L’analyse de déplacement de la déformation mécanique myocardique (DIAMOND) révèle l’hétérogénéité segmentale de la fonction cardiaque chez le poisson zèbre embryonnaire

Le diamant est la première méthode open source pour l’évaluation quantitative de la fonction cardiaque segmentaire quadridimensionnelle chez les embryons de poisson zèbre. Notre méthode a une résolution de micromètre qui peut quantifier la mécanique cardiaque locale dans l’espace 3D. Aucune autre approche actuelle ne le permet.

Diamond démêle de nouveaux modèles de blessures dans la toxicité cardiaque induite par la doxorubicine. Par conséquent, nous croyons que notre méthode pourrait être employée comme plate-forme pour le criblage in vivo à haut débit pour la toxicité cardiaque chimiothérapie-induite. Nous travaillons actuellement à adapter Diamond au cœur des mammifères.

Cependant, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour prendre en compte l’orientation des fibres musculaires cardiaques des mammifères et le mouvement de rotation et de torsion. Lorsque vous essayez cette méthode, il est très important que l’utilisateur ait une visualisation claire de la structure anatomique du cœur du poisson zèbre afin d’identifier correctement les axes horizontaux et verticaux et de segmenter le ventricule. Pour reconstruire le cœur systolique et diastolique 3D, commencez par ouvrir le dossier créé par l’algorithme de post-synchronisation, puis ouvrez le dossier de sortie.

Trouvez la première phase systolique et diastolique et enregistrez le numéro de trame. Ouvrez ensuite la sortie par dossier d’état et trouvez les dossiers qui ont les mêmes numéros que les numéros d’image enregistrés. Convertissez les images du dossier en fichiers TIF 3D et nommez-les diastole.

tif et systole.tif. Pour effectuer la segmentation du ventricule, ouvrez le logiciel d’analyse d’image en cliquant sur le fichier et les données ouvertes. Chargez ensuite le diastole.

tif et systole. tif et entrez la taille voxel en fonction des paramètres de l’image. Cliquez sur le panneau de segmentation et segmentez manuellement la partie ventricule du cœur à l’aide de l’outil de seuil intégré.

Retirez ensuite le canal atrioventriculaire et le tractus sortant dans le ventricule segmenté, car cela affectera l’analyse du déplacement. Une fois la segmentation terminée, cliquez sur le panneau de projet, cliquez à droite sur le diastole.labels. tif et systole.labels.

tif onglets dans la console et cliquez sur les données d’exportation pour enregistrer les données sous forme de fichiers TIF 3D. Ouvrez prepimage_1. m dans l’environnement de programmation, assurez-vous que le dossier inPath en ligne 5 contient les fichiers TIF originaux et segmentés, et changez la tranche en direct quatre au nombre de tranches des fichiers TIF 3D.

Après l’exécution du code, cinq nouveaux fichiers TIF 3D et deux nouveaux dossiers seront générés. Importez les cinq fichiers TIF 3D dans le logiciel d’analyse d’images. Rendez-vous sur le panneau multiplanaire et choisissez diastole_200.

tif comme les données primaires. Alignez l’axe x avec le long axe vertical du ventricule et l’axe z avec le long axe horizontal du ventricule. Ensuite, choisissez trois points aléatoires du plan oblique YZ d’une manière dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et enregistrez leurs coordonnées de position 3D.

Répétez ce processus pour systole_200.tif. Cliquez sur le panneau de projet et créez un objet de tranche pour diastole_200. tif en cliquant à droite sur diastole_200.

tif et la recherche de l’objet tranche. Cliquez à gauche sur l’objet de tranche créé, vérifiez le plan défini dans les options de panneau de propriétés, choisissez trois points dans la définition du plan et entrez les coordonnées précédemment enregistrées. Cliquez à droite diastole_200.

tif, recherchez l’image transformée de rééchantillon et créez l’objet. Dans le panneau propriétés, choisissez la tranche comme référence et cliquez sur appliquer qui devrait générer un objet nommé diastole_200.transformed. Ensuite, cliquez à droite diastole_200.

transformé, recherchez le rééchantillon et créez l’objet. Choisissez la taille voxel comme mode et le changer en x équivaut à un, y égale un, et z égale un dans le panneau propriétés. Cliquez sur appliquer puis enregistrer le diastole_200.

objet rééchantillonné comme fichier TIF 3D. Répétez ce processus pour dialabel. tif, test.

tif, systole_200. tif, syslabel. tif, et tester.

tif selon les instructions manuscrites. Importez les six fichiers rééchantillonnés sur ImageJ et sélectionnez la tranche de systole_200. rééchantillonné dans lequel le canal atrioventriculaire est clairement visualisé en s’assurant d’enregistrer le nombre de la tranche.

