2022 年在Cells上發(fā)表的一篇文章中闡述了如何結(jié)合 Thermo Scientific™ Amira™ 軟件和細胞串行模塊掃描電子顯微鏡(SBF SEM) 生成詳細的 3D 重建細胞器。通過直接觀測細胞器形態(tài)，研究者得以研究基因抑制對于線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能和形態(tài)的影響。
代謝細胞器的作用
線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 等代謝細胞器在大量細胞過程中起著至關(guān)重要的作用。線粒體和 ER 都是治療神經(jīng)退行性和病毒性疾病以及癌癥的有前途的藥物靶點。
了解細胞器的形式和功能
大家普遍認為，只有通過對完整細胞內(nèi)的細胞器進行高分辨率 3D 掃描，才能更全面地了解細胞器功能。
線粒體的 3D 重建使生物學(xué)家對鈣儲存、代謝物的空間分布和嵴的大小有了更深入的了解。3D 可視化軟件還提供了對其他亞細胞結(jié)構(gòu)（例如 ER 和微管）的結(jié)構(gòu)和功能的深入了解。
細胞生物學(xué)中的電子顯微鏡
SBF SEM 是一種用腔內(nèi)超薄切片機/金剛石刀代替 FIB的技術(shù)，以在連續(xù) SEM 掃描之間切下薄層。雖然 FIB SEM 通常提供比 SBF SEM 更高的 z 軸分辨率（因此提供更精細的結(jié)構(gòu)細節(jié)，如嵴和納米隧道），但 SBF SEM 通?？梢愿斓貙Ω蟮臉悠敷w積進行成像。
使用 Amira 軟件重建和分析 3D 細胞器
生成細胞器的 3D 圖像依賴于能夠從 2D 圖像“堆棧”中分割和重建 3D 結(jié)構(gòu)的軟件。雖然為這些任務(wù)開發(fā)了許多軟件解決方案，但Amira軟件具有結(jié)合分割和 3D 重建的優(yōu)勢，使研究人員能夠加快實驗工作流程。
Amira 軟件具有高度的通用性和可定制性：它提供了動畫制作工具，能夠為不同的細胞器分配不同的顏色或“材料”，兼容各種導(dǎo)入和導(dǎo)出文件，以及創(chuàng)建手動或半自動圖像分割的工作流程 。
研究特定基因?qū)毎餍螒B(tài)的影響
在 mKO 衍生的骨骼肌細胞中研究了兩個特定基因（視神經(jīng)萎縮 1 (OPA1) 和 mitofusin-2 (MFN-2)）的敲除對線粒體和 ER 中結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系的影響。
SBF SEM 用于成像對照和敲除細胞，而 Amira 軟件隨后分割和分析圖像數(shù)據(jù)。測量了線粒體和 ER 體積，并比較了每個感興趣基因敲除前后這些細胞器之間的接觸位點。
如圖所示：（A）野生小鼠捕獲組織的尺寸和（E）OPA1 smKO。（B, F）每個示例正交切片。（C, G）每個線粒體的三維表面渲染的疊加。（D,H）線粒體的三維表面渲染。
如圖所示：（A）果蠅飛行肌肉正交切片用于數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換為3D模型的尺寸和數(shù)量。（B）單個正交切片，（C）線粒體（紅色）和 ER（藍色）的疊加 3D 重建。（D）線粒體和 ER 的 3D 重建。（E，F(xiàn)）分別顯示僅線粒體（紅色）和僅 ER（藍色），MERC 顯示為白色。
如圖所示：（A-D）SBF-SEM 組織的尺寸、分離的正交切片、3D 重建疊加和分化的 3D重建野生型肌管。（E）還顯示了野生型肌管的 3D 重建，線粒體單獨著色或 (F) ER 單獨著色。(G–J) SBF-SEM 肌管的尺寸、分化的正交切片、3D 重建疊加和 MFN-2 缺陷肌管的分化3D 重建。（K）線粒體的 3D 重建可以顯示為單一顏色或 (L) 單獨著色。
這項研究可以總結(jié)為以下幾個要點：
OPA1 敲除 smKO 衍生骨骼肌的線粒體變化；
使用果蠅飛行肌肉的 3D 重建識別線粒體-ER 接觸位點 (MERC)；
研究 MFN-2 敲除對細胞器形態(tài)的影響。
使用 Amira 軟件創(chuàng)建的高質(zhì)量 3D 模型提供了細胞器分布和相互作用的清晰可視化，并闡明了更精細的形態(tài)位點。這使研究人員能夠直接觀察遺傳變化對單個細胞器形態(tài)的影響，而不是依賴生化信號來量化它們的行為。
Amira 軟件為一系列顯微鏡方法（包括 SBF SEM、FIB SEM、(μ)CT 和 MRI）提供數(shù)據(jù)可視化，使其成為細胞生物學(xué)應(yīng)用的可視化軟件優(yōu)良選擇。
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