Abstract

We present an application of second-harmonic generation (SHG) microscopy for label-free visualization and quantification of the morphology of nerve fibers in the retina. We show that SHG arises from the retinal nerve fiber layer and that it is specifically associated with uniformly oriented microtubules in the axons. The utility of axonal SHG is demonstrated for imaging the neuroanatomy of fresh ex vivo retina, and the three-dimensional structure of the axons of retinal ganglion cells is quantitatively analyzed.

© 2012 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. W. Knighton, X. Huang, and Q. Zhou, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 39, 189 (1998).
  2. X. R. Huang and R. W. Knighton, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 46, 4588 (2005).
    [CrossRef]
  3. C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
    [CrossRef]
  4. B. Fortune, G. A. Cull, and C. F. Burgoyne, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49, 4444 (2008).
    [CrossRef]
  5. P. W. Baas, J. S. Deitch, M. M. Black, and G. A. Banker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 8335 (1988).
    [CrossRef]
  6. D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
    [CrossRef]
  7. P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
    [CrossRef]
  8. W. Denk, J. Strickler, and W. Webb, Science 248, 73 (1990).
    [CrossRef]
  9. W. Wei, J. Elstrott, and M. B. Feller, Nat. Protocols 5, 1347 (2010).
    [CrossRef]
  10. J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
    [CrossRef]
  11. D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
    [CrossRef]
  12. T. W. Ridler and S. Calvard, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. 8, 630 (1978).
  13. A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
    [CrossRef]
  14. O. Wiener, Abhandlungen der Mathematisch-Physikalischen Klasse der Königlich Sächsischen Gesellshaft der Wisssenshaften 32, 509 (1912).

2010 (1)

W. Wei, J. Elstrott, and M. B. Feller, Nat. Protocols 5, 1347 (2010).
[CrossRef]

2009 (1)

A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

B. Fortune, G. A. Cull, and C. F. Burgoyne, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49, 4444 (2008).
[CrossRef]

2007 (3)

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
[CrossRef]

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

X. R. Huang and R. W. Knighton, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 46, 4588 (2005).
[CrossRef]

2003 (1)

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

1999 (1)

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

R. W. Knighton, X. Huang, and Q. Zhou, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 39, 189 (1998).

1990 (1)

W. Denk, J. Strickler, and W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

1988 (1)

P. W. Baas, J. S. Deitch, M. M. Black, and G. A. Banker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 8335 (1988).
[CrossRef]

1978 (1)

T. W. Ridler and S. Calvard, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. 8, 630 (1978).

1912 (1)

O. Wiener, Abhandlungen der Mathematisch-Physikalischen Klasse der Königlich Sächsischen Gesellshaft der Wisssenshaften 32, 509 (1912).

Baas, P. W.

P. W. Baas, J. S. Deitch, M. M. Black, and G. A. Banker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 8335 (1988).
[CrossRef]

Balaratnasingam, C.

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

Banker, G. A.

P. W. Baas, J. S. Deitch, M. M. Black, and G. A. Banker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 8335 (1988).
[CrossRef]

Bass, L.

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

Bennis, R. A.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Black, M. M.

P. W. Baas, J. S. Deitch, M. M. Black, and G. A. Banker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 8335 (1988).
[CrossRef]

Brown, D.

D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
[CrossRef]

Burgoyne, C. F.

B. Fortune, G. A. Cull, and C. F. Burgoyne, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49, 4444 (2008).
[CrossRef]

Calvard, S.

T. W. Ridler and S. Calvard, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. 8, 630 (1978).

Campagnola, P. J.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

Cringle, S. J.

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

Cull, G. A.

B. Fortune, G. A. Cull, and C. F. Burgoyne, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49, 4444 (2008).
[CrossRef]

Deitch, J. S.

P. W. Baas, J. S. Deitch, M. M. Black, and G. A. Banker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 8335 (1988).
[CrossRef]

Denk, W.

W. Denk, J. Strickler, and W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Dombeck, D.

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

Draft, R. W.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Elstrott, J.

W. Wei, J. Elstrott, and M. B. Feller, Nat. Protocols 5, 1347 (2010).
[CrossRef]

Feller, M. B.

W. Wei, J. Elstrott, and M. B. Feller, Nat. Protocols 5, 1347 (2010).
[CrossRef]

Fortune, B.

