TEM 생물학 | Talos 12 TEM | 응용분야 | Thermo Fisher Scientific

초고분해능 현미경을 이용한 세포 초미세구조 탐색

투과 전자 현미경은 세포, 소기관 및 거대분자의 내부 구조를 시각화하여 그 조직과 기능에 대한 통찰력을 제공합니다. 이는 초미세구조 분석 및 형태학 연구에 관심이 있는 모든 생명 과학 분야의 연구자와 질병 관련 세포 및 조직 구조의 변화를 찾고 있는 병리학자를 위한 핵심 기술입니다.

Thermo Scientific Talos 12 TEM을 사용하면 쉽게 대형 샘플을 탐색하고, 관심 영역을 찾고, 세포 내 소기관과 구조의 고분해능 다중 규모 이미징을 위한 여러 타일 세트의 무인 배치 획득을 설정할 수 있습니다. 맥락을 유지하면서 초보 사용자도 쉽게 직관적으로 샘플을 탐색할 수 있습니다.

Talos 12 TEM을 사용한 나노스케일 영상으로 무엇을 발견할 수 있습니까?

근육에서 대식세포에 이르기까지 수지 포매 조직을 고분해능으로 영상화하면 생물학의 모든 분야에서 초미세 구조를 관찰할 수 있습니다.

다양한 배율에서 TEM으로 촬영한 수지 포매 조직.

병리학 영상 검사 시스템으로서 Talos 12 TEM

Talos 12 TEM은 바이러스 또는 미생물 감염부터 장기 이상 및 암에 이르기까지 선명한 세포 및 조직 병리를 이해하는데 필요한 구조적 세부 사항과 맥락을 포착하기 위해 선명하고 고대비의 다중 규모 영상을 제공합니다. 간소화된 워크플로우를 통해 신장 병리학에서부터 신경근 병리학, 말초 신경병증 등을 검사하는 현미경 검사자에게 더 짧은 시간 내에 결과를 제공합니다. 또한 이러한 워크플로우를 통해 여러 사람이 하나의 기기를 사용할 수 있으며 초보 사용자가 쉽게 데이터를 수집할 수 있도록 돕고 숙련된 사용자에게는 정교한 제어 기능을 제공합니다.

신장 병리학에서의 워크플로우 예시: 사구체 기저막(glomerular basement membrane, GBM) 검사. 이미지 제공: 신장 병리학부. Brigham and Women's Hospital, 미국.

병리학에서의 전자 현미경에 대해 자세히 알아보기

첨단 Talos 12 TEM 애플리케이션으로 세포 및 조직 영상 검사 확장

상관(correlative) 광학 및 전자 현미경

영상 검사 기술의 조합을 통해 더 많은 통찰력을 확보할 수 있습니다. CLEM은 다음 두 기법의 장점을 결합합니다: 광학 현미경 검사는 형광 표지자를 사용하여 특정 단백질이나 구조를 표지할 수 있는 기능을 제공하는 반면, 전자 현미경 검사는 나노미터 규모까지 세포 초미세구조에 대한 고분해능의 상세한 영상을 제공합니다.

Talos 12 TEM이 있는 CLEM은 Thermo Scientific Maps 3 소프트웨어로 간소화되어 생물학적 샘플을 보다 포괄적으로 이해할 수 있습니다.

상관 광학 현미경 검사용 Maps 3 소프트웨어

3D 공간 관계용 단층촬영

단층촬영을 이용한 3D 시각화는 나노미터 분해능에서 세포 구조 및 거대분자 복합체의 조직에 대한 자세한 통찰력을 제공합니다. 세포 소기관, 바이러스 입자 및 단백질 복합체와 같은 세포 구성 요소의 공간적 관계에 대한 자세한 구조 정보를 얻을 수 있습니다.

Talos 12 TEM을 사용한 단층촬영은 Thermo Scientific Amira 소프트웨어의 AI 딥러닝 기반 분할과 함께 Thermo Scientific Tomography 5 소프트웨어로 구동됩니다.

수지 포매 폐 조직 절편에서 섬모의 3D 단층촬영

조성 이해를 위한 EDS 원소 분석

에너지 분산 X-선 분광법을 추가하여 세포 구조, 조직 및 생체 미네랄의 원소 분포를 분석할 수 있습니다.

Thermo Scientific Velox 소프트웨어 기반 EDS 원소 분석은 빠른 표면 스캔부터 개별 원자 분석에 이르기까지 활용할 수 있습니다. EDS는 재료 과학 및 지구 과학 연구자들이 많이 사용하므로 여러 부서에서 공유하는 다중 사용자 시설의 Talos 12 TEM에 귀중한 추가 기능을 제공할 수 있습니다. Maps 3 소프트웨어를 사용하여 대면적 타일 세트로 또는 Tomography 5 소프트웨어를 사용하여 3D로 EDS 분석을 확장할 수 있습니다.