Utilisez la fonction de rotation de transformation d’image pour positionner verticalement le canal atrioventriculaire. Appliquez la même rotation à tous les fichiers, puis fermez toutes les fenêtres et enregistrez les modifications. Ensuite, déplacez-vous systole_200.

rééchantillonné, syslabel. rééchantillonné et testé2. rééchantillonné dans le resample_sys de travail.

Déplacez-diastole_200. rééchantillonné, dialabel. rééchantillonné et testé.

rééchantillonné dans le resample_dia dossier. Ouvrez divider_2_8_pieces. m et changer InPath dans la ligne cinq à l’annuaire d’image.

Modifiez le milieu variable de la ligne 22 au nombre de tranches où le canal atrioventriculaire est clairement visualisé. Répétez ce processus pour diastole_200. rééchantillonné sur les lignes 394 et 411.

Exécutez le code. Lorsque cela est demandé, cliquez une fois sur le centre du ventricule et sur le centre du canal atrioventriculaire. Pour enregistrer des matrices d’images systoliques et diastoliques, register_3.

m et changer InPath dans la ligne quatre au chemin de dossier d’image. Alors ouvrez displacement_4. m et changer InPath au chemin du dossier d’image.

Exécutez le programme pour générer un vecteur8. fichier txt avec une matrice de huit par quatre. Chaque ligne de la matrice contient les magnitudes du composant x, y composant, z composant, et l’ampleur de la somme du vecteur de déplacement d’un segment spécifique du ventricule.

Ces valeurs peuvent ensuite être transférées sur une feuille de calcul. Ce protocole a été employé pour découvrir l’hétérogénéité segmentaire de la fonction cardiaque et la susceptibilité aux dommages myocardiques doxorubicine-induits dans le poisson zèbre. Après un traitement de doxorubicine de 24 heures de trois à quatre post-fertilisation, le déplacement des segments ventriculaires a été comparé entre le contrôle et les groupes traités.

Dans des conditions de contrôle, les segments basiques un et six subissent les plus grands déplacements et sont ceux les plus sensibles aux lésions cardiaques induites par la doxorubicine. À six dpf, la norme L2 moyenne des vecteurs de déplacement segmental dans les poissons de contrôle rationnait de 3,9 à 8 % après normalisation. Les segments basaux un et six ont récupéré le déplacement de diamant pour contrôler des niveaux suggérant la régénération segmentaire.

Pendant ce temps, une aggravation de la souche basale 2D de négatif 53 à négatif 38% a été observée immédiatement après le traitement à la doxorubicine suivie d’un retour aux niveaux de contrôle 48 heures plus tard corroborant les résultats de déplacement diamond. Une diminution et une récupération parallèles de la fraction d’éjection globale ou ef en réponse au traitement ont également été observées. Le diamant a ensuite été appliqué pendant le traitement de la doxorubicine et la modulation des voies d’encoche à l’aide de l’inhibiteur de l’encoche DAPT et des effecteurs en aval NICD et NRG1 mRNA.

La microinjection d’ARNm a sauvé la diminution du déplacement de diamant et de l’EF après des dommages chimiothérapie-induits aigus. En outre, l’inhibition de la voie d’encoche après chimiothérapie a entravé la récupération du déplacement de diamant des segments basaux et ef 48 heures après traitement, mais l’inhibition a été sauvée par les effecteurs en aval d’encoche. La fraction traditionnelle d’éjection est connue pour être un indicateur insensible et retardé des dommages myocardiques.

Diamond permet aux chercheurs de quantifier la fonction cardiaque focale et d’aider l’hétérogénéité dans les lésions myocardiques chez les embryons de poisson zèbre.