Imágenes cardíacas funcionales en embriones de pez cebra mediante microscopía estándar y análisis de video: aplicaciones en investigación ambiental y biomédica
10 de octubre de 2025
Este protocolo describe un método de microscopía óptica de bajo costo para evaluar la morfología y función cardíaca en embriones de pez cebra, lo que permite una evaluación reproducible de la cardiotoxicidad del desarrollo sin la necesidad de sistemas de imágenes avanzados.
La microscopía de alta resolución, los reporteros fluorescentes y el análisis de imágenes digitales son algunas de las tecnologías que permiten una evaluación detallada de la función cardíaca embrionaria en peces cebra. Mantener condiciones de imagen consistentes y minimizar el movimiento de embriones siguen siendo grandes retos para mediciones precisas de la función cardíaca. Para empezar, graba vídeos de embriones de pez cebra a las 96 horas de postproducción en formatos sin comprimir, para permitir un análisis preciso de la dinámica del movimiento cardíaco.
Secuencialmente, haz clic en Archivo, Abrir y luego elige el archivo AVI en ImageJ para importar los vídeos. Utiliza Analizar, luego haz clic en Establecer escala, introduce el diámetro conocido del campo y activa la opción global para aplicar la escala a todas las mediciones. Utiliza las herramientas ROI para marcar los ejes ventricular largo y corto durante la sístole final y la diástole final.
Luego determina el área superficial ventricular usando la fórmula de aproximación de la elipse. Estima el volumen ventricular en el extremo de la diástole y el extremo de la sístole utilizando la fórmula del volumen elipsoide. Ahora calcula el cambio fraccionario de área y el acortamiento fraccionario.
Luego determina el volumen de la carrera, SV, y la fracción de eyección, EF. Para un análisis automatizado, inicia el software Z-Embryo Analyzer y haz clic en Archivo, luego abre Vídeo para importar el vídeo deseado. Haz clic en el botón Detectar Corazón para permitir que el software localice automáticamente la región de interés en función de las fluctuaciones de brillo entre los fotogramas de vídeo. Deja que el software analice los cambios de brillo dentro de la región de interés detectada para estimar la frecuencia cardíaca, y luego calcule el gasto cardíaco.
Los gráficos muestran el área y volumen de la cámara ventricular medidos en la diástole final y la sístole final en embriones de pez cebra a las 96 horas de la fertilización. Las diferencias cuantitativas entre la diástole final y la sístole final reflejan la función sistólica normal durante el desarrollo cardíaco temprano, lo que respalda la aplicabilidad de este método. En embriones sanos de pez cebra, el volumen medio de ictus fue de 0,213 nanolitros.
El gasto cardíaco fue de 27,8 nanolitros por minuto. La fracción de eyección fue del 41,99% y la frecuencia cardíaca media de 130 latidos por minuto. En embriones sanos de pez cebra, el cambio medio en el área fraccionaria fue del 61,2% y el acortamiento fraccionado del 44,5%. Los embriones expuestos al cadmio presentaron morfología cardíaca anormal con ventrículos agrandados y edema pericárdico.
En embriones expuestos al cadmio, el volumen ictus fue significativamente mayor que en los controles. El gasto cardíaco aumentó y la frecuencia cardíaca se redujo. El protocolo aborda la falta de métodos estandarizados y accesibles para cuantificar la función cardíaca embrionaria del pez cebra con flujos de trabajo reproducibles.
Este protocolo utiliza microscopía estándar y análisis de código abierto, lo que hace posible una evaluación cardíaca de alta calidad sin equipos especializados. Los resultados proporcionan un protocolo fiable que mejora la comparabilidad entre estudios y permite una evaluación más precisa de los fenotipos cardíacos.
