Ce protocole décrit la configuration d'une feuille microscope optique et sa mise en œuvre pour l'imagerie in vivo de C. elegans embryons.
Techniques d'imagerie phototoxiques rapides et faibles sont pré-requis pour étudier le développement d'organismes dans sa totalité. Microscopie basée nappe de lumière réduit photo-blanchiment et les effets phototoxiques par rapport à la microscopie confocale, tout en fournissant des images en 3D avec une résolution subcellulaire. Ici, nous présentons la mise en place d'une feuille à base microscope optique, qui est composé d'un microscope droit et un petit ensemble d'éléments opto-mécaniques pour la production de la feuille de lumière. Le protocole décrit comment construire, aligner le microscope et de caractériser la nappe de lumière. En outre, il explique comment mettre en œuvre la méthode pour l'imagerie de toto de C. elegans embryons en utilisant une chambre d'observation simple. Le procédé permet la capture de deux couleurs 3D films time-lapse sur quelques heures de développement. Cela devrait faciliter le suivi de la forme des cellules, des divisions cellulaires et protéines marquées sur de longues périodes de temps.
La formation et la mise en forme d'un organisme implique des mouvements cellulaires, les changements de forme cellulaire, la division cellulaire et la différenciation cellulaire. Comprendre l'évolution et de la coordination de ces processus nécessitent des outils d'imagerie rapide avec les trois dimensions et la capacité de résolution subcellulaire. Parmi les techniques in vivo avec ces capacités de l'imagerie, de la lumière éclairage microscopie feuille appelée aussi sélective unique microscopie / plan d'éclairage a l'avantage unique de produire des effets à faible phototoxique et bas-photoblanchiment 1,2.
Dans la feuille éclairage microscopie, l'échantillon est éclairé par le côté par une nappe de lumière, qui effectue le sectionnement optique. La voie d'éclairage et le trajet de détection sont perpendiculaires l'une à l'autre et de la nappe de lumière est aligné à coïncider avec le plan focal objet de la lentille d'objectif détection. L'échantillon est placé à l'intersection des deux trajets, une peut être déplacé le long de l'axe de détection pour permettre l'imagerie 3D. Seul le plan de l'intérêt est illuminée et tous les points de ce plan sont détectées en même temps. Cela augmente considérablement la vitesse d'acquisition et de réduire photoblanchiment ainsi que la phototoxicité par rapport à la microscopie confocale 3.
Pratiquement, la microscopie feuille d'éclairage est facile à installer et align: pour deux imagerie tridimensionnelle, aucun balayage est nécessaire ni pour la partie de détection, ni pour la partie de l'éclairage; comme une technique à grand champ avec sectionnement, l'imagerie en trois dimensions peut être obtenue par un déplacement d'axe unique de l'étage de maintien de l'échantillon.
Ici, nous présentons la mise en place d'un microscope simple de nappe de lumière et sa mise en œuvre pour l'imagerie de toto de C. elegans embryons. C. elegans embryons sont bien adaptés à vivre in vivo imaging en raison de leur transparence, de la lignée invariant et stéréotypée cellule positions 4,5. La configuration de la nappe de lumière développé est basé sur un microscope droit standard pour la détection. Le protocole présenté ci-dessous détaille la façon de construire et d'aligner le module d'excitation / chemin, tester et caractériser la nappe de lumière et de montage de l'échantillon pour l'imagerie 3D. Il fournit également des exemples de films time-lapse acquis avec l'installation sur différentes souches exprimant des marqueurs fluorescents.
Ce protocole décrit une installation facile de la microscopie à feuille de lumière pour l'imagerie in vivo de C. elegans embryons. Les éléments optiques nécessaires pour créer et aligner la nappe de lumière, y compris les lasers, élargisseur de faisceau, collimation et lentilles de focalisation, peuvent être facilement montés sur un banc optique. En combinaison avec un microscope droit de la voie de détection et la caméra, cela fournit une solution simple à mettre en place une feuille de microscope optique.
Cette géométrie rend l'environnement de l'échantillon simple. Le spécimen vivant est placé dans une cuve en verre, qui est maintenu, placé et déplacé par un petit ensemble de pièces mécaniques. En microscopie feuille d'éclairage est une technique de champ large avec sectionnement, un seul axe motorisé mouvement est nécessaire pour l'imagerie 3D. Ceci limite la nécessité d'une synchronisation à un élément de balayage unique, et facilite le développement de logiciels. Par rapport à notre ISPIM 6 geomet deboutry permet l'utilisation d'une grande lentille d'objectif NA pour la détection. Par rapport aux configurations avec des lentilles d'objectif SPIM dans le plan horizontal le montage de l'échantillon et la formation d'image d'une série d'embryons sont plus faciles. Au total, la mise en œuvre de cette technique est simple et peut être réalisé avec peu d'expertise en optique. Il s'agit d'une alternative moins chère à la microscopie confocale avec les avantages d'une vitesse plus élevée et la phototoxicité réduite mais inconvénient d'une résolution axiale inférieure.
