滨松中国成像大赛

往届参赛作品

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小鼠心肌细胞搏动

参赛者信息:薛根龙

作者单位:哈尔滨医科大学

所用相机:Flash4.0 LT (C11440-42U)

成像方法:高速明场运动成像

显微镜物镜:UPlanFL 20x NA 0.50

拍摄条件:曝光时间2.5 ms,390帧/秒高速拍摄

详细描述



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本案例以成年C57小鼠急性分离所得心肌细胞在脉冲电刺激下的搏动为例,对于明场高速成像的数据进行时间序列分析。

实验材料制备:该样品为成年C57小鼠原代分离的心肌细胞,通过二型胶原酶消化液直接贯流小鼠主动脉制备,心脏经过消化液消化后,会有大量心肌细胞脱落,收集消化液并用BSA终止消化,通过离心将细胞分离纯化出来,经过培养基重悬后在培养液中继续吹打成单个细胞,再稀释到合适的浓度。

实验观察条件:制备好的样品需要滴加在特殊制作的带有电极的玻璃培养小室中,电极通电后可以通过外部设备进行控制,产生不同频率、电压的电脉冲刺激,使心肌细胞产生搏动。在倒置显微镜下找到状态良好的心肌细胞,便可以开始刺激观察,用高速相机记录搏动过程。

 

实验结果分析:本案例的原始数据主要是相机拍摄的明场图片,但是关键的时间序列分析需要借助一个强大且免费的图像处理软件——ImageJ。这个软件相信大家都很耳熟能详,但是它除了能够帮你分析Western Blot条带的灰度之外真的还可以做很多事情。比如我们今天的这个案例就是通过ImageJReslice功能来实现的。简单来说,通过Reslice操作,可以将一堆时间上连续的图像(通常是Multi-TIFF)中选中的特定像素提取出来并按水平或垂直方向排列,其正交方向则是每一帧的这些像素的排列(按照时间顺序排列)。


因此,在我们最终得到的Reslice结果中,细胞边界由于相差原因其灰度值与胞体和背景环境的反差较大,能够较容易的观察到;而细胞边界随时间位移的幅度也刚刚好反应出了心肌细胞收缩的幅度,再带入原始图片中的比例尺即可计算出实际收缩距离。同时时间方向上的每个像素都代表着一个单位的曝光时间,因此统计出一个事件所跨越的像素数即可得到事件发生的时间。

具体可计算的参数:

1)    搏动周期T:两次收缩开始/结束所跨越的时间像素数(ΔNt) Í曝光时间(t)

2)    收缩幅度L:收缩开始到收缩最大时边界所跨越的距离像素数(ΔNl) Í单位像素长度(l)

3)    收缩速率VS:收缩幅度L/[收缩开始到收缩最大时所跨越的时间像素数(ΔNst) Í曝光时间(t) ]

4)    舒张速率VD:收缩幅度L/[收缩最大时到收缩结束所跨越时间像素数(ΔNdt) Í曝光时间(t) ]


更多Reslice图像分析请参考:显微图像后处理——Reslice在视频/序列图像后处理中的应用