Vea la transcripción completa y acceda a miles de videos científicos
Visión general
Este protocolo describe un método de microscopía óptica de bajo costo para evaluar la morfología y función cardíaca en embriones de pez cebra, permitiendo una evaluación reproducible de la cardiotoxicidad del desarrollo sin necesidad de sistemas de imagen avanzados. El método permite un análisis detallado de la función cardíaca utilizando microscopios estándar y software de código abierto.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Morfología cardíaca
- Desarrollo embrionario
- Toxicología
Antecedentes
- La microscopía de alta resolución y el análisis de imágenes digitales son esenciales para evaluar la función cardíaca embrionaria.
- Mantener condiciones de imagen consistentes es crucial para obtener mediciones precisas.
- Los desafíos incluyen minimizar el movimiento del embrión durante la imagen.
- Faltan métodos estandarizados para cuantificar la función cardíaca en peces cebra.
Propósito del estudio
- Proporcionar un protocolo reproducible para evaluar la función cardíaca en embriones de pez cebra.
- Permitir la evaluación de la cardiotoxicidad del desarrollo.
- Mejorar la comparabilidad entre estudios.
Métodos utilizados
- Grabar videos de embriones de pez cebra a las 96 horas post-fertilización.
- Usar ImageJ para el análisis de video y la medición de parámetros cardíacos.
- Calcular el área de superficie ventricular, el volumen, el volumen de expulsión y la fracción de eyección.
- Utilizar el software Z-Embryo Analyzer para el análisis automatizado del gasto cardíaco.
Resultados principales
- El volumen de expulsión promedio en embriones sanos fue de 0.213 nanolitros.
- El gasto cardíaco se midió en 27.8 nanolitros por minuto.
- La fracción de eyección se encontró en 41.99% con una frecuencia cardíaca de 130 latidos por minuto.
- La exposición al cadmio resultó en una morfología cardíaca anormal y una función alterada.
Conclusiones
- El protocolo proporciona un método confiable para la evaluación cardíaca en embriones de pez cebra.
- La microscopía estándar y el análisis de código abierto hacen que este método sea accesible.
- Los hallazgos respaldan la aplicabilidad de este método para evaluar fenotipos cardíacos.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Quantitative cardiac imaging in zebrafish embryos enables early-stage detection of developmental cardiotoxicity, supporting predictive de-risking in cardiovascular drug discovery. Standardized video analysis workflows provide reproducible, high-throughput functional readouts, facilitating robust target validation and mechanistic interrogation. This approach enhances portfolio triage by enabling scalable, resource-efficient assessment of cardiac liabilities in preclinical models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of cardiac targets in a genetically tractable vertebrate model.
- Supports mechanistic de-risking by quantifying cardiac performance under genetic or compound perturbation.
- Facilitates predictive confidence in target selection through quantitative, reproducible cardiac metrics.
Screening & Assay Development
- Prepares validated zebrafish cardiac assays for compound screening and toxicology workflows.
- Standardizes measurement of ventricular dimensions, stroke volume, and cardiac output for assay reproducibility.
- Enables high-throughput, quantitative evaluation of cardiac phenotypes using accessible instrumentation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns early functional cardiac endpoints with translational biomarker strategies in cardiovascular research.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by enabling in vivo cardiac assessment.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by revealing early cardiotoxicity signals.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven cardiac function testing, assay standardization, and quantitative analytics in zebrafish embryos.
- Discovery Biology: Supports null hypothesis testing and pathway clarification for cardiac targets.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative cardiac readouts for compound evaluation.
- Analytics: Provides statistical outputs such as stroke volume, ejection fraction, and cardiac output for condition comparison.
- Translational Research: Bridges early discovery findings with preclinical cardiac safety assessment.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, standardized workflow adaptable across cardiovascular research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cardiac target validation.
- Operational Value: Enables standardized, reproducible, and scalable cardiac function assessment using widely available tools.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by revealing early cardiac liabilities.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of cardiovascular assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in zebrafish handling, microscopy, and image analysis.
- Needs standard light microscopy and open-source software such as ImageJ and Zembryo Analyzer.
- Demands cross-team standardization of imaging and analysis protocols for reproducibility.
- Adaptable to various genetic or compound perturbations in zebrafish embryos.
- Limited to early developmental stages and may require optimization for specific cardiac endpoints.
