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Specimen Preparation, Imaging, and Analysis Protocols for Knife-edge Scanning Microscopy

Major advances in high-throughput, high-resolution, 3D microscopy techniques have enabled the acquisition of large volumes of neuroanatomical data at ...

Accurate microvascular morphometric information has significant implications in several fields, including the quantification of angiogenesis in cancer research, understanding the immune response for neural prosthetics, and predicting the nature of blood flow as it relates to stroke. We report imaging of the whole mouse brain microvascular system at resolutions sufficient to perform accurate morphometry. Imaging was performed using Knife-Edge Scanning Microscopy (KESM) and is the first example of this technique that can be directly applied to clinical research. We are able to achieve â‰ˆ 0.7Î¼m resolution laterally with 1Î¼m depth resolution using serial sectioning. No alignment was necessary and contrast was sufficient to allow segmentation and measurement of vessels.

Fast macro-scale transmission imaging of microvascular networks using KESM.

Genaue mikrovaskul&auml;re morphometrischer Informationen hat gravierende Auswirkungen auf verschiedenen Gebieten, einschlie&szlig;lich der Quantifizierung von Angiogenesis in der Krebsforschung, verstehen die Immunantwort f&uuml;r Neuroprothesen und Vorhersage der Natur des Blutflusses, bez&uuml;glich der Schlaganfall. Wir berichten Bildgebung des Gehirns ganze Maus mikrovaskul&auml;re Systems bei Aufl&ouml;sungen ausreichend genaue Morphometrie durchf&uuml;hren. Imaging wurde mithilfe von Messerschneiden-Scanning-Mikroskopie (KESM) durchgef&uuml;hrt und ist das erste Beispiel dieser Technik, die klinische Forschung direkt angewendet werden k&ouml;nnen. Wir sind in der Lage zu erreichen &asymp; 0.7&mu;m Aufl&ouml;sung seitlich mit 1&mu;m Tiefe Aufl&ouml;sung mit seriellen schneiden. Keine Ausrichtung war notwendig und Kontrast Segmentierung und Messung der Schiffe zu erm&ouml;glichen.

Schnelle Makro-Ma&szlig;stab &Uuml;bertragung Bildgebung mikrovaskul&auml;re Netzwerke mithilfe von KESM.

Connectomics is the study of the full connection matrix of the brain. Recent advances in high-throughput, high-resolution 3D microscopy methods have enabled the imaging of whole small animal brains at a sub-micrometer resolution, potentially opening the road to full-blown connectomics research. One of the first such instruments to achieve whole-brain-scale imaging at sub-micrometer resolution is the Knife-Edge Scanning Microscope (KESM). KESM whole-brain data sets now include Golgi (neuronal circuits), Nissl (soma distribution), and India ink (vascular networks). KESM data can contribute greatly to connectomics research, since they fill the gap between lower resolution, large volume imaging methods (such as diffusion MRI) and higher resolution, small volume methods (e.g., serial sectioning electron microscopy). Furthermore, KESM data are by their nature multiscale, ranging from the subcellular to the whole organ scale. Due to this, visualization alone is a huge challenge, before we even start worrying about quantitative connectivity analysis. To solve this issue, we developed a web-based neuroinformatics framework for efficient visualization and analysis of the multiscale KESM data sets. In this paper, we will first provide an overview of KESM, then discuss in detail the KESM data sets and the web-based neuroinformatics framework, which is called the KESM brain atlas (KESMBA). Finally, we will discuss the relevance of the KESMBA to connectomics research, and identify challenges and future directions.

Multiscale exploration of mouse brain microstructures using the knife-edge scanning microscope brain atlas.

Connectomics ist die Studie der vollst&auml;ndige Verbindung Matrix des Gehirns. J&uuml;ngsten Fortschritte in hohem Durchsatz, hochaufl&ouml;sende 3D Mikroskopie-Methoden die Bildgebung von ganz kleinen tierischen Gehirnen mit Sub-micrometer Aufl&ouml;sung, potenziell &ouml;ffnen den Weg zum ausgewachsenen Connectomics Forschung aktiviert haben. Einer der ersten solcher Instrumente ganz-Gehirn-Ma&szlig;stab Bildgebung bei Sub-micrometer Aufl&ouml;sung zu erreichen ist die Messerschneiden-Scanning-Mikroskop (KESM). KESM ganze-Gehirn-Datens&auml;tze enthalten jetzt Golgi (neuronale Schaltkreise), Nissl (Soma-Verteilung) und Tusche (vaskul&auml;re Netze). KESM Daten k&ouml;nnen erheblich zur Connectomics Forschung, beitragen, da sie die L&uuml;cke zwischen niedrigere Aufl&ouml;sung, gro&szlig;volumige bildgebenden Verfahren (z. B. Diffusion MRI) und h&ouml;here Aufl&ouml;sung, kleinvolumigen Methoden (z. B. serielle Schneide-Elektronenmikroskopie). Dar&uuml;ber hinaus sind KESM Daten durch ihre Natur Multiscale, von der subzellul&auml;ren bis hin zu der gesamten Orgel-Skala. Aus diesem Grund ist die Visualisierung allein eine gro&szlig;e Herausforderung, bevor wir selbst sorgen &uuml;ber quantitative Konnektivit&auml;t Analyse. Um dieses Problem zu l&ouml;sen, haben wir einen webbasierten Neuroinformatik Rahmen f&uuml;r effiziente Visualisierung und Analyse der Multiskalen KESM Datens&auml;tze entwickelt. In diesem Papier werden wir zuerst geben einen &Uuml;berblick &uuml;ber KESM dann im Detail zu diskutieren, die KESM-Datens&auml;tze und die webbasierte Neuroinformatik-Framework, das den KESM Gehirn-Atlas (KESMBA) aufgerufen wird. Schlie&szlig;lich wird die Relevanz der die KESMBA f&uuml;r Connectomics Forschung zu diskutieren, und Herausforderungen und Zukunftsperspektiven zu identifizieren.

Article	Year
Fast macro-scale transmission imaging of microvascular networks using KESM. Biomedical optics express\| PubMed ID: 22091443	2011
Multiscale exploration of mouse brain microstructures using the knife-edge scanning microscope brain atlas. Frontiers in neuroinformatics\| PubMed ID: 22275895	2011

Chul Sung

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