Nous avons également développé un moyen simple et reproductible pour monter C. elegans embryons pour l'imagerie in vivo en utilisant ce système. La procédure de montage est rapide (15 min) et est adapté pour les expériences de tous les jours. Pour C. imagerie elegans, les avantages de cette configuration simple sont au moins deux plis: (i) dans l'imagerie de Toto est possible sans rotation et donc la reconstruction 3D est simple; (Ii) le montage de l'échantillon est facile et plusieurs embryons peut être imagée séquentiellesur la même lame. Nous avons montré des exemples de films de time-lapse avec une résolution temporelle suffisante pour observer des divisions cellulaires et les changements de forme de la cellule. La puissance de la microscopie à feuille de lumière pour étudier C. développement elegans a également été illustrée récemment par d'autres 6, 7, 8. Par conséquent, cette technique sera très utile pour étudier la morphogenèse et la structuration de la C. embryon elegans.
Peut ce système également être utilisé pour analyser le développement d'autres organismes modèles? Il est important de reconnaître que la mise en œuvre de la feuille éclairage microscopie pour les petites et transparent organisme comme C. elegans est moins stricte que pour les plus grands organismes tels que des embryons de drosophile. L'imagerie toto de la drosophile nécessite normalement rotation et multi-vues reconstructions 9, 10. excitation des deux côtés avec colinéaires lentilles d'objectif d'excitation peut également réduit les effets d'ombre provoqués par la attenuation de la lumière 11. Pourtant, la configuration présentée ici est encore adapté à l'image d'un côté des embryons de drosophile, avec une faible blanchiment et bas photoxicity. Cette configuration pourrait également être utile pour des images de petites et transparentes embryons tels que les ascidies ou le poisson-zèbre.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions tous les membres de la Lenne et les laboratoires de Bertrand, en particulier Olivier Blanc pour le développement de logiciels et Jérémie Capoulade de discussion. Nous remercions également le centre d'imagerie PICsL-IBDM, en particulier Claude Moretti et Brice DETAILLEUR pour le support technique.
Ce travail a été financé par des subventions de l'AIPRP du CNRS (à P.-FL et VB), le Labex INFORM subvention (P.-FL et VB) et une subvention de Sanofi-Aventis (à VB). Nous reconnaissons l'infrastructure France-BioImaging soutenu par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR-10-INSB-04-01, appelons «Investissements d'Avenir»).
SPIM | |||
Detection | |||
upright microscope | ZEISS | Axiophot 1 | |
100xW objective (NA 1.1, W.D. 2.5mm) | NIKON | ||
EMCCD back illuminated | ANDOR | DU-885K-CS0-#VP | |
Illumination | |||
LASER 488nm / 60mW | TOPTICA | iBeam smart | |
LASER 405nm / 120mW | TOPTICA | iBeam smart | |
LASER 561nm / 500mW | COBOLT | JIVE 500 | for time lapse imaging, 50 or 100mW is enough |
filter Quad line laser rejectionband ZET 405/488/561/638 | AHF | F57-405 | |
Dichroic 405 | AHF | F38-405 | |
Dichroic 488 | SEMROCK | Di01-R488 | |
AOTF | AA | AOTFnC-400.650-TN | |
mirror | |||
lens 50mm | THORLABS | telescope 5X | |
lens 200mm | THORLABS | telescope 5X | |
periscope | THORLABS | RS99/M | |
cylindrical lens f=100mm | THORLABS | ACY254-100-A | |
10X NA 0,3 | NIKON | ||
xyz stage | NEWPORT | ||
Sample | |||
Bacto Agar | Bectkton Dickinson | 214010 | 5% in water |
Poly-L-Lysine solution | Sigma | P8920 | |
Capillaries GC100F-10, 1.0mm oD, 0,58mm ID, 100 mm L | Havard Appartus | 30-0019 | |
Aspiration tube (mouth pipette) | Dutsher | 55005 | |
M9 medium: | |||
KH2PO4 (3g/L) | Any supplier | ||
Na2HPO4 (6g/L) | Any supplier | ||
NaCL (5g/L) | Any supplier | ||
MgSO4 (1mM final) | Any supplier | ||
cuvette holder | HOME MADE | made by Brice Detailleur | |
sample holder | HOME MADE | made by Claude Moretti | |
x stage | NEWPORT | ||
coverslip 50x20x1mm | MARIENFELD | cut then in 10x20x1mm | |
piezo electric stage with amplifier/controller | PI | P-622.ZCD / E-625.CR | |
cuvette 40mmx40mmx10mm | HELLMA | 704.002-OG.40 mm- 10mm high | |
Diamond Point Glass Marking Pencil | VWR | ||
Software | |||
C++ (Qt) home made software | developed by Olivier Blanc and Claire Chardès, available on request. Alternative solutions: micromanager or labview |