Nicht-invasive 3D-Visualisierung mit Sub-Mikron-Auflösung mit Synchrotron-Röntgen-Tomographie

Hallo. Mein Name ist Michelle Ov vom Bats-Labor an der Universität Tübingen, und in diesem Vortrag möchte ich über die nichtinvasive dreidimensionale Visualisierung der inneren Organisation von mikroskopisch kleinen AHR-Ausgaben mittels Synchrotron-Röntgentomographie mit submikroner Auflösung sprechen. Das Modellsystem, mit dem wir arbeiten, ist die orbithaltige Milbe Aus Long osis, ein mikroskopisch kleiner AHR-Ausgang mit einer Körperlänge von 800 Mikrometern bis zu einem Millimeter. Dies ist ein Bild aus unserer Laborkultur, auf dem man die Tiere bei der Nahrungsaufnahme von Algen beobachten kann.

Um die innere Organisation von Argos zu untersuchen, verwenden wir Synchrotron-Röntgenstrahlung, um tomographische VOX-Daten am SRF und Grable zu erzeugen. Hier sehen Sie ein Bild des ESRF mit dem großen Speicherring, und in der oberen rechten Ecke sehen Sie die Experimentierhalle der ID 19, die sich außerhalb des Rings befindet. Für die Messungen wurden die Proben kritisch punktgenau präpariert und mit Sekundenkleber auf Kunststoffstiften befestigt. Die Experimente wurden bei 20,5 KEV durchgeführt, und für die Rekonstruktionen wurden 1.500 Projektionen aufgenommen.

Hier sehen Sie die Kamera mit einem ko-freiberuflichen CCD-Chip, 14 Bit Dynamikumfang und vier Megapixeln. Der am unteren Bildrand dargestellte Simulator wandelt Röntgenstrahlen in sichtbares Licht um. Dies ist eine Nahaufnahme des Probenträgers und des Drehtisches.

Die Probe wird auf dem Goya-Meter-Kopf montiert, um eine korrekte Ausrichtung der Probe im Strahl zu ermöglichen. Eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Aufbaus findet sich in unserer Veröffentlichung aus dem Jahr 2007 im Journal of Microscopy. In diesem Vortrag werde ich mich auf Datenanalysen im Hinblick auf die dreidimensionale Visualisierung mit der Software Fiji Studio Max konzentrieren.

Zunächst zeige ich Ihnen, wie man die Grauwerte aus dem Hintergrund entfernt, um die Informationen der Probe zu extrahieren. Im Histogramm sehen Sie einen großen Peak, der hauptsächlich Grauwerten des Hintergrunds entspricht. Nachdem dieser Peak aus dem Histogramm entfernt wurde, können Sie erkennen, wie die Probe aus dem grauen Würfel hervortritt.

Danach zeige ich Ihnen, wie man das Objekt mithilfe des Keyframer-VG-Studios rotiert. Max verfügt über einen Satz vordefinierter Kameratrajektorien. Hier verwende ich den XY-Kreis, um eine Drehung um die vertikale X-Achse zu erzeugen, und dies ist die endgültige Animation.

Die große Struktur auf der Rückseite des Tieres entspricht der Oberfläche des Sekundenklebers. Nun zeige ich Ihnen, wie man eine virtuelle Schnittebene festlegt, um einen dreidimensionalen Blick in die innere Organisation der Probe zu erhalten. Es gibt drei Orientierungen, in denen eine Schnittebene festgelegt werden kann: frontale, sagittale und axiale Ansicht.

Hier verwende ich die frontale Ebene und finde eine Schnittebene irgendwo in der Mitte des Tieres, im Bereich des; diese Schnittebene muss nicht statisch sein. Erneut mithilfe des Keyframers kann sie entlang einer beliebigen Achse verschoben werden. In diesem Beispiel nutze ich den voreingestellten Clip Z, um die Schnittebene entlang einer longitudinalen Achse der Probe zu bewegen, und so sieht die endgültige Animation schrittweise aus: Sie können die dreidimensionale Organisation aller inneren Strukturen mit einer Auflösung von lediglich 0,7 Mikrometern verfolgen.

Neben den vordefinierten Kameratrajektorien ist es auch möglich, benutzerspezifische Kamerapfade zu erzeugen. Wählen Sie dazu den Freie-Kamera-Blick-auf-Modus und passen Sie die Kamera und die Fokussierentfernung der virtuellen Linse an jede gewünschte Position an. Schritt für Schritt können neue Kamerapositionen definiert werden, um einen individuellen Pfad beliebiger Komplexität zu verfolgen.

Das 3D-Fenster oben links zeigt die Wirkung aller Kameraeinstellungen in Echtzeit. Das abschließende Beispiel führt Sie auf einen virtuellen Flug entlang des gesamten Verdauungssystems durch das Tier. Hier sehen Sie einige Teile des Gma, des Colliery, des Labrum und der Rotella.

Wir nähern uns und betreten den Mund des Tieres. Hier können Sie die PHNs an der dorsalen Seite sehen. Nun bewegen wir uns durch die Speiseröhre, um die Ventrikel zu erreichen.

Unsere geriffelten Milben besitzen zwei große Ker. Dies sind slike Strukturen mit Verdauungsfunktion. Wir betreten das rechte Seum.

Durch seine kleine Öffnung können Sie zahlreiche IDE-Zellen sehen. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Verdauung, obwohl die vollständige Funktion und der Mechanismus noch nicht vollständig verstanden sind. Zurückkehrend zu den Ventrikeln, sehen wir eine besondere Struktur, das Ileozäkalklappenventil, durch das wir vor einer Minute tatsächlich die Ventrikel betreten haben, genau an der Grenze zwischen den Ventrikeln und dem Kolon.

Sie können einen Nahrungsbolus sehen, der verdichtet und von einer atrophen Membran umgeben ist. Hinter dem Nahrungsbolus sehen Sie eine fäkale Palette. Gerade fliegen wir durch diese fäkale Palette hindurch.

Anschließend durchqueren wir den kurzen Interkolon und betreten den Postkolon. Hier sehen Sie die große und charakteristische mikrobielle Flora. Schließlich können Sie hier die Innenseite der speziellen Tierplatten sehen, genau wie eine Fe-Palette.

Wir verlassen das Verdauungssystem. Nun werfen wir einen kurzen abschließenden Blick auf die äußere ventrale Seite des Tieres und betrachten die Tierplatten, die AAL-Platten und die Genitalplatten.