS   + VG

Sanderson Rapid Stain + van Gieson染色


大鼠股骨(未脱钙),生长板:

骨:粉红色

骨髓细胞:蓝色到紫色

生长板软骨:红色


VEL

Verhoeffs Elastica染色

兔,带支架血管:

弹性纤维:黑色

其余组织:红色


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中国人民解放军军事医学科学院


University of Iowa Carver College of Medicine


HAWK University of Applied Sciences and Arts


German Heart Centre of the Technical University Munich


Georgia Institute of Technology, School of Chemistry and Biochemistry


Rostock University Medical Center, Department of Ophthalmology-1,-2


Rostock University Medical Center, Experimental Pediatrics Group-3


Queen Mary University of London


University of Gothenburg, BIOMATCELL VINN Excellence Center of Biomaterials and Cell Therapy-1


University of Gothenburg, Department of Clinical Chemistry and Transfusion-2


alizée pathology, LLC (now: StageBio)


Ratliff Histology Consultants, LLC



小鼠脑切割


切割


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