Magnetospirillum gryphiswaldense의 EDS 분석 샘플 제공: Dr. Dirk Schüler 교수, University of Bayreuth, 독일

Talos 12 TEM을 이용한 구조 생물학

구조 생물학에서는 생물학적 거대분자가 어떻게 기능하는지 더 잘 이해하기 위해 생물학적 거대분자의 구조를 조사합니다. TEM은 이 분야의 연구자를 위한 주요 기술이며 다양한 기법을 제공합니다.

Talos 12 TEM은 과학자들에게 음성 염색 영상 검사 또는 극저온 조건에서 단백질 복합체 및 세포 구조를 시각화할 수 있는 보다 낮은 진입점을 제공합니다. 또한, Talos 12 TEM을 사용하여 단일 입자 분석을 위한 샘플 준비를 최적화하여 고분해능 3D 단백질 구조 측정에서 결과 도출 시간을 단축할 수 있습니다.

간단하고 효율적인 2D 영상 검사를 위한 음성 염색 영상법

음성 염색 영상법은 구조 생물학자가 2D로 단백질을 검사하기 위해 사용하는 간단하고 효율적인 TEM 기법입니다.

음성 염색 영상을 통해 고대비로 나노입자, 단백질 복합체, 바이러스, 세균 및 세포 구성 요소를 검사할 수 있습니다.

이 간단하고 효율적인 기법은 생물학적 표본의 구조와 기능을 연구하기 위해 선명한 영상을 제공합니다.

다양한 배율에서 박테리오파지의 음성 염색 영상

단일 입자 분석을 위한 cryo-EM 샘플 준비 최적화

Cryo-EM은 샘플을 급속 냉동하여 고정 또는 염색 없이 자연 구조를 보존하는 전자 현미경 검사법의 한 형태입니다. 단일 입자 분석은 단백질 및 복합체와 같은 거대분자의 3D 구조를 고분해능으로 측정하기 위해 사용되는 cryo-EM 기법입니다. 이러한 발전을 통해 리보솜 및 프로테아솜과 같이 결정화되지 않는(따라서 X-선 결정학으로 접근할 수 없는) 복합체와 막 단백질, 바이러스 및 나노입자의 3D 분석이 가능해졌습니다.

적절한 샘플 준비는 최적의 단일 입자 분석 데이터를 얻는 데 중요합니다. 잘 준비된 샘플은 원래 구조를 보존하고, 아티팩트를 최소화하며, 다양한 방향을 가진 균질하고 잘 분포된 샘플을 제공하는데 도움이 되며, 이 모두는 정확하고 고분해능의 3D 재구성에 필수적입니다.

Talos 12 TEM은 음성 염색 영상 검사 또는 극저온 조건에서 정제된 샘플의 안정성, 균질성 및 농도를 신속하게 평가하도록 설계되었습니다. 얼음 두께, 입자 밀도, 공기-물 계면 아티팩트 및 입자의 선호되는 방향을 조정할 수 있습니다. 최적화된 샘플 조건은 Talos 12 TEM 자체 또는 더 높은 kV cryo-TEM을 사용하여 수행되는 후속 단일 입자 분석 데이터 수집에서 향상된 결과와 단축된 구조 측정 시간을 제공합니다.

단일 입자 분석 데이터 수집을 개선하여 더 빠른 결과 도출 시간 및 고분해능 데이터를 얻기 위한 샘플 고려사항. 상단 패널은 입자 범위, 공기/물 계면, 단백질 응집 및 얼음 두께를 포함한 다양한 고려사항 영역을 검토합니다. 하단 패널은 (A) FOM, (B) DM, (C) Tween 20, (D) CTAB, (E) OG 및 (F) CHAPS를 사용한 계면활성제 스크린을 보여줍니다. (F)는 단일 입자 분석 데이터 수집을 위한 최상의 조건을 제공합니다.

단일 입자 분석 데이터 수집

Talos 12 TEM은 Thermo Scientific EPU 소프트웨어로 구동되는 자동 단일 입자 분석 데이터 수집을 특징으로 합니다. 또한 이 기기에 통합된 Thermo Scientific Ceta 카메라는 단일 입자 분석에 사용되는 저선량에 최적화되어 있어 Talos 12 TEM은 최대 약 6 Å 분해능으로 단백질 복합체의 3D 구조를 쉽게 분석할 수 있습니다. 이 분해능에서 개별 단백질 아단위를 그 배열 및 상호작용과 함께 확인할 수 있습니다. 옵션인 Thermo Scientific Falcon C 직접 전자 검출기와 결합하면 이러한 기능을 확장하여 다양한 표적 단백질을 위한 독립형 단일 입자 분석 솔루션을 제공할 수 있습니다.

