同步飛掃三維熒光顯微成像系統(tǒng)（VISoR）是基于光片掃描與同步實(shí)時(shí)讀取的高效體成像系統(tǒng)，專(zhuān)為大體積生物樣本高分辨成像設(shè)計(jì)，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)畢國(guó)強(qiáng)教授課題組研發(fā)。該設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦、胚胎、病理切片等生物組織和臨床醫(yī)學(xué)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度快速熒光成像解析，能對(duì)大樣品進(jìn)行高通量的三維熒光成像。VISoR成像系統(tǒng)目前已經(jīng)在成像設(shè)施2號(hào)樓1層公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成安裝調(diào)試，并正式開(kāi)始對(duì)外提供技術(shù)服務(wù)，系統(tǒng)的主要配置與功能如下：
01 主要功能及特色：
光片顯微系統(tǒng)：使用—特定角度激光束從側(cè)面激發(fā)樣品發(fā)出熒光，提供高速CMOS成像，而入射照明光路和CMOS接收熒光光路互相垂直，通過(guò)振鏡和調(diào)整光路以及三維位移臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)快速成像。
圖1 顯微成像原理圖
全腦熒光成像：小鼠全腦熒光成像服務(wù)為神經(jīng)科學(xué)研究人員提供高分辨率、全腦尺度的成像解決方案，適用于神經(jīng)環(huán)路研究、神經(jīng)元定位分析以及神經(jīng)疾病模型等領(lǐng)域。通過(guò)VISoR高通量成像技術(shù)和透明化技術(shù)，我們能夠獲得極為精確的三維成像數(shù)據(jù)，展示全腦細(xì)胞分布、神經(jīng)元連接和分布模式。
圖2 對(duì)小鼠腦部CaMKllα+神經(jīng)元的VISoR熒光成像采集
三維數(shù)據(jù)處理：通過(guò)特定開(kāi)發(fā)的算法技術(shù)，將獲取的海量2D數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，最終獲得樣品的三維圖像。
圖3 三維圖像重構(gòu)
02 主要規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)：
分辨率：最?可達(dá)0.5×0.5×2.5 μm3，確保微觀結(jié)構(gòu)的清晰成像；
載物臺(tái)行程：100 mm×150 mm，成像范圍：70 mm*75 mm；
成像系統(tǒng)：雙sCMOS相機(jī)，2048×2048像素，100 fps全幅成像速度；
成像通量：在高分辨率條件下，每?時(shí)可獲取?達(dá)1.0 T像素的數(shù)據(jù)量；
成像速度：??全腦成像時(shí)間不超過(guò)2?時(shí)，?幅提升實(shí)驗(yàn)效率；
激光光源：配備405 nm、488 nm、561 nm、640 nm 四種波長(zhǎng)激光器，適用于多通道熒光成像；
數(shù)據(jù)采集工作站：含32 TB SSD高速存儲(chǔ)，40 TB本地存儲(chǔ)。
03 主要應(yīng)用示例：
??在合作?為中的腦活動(dòng)模式：通過(guò)c-Fos標(biāo)記技術(shù)對(duì)合作組與對(duì)照組的??進(jìn)?全腦范圍的神經(jīng)活動(dòng)追蹤與分析，揭示了合作?為背后的神經(jīng)機(jī)制。
圖4 ??在合作?為中的腦活動(dòng)模式
全腦VISoR成像技術(shù)和逆?追蹤病毒標(biāo)記：揭示小鼠前腦橋核（PPN）相關(guān)?層錐體神經(jīng)元的全腦輸入分布與軸突分支模式，研究重點(diǎn)聚焦于來(lái)自皮層的PPN投射神經(jīng)元及在皮層下目標(biāo)區(qū)域的投射特性，為理解腦區(qū)域間的功能連接提供了獨(dú)特視角。
圖5 逆?追蹤病毒標(biāo)記下的全腦VISoR成像揭示腦橋（PPN）的輸入通路
孤束核GABA能神經(jīng)元的遠(yuǎn)程投射：本研究結(jié)合細(xì)胞類(lèi)型特異性病毒示蹤與VISoR?分辨率三維成像，?次發(fā)現(xiàn)NTS中GABA能神經(jīng)元不僅向腦?區(qū)域投射，還具備遠(yuǎn)程投射能?，靶向終紋床核（BST）和視前區(qū)（PVH），涉及應(yīng)激反應(yīng)和情緒調(diào)控。逆行示蹤和單細(xì)胞重建進(jìn)一步驗(yàn)證了這些長(zhǎng)程投射的起源，為理解腦干-前腦通路提供了新視角。
圖6 孤束核GABA能神經(jīng)元的遠(yuǎn)程投射
文中圖片素材均由畢國(guó)強(qiáng)教授課題組提供。
1. Zhang, K.-M. et al. A new paradigm of learned cooperation reveals extensive social coordination and specific cortical activation in mice. Molecular Brain 16, 40 (2023).
2. Liu, Q.-Q. et al. Preferential subcortical collateral projections of pedunculopontine nucleus targeting cortical pyramidal neurons revealed by brain-wide single fiber tracing. Mol Brain 15, 88 (2022).
3. Shi, M.-Y. et al. Long-range GABAergic projections from the nucleus of the solitary tract. Mol Brain 14, 38 (2021).
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設(shè)備存放地點(diǎn)：
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牛佳浩 博士（微信：18810386760）