全脑超分辨率3D FISH技术

图1：果蝇(黑腹果蝇)成虫脑组织的10 µm冷冻切片(4-5日龄)。细胞核用DAPI染色(蓝色)，基因组卫星区域用AF488标记(绿色)。卫星图像在每次实验周期中采集，用于分析时的配准。所有图像均采用Kinetix全帧模式在落射荧光照明下获取，像素大小为109纳米。

背景

马塞洛·诺尔曼(Marcelo Nollmann)博士在蒙彼利埃的国家科学研究中心(CNRS)领导一个研究小组，其团队旨在开发单分子和先进显微技术，以了解多细胞生物中DNA组织和转录的机制。

研究工程师让-伯纳德·菲什(Jean-Bernard Fiche)向我们介绍了诺尔曼实验室：“我们感兴趣的是了解增强子如何精确控制基因转录。我们靶向基因周围的特定染色质区域，获取图像以测量每个细胞中每个靶标的3D位置，从而追踪染色质在3D中的路径。我们将这项创新技术命名为Hi-M。”

“我们的其中一个项目涉及果蝇大脑中转录的调控。我们需要从每个细胞中获取精确的3D信息，以追溯染色质的路径，并观察它如何沿着基因中的特定靶标位置折叠。”

挑战

Fiche博士解释了研究中的成像挑战：“在我们的果蝇项目中，我们希望成像整个大脑，对于每一轮获取，我们都在每个细胞核中成像一个或多个目标，以指示目标DNA序列的位置。我们需要以纳米级的精度测量其在3D空间中的位置。”

Nollmann博士进一步描述了这一成像应用：“我们的Hi-M实验的通量很大程度上由我们每个视场可以成像的区域决定。因此，成像区域的增加以及Kinetix相机提供的获取速度使我们通量提高了两倍以上。”

“我们Hi-M分析的可靠性取决于每个目标的定位精度。因此，使用具有大视场但同时又高灵敏度的相机至关重要。我们设计了自己的获取软件qudi-Hi-M，因此，拥有一个可靠且易于使用的Python包来控制相机对我们来说至关重要。”

“Kinetix是一款非常出色的产品。与我们之前的sCMOS相机相比，它的视场更大，结合出色的灵敏度，完美适配我们的实验。”——让-贝尔纳·菲彻博士

解决方案

Kinetix是该应用的理想解决方案，其规格组合前所未有。凭借29.4毫米的大传感器，Kinetix可以成像整个果蝇脑样本，结合6.5微米的像素，可在此范围内获得亚细胞分辨率。由于在紫外-近红外(UV-NIR)范围内具有95%的高峰值量子效率和亚电子读出噪声水平，低信号不再是问题。Kinetix还能够进行高速成像，结合大传感器，成为一种高吞吐量解决方案，其成像实验效率远高于典型的sCMOS相机。

Fiche博士分享了他使用Kinetix sCMOS相机的经验：“老实说，这是一款非常好的产品，所有的博士生、博士后或首席研究员都对它感到满意。与我们之前的sCMOS相机相比，它的视野更大，结合出色的灵敏度，完美适应我们的实验。”

Kinetix通过Teledyne Photometrics的PVCAM驱动程序运行，我们还为那些希望开发自定义软件脚本的人提供SDK和Python包装器。“我们使用SDK和PyVCAM开发了自己的Python软件来控制Kinetix。我为其他相机开发过软件，有时可能会有漏洞，但Kinetix没有。”