B. Fortune, G. A. Cull, and C. F. Burgoyne, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49, 4444 (2008).
[CrossRef]

Higashide, T.

A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
[CrossRef]

Huang, X.

R. W. Knighton, X. Huang, and Q. Zhou, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 39, 189 (1998).

Huang, X. R.

X. R. Huang and R. W. Knighton, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 46, 4588 (2005).
[CrossRef]

Hyman, B.

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

Ingelsson, M.

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

Jester, J.

D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
[CrossRef]

Kang, H. N.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Kasischke, K.

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

Knighton, R. W.

X. R. Huang and R. W. Knighton, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 46, 4588 (2005).
[CrossRef]

R. W. Knighton, X. Huang, and Q. Zhou, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 39, 189 (1998).

Lewis, A.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

Lichtman, J. W.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Livet, J.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Loew, L. M.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

Lu, J.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Matich, G.

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

Minckler, D.

D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
[CrossRef]

Morgan, W. H.

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

Morishige, N.

D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
[CrossRef]

Nagata, A.

A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
[CrossRef]

Neekhra, A.

D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
[CrossRef]

Ohkubo, S.

A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
[CrossRef]

Ridler, T. W.

T. W. Ridler and S. Calvard, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. 8, 630 (1978).

Sanes, J. R.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Strickler, J.

W. Denk, J. Strickler, and W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Sugiyama, K.

A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
[CrossRef]

Takeda, H.

A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
[CrossRef]

Vishwasrao, H.

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

Webb, W.

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

W. Denk, J. Strickler, and W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Wei, M. D.

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

Wei, W.

W. Wei, J. Elstrott, and M. B. Feller, Nat. Protocols 5, 1347 (2010).
[CrossRef]

Weissman, T. A.

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Wiener, O.

O. Wiener, Abhandlungen der Mathematisch-Physikalischen Klasse der Königlich Sächsischen Gesellshaft der Wisssenshaften 32, 509 (1912).

Yu, D. Y.

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

Zhou, Q.

R. W. Knighton, X. Huang, and Q. Zhou, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 39, 189 (1998).

Abhandlungen der Mathematisch-Physikalischen Klasse der Königlich Sächsischen Gesellshaft der Wisssenshaften (1)

O. Wiener, Abhandlungen der Mathematisch-Physikalischen Klasse der Königlich Sächsischen Gesellshaft der Wisssenshaften 32, 509 (1912).

Biophys. J. (1)

P. J. Campagnola, M. D. Wei, A. Lewis, and L. M. Loew, Biophys. J. 77, 3341 (1999).
[CrossRef]

IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. (1)

T. W. Ridler and S. Calvard, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. 8, 630 (1978).

Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. (2)

C. Balaratnasingam, W. H. Morgan, L. Bass, G. Matich, S. J. Cringle, and D. Y. Yu, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 3632 (2007).
[CrossRef]

B. Fortune, G. A. Cull, and C. F. Burgoyne, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49, 4444 (2008).
[CrossRef]

Invest. Ophthalmol. Visual Sci. (3)

R. W. Knighton, X. Huang, and Q. Zhou, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 39, 189 (1998).

X. R. Huang and R. W. Knighton, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 46, 4588 (2005).
[CrossRef]

A. Nagata, T. Higashide, S. Ohkubo, H. Takeda, and K. Sugiyama, Invest. Ophthalmol. Visual Sci. 50, 2809 (2009).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

D. Brown, N. Morishige, A. Neekhra, D. Minckler, and J. Jester, J. Biomed. Opt. 12, 024029 (2007).
[CrossRef]

Nat. Protocols (1)

W. Wei, J. Elstrott, and M. B. Feller, Nat. Protocols 5, 1347 (2010).
[CrossRef]

Nature (1)

J. Livet, T. A. Weissman, H. N. Kang, R. W. Draft, J. Lu, R. A. Bennis, J. R. Sanes, and J. W. Lichtman, Nature 450, 56 (2007).
[CrossRef]

Proc. Nat. Acad. Sci. USA (1)

D. Dombeck, K. Kasischke, H. Vishwasrao, M. Ingelsson, B. Hyman, and W. Webb, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100, 7081 (2003).
[CrossRef]

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

P. W. Baas, J. S. Deitch, M. M. Black, and G. A. Banker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 8335 (1988).
[CrossRef]

Science (1)

W. Denk, J. Strickler, and W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Metrics