단일 입자 분석 예시. 왼쪽: 6.8 Å의 분해능을 달성한 AAV-2 캡시드. 오른쪽: 5.7 Å의 분해능을 달성한 아포페리틴.

세포 구조 및 나노입자의 3D 영상

Talos 12 TEM에 통합 워크플로우를 사용하여 자동 틸트 시리즈(tilt-series) 획득을 위한 Tomography 5 소프트웨어를 장착할 수 있습니다. 검색 지도(Search map) 획득은 중간 배율을 사용하여 전체 그리드 사각형을 맵핑할 수 있어 데이터 수집 처리량이 증가하고 탐색 정확도를 향상시킵니다. 그런 다음, 단층촬영을 위한 3D 데이터의 자동 다중 부위 배치 획득을 위해 여러 관심 영역을 식별할 수 있습니다.

비축 다중 촬영(Off-axis multi-shot) 획득은 처리량을 크게 향상시킵니다. 이 기능은 오직 하나의 초점 및 추적 영역에서 여러 토모그램(tomogram) 위치를 기록할 수 있게 하여 데이터 획득 과정을 간소화하고 효율성을 높입니다. 선량 대칭 획득 체계는 고분해능 하위 토모그램(sub-tomogram) 평균화를 위한 최적의 전자 선량 분포를 보장합니다.

Amira 소프트웨어를 사용한 AI 기반 분할은 프로테오리포솜 구조의 세부 사항을 밝혀냅니다. 샘플 제공: Dr. Sara Garcia-Linares 및 Dr. Alvaro Martinoz-del-Pozo(Complutense University of Madrid, 스페인) 및 Dr. Jaime Martin-Benito Romano CNB-CSIC(스페인).

cryo-EM을 이용한 지질 나노입자 특성 분석

약물 전달 시스템 최적화

나노입자 기반 약물 전달 시스템은 유전자 치료제 벡터의 약물 개발에서 강력한 도구로 부상했습니다. 이 중에서 지질 나노입자(lipid nanoparticle, LNP)는 높은 표면적, 조정 가능한 크기, 치료제를 캡슐화하고 전달하는 능력을 포함한 고유한 특성으로 인해 돋보입니다. 미국 FDA와 유럽의약품청을 포함한 규제 당국은 나노입자 및 바이러스 벡터 기반 치료제의 유효성과 품질을 보장하기 위해 주요 형태학적 특징 분석을 강조하고 있습니다.

Talos 12 TEM은 정확한 크기와 모양, RNA 로딩 및 분포의 캡슐화 효율 평가, 배치 간 일관성을 포함한 주요 품질 속성(CQA) 분석을 위한 데이터뿐만 아니라 나노구조에 대한 통찰력과 공정 최적화를 제공합니다.

Cryo-EM은 LNP 분석에 가장 널리 사용되는 방법으로 정확성, 크기, 모양, 층판성 및 2D/3D 형태의 직접적인 시각화뿐만 아니라 카고(cargo) 또는 제형에 상관없이 고분해능 및 거의 자연 상태로 표면 특성을 측정할 수 있는 기능이 있습니다.

약물 전달 벡터의 CQA 분석

CQA 평가에서 통계적 유의성을 달성하려면 다수의 입자가 포함된 대규모 데이터 세트에 대한 분석이 필요합니다.

고처리량 나노입자 영상에 최적화된 Talos 12 TEM은 반자동 영상 처리를 위한 AI 지원 Amira 3D 소프트웨어와 결합하여 빠르고 정확하며 재현 가능한 LNP 특성 분석을 위한 간소화된 워크플로우를 제공합니다.

약물 전달 벡터에 대한 입자 모양 및 직경을 포함한 CQA 분석.

반자동 LNP 및 AAV 특성 분석

EPU 소프트웨어가 장착되고 Amira 3D 소프트웨어의 AI 기반 영상 분석과 결합된 Talos 12 TEM을 사용한 고처리량 데이터 획득은 영상 분석 워크플로우를 자동화하고 나노입자 특성 분석의 정밀도와 효율성을 향상시킬 수 있습니다. LNP 및 AAV 분석을 위한 맞춤형 워크플로우는 자세한 통찰력을 제공하고 시간을 단축시키며 기존 방법과 관련된 인적 오류를 줄입니다.

Amira 3D 소프트웨어는 모양, 크기 및 형태와 같은 기본 지표 외에도 맞춤형 스크립트를 통해 광범위한 CQA 분석을 가능하게 합니다. 특정 연구 요구에 맞게 조사를 조정하여 LNP에 대한 포괄적이고 정확한 평가를 보장합니다. 입자 분포, 표면 특성 또는 내부 구조를 평가하는 데 있어 Amira 3D 소프트웨어는 나노입자 연구 분야에서 강력하고 다재다능한 도구로 돋보입니다.