Name: 심근 기계 변형의 변위 분석 (DIAMOND) 배아 제브라피시에 있는 심장 기능의 분할 이질성을 제시합니다 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 15 s
Description: 배우세요 DIAMOND 방법을 사용하여 제브라피시 배아의 심장 기능을 정량적으로 평가하는 기술을. 이 고해상도 3D 분석 플랫폼은 항암제 유발 심장 독성을 선별하는 데 활용됩니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

본 작품은 미국 심장 협회 보조금 16SDG30910007 및 18CDA34110338, 그리고 건강의 국가 학회 보조금 HL083015, HL111437, HL118650 및 HL129727에 의해 지원되었습니다.

여기에 설명된 모든 방법은 UCLA 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았으며, 실험은 UCLA 동물 연구국에서 승인한 프로토콜에 따라 수행되었습니다.
1. 사육 Tg (cmlc2:mCherry) 얼룩말 물고기와 배아의 수집
<ol><li>이전에 확립된 축산 및 사육 관행에 설명된 대로 주택, 사육 및 배아 수집 절차를 따르십시오. 자세한 내용은 메서슈미트 외9를참조하십시오.</li>
	<li>수집된 배아를 0.003% 1-페닐-2-티오레아(PTU)로 치료하여 E3 배지 18시간 후 추론하여 LSFM 이미징을 위한 배아의 투명도를 유지한다.</li>
</ol>2. 심장 손상을 유도하는 독소루비신 치료
<ol><li>3 일 후 풍부화 (dpf)에서 E3 어항 수질 배지에서 10 μM의 농도로 독소 루비신으로 배아를 치료하십시오. 4 dpf로 24 시간 처리 한 후, 독소 루비신 배지를 신선한 E3 배지로 대체하십시오. 주의: 독소루비신은 화학요법 약물입니다. 적절한 개인 보호 장비(PPE)가 필요하며 폐기물은 생물학적 위험 폐기물 용기에 폐기해야 합니다.</li>
</ol>3. 노치 통로 변조
<ol><li>노치 통로 억제제 (2S)-N-[(3,5-디플루오로페닐)아세틸]-L-알라닐-2-페닐]글리신 1,1-디메틸레틸 에스테르(DAPT)를 E3 어류 물 배지에서 10 μM의 농도로 3-6 dpf로 처리합니다.</li>
	<li>노치 다운스트림 이펙터 노치 세포내 도메인(NICD) 및 노이레굴린-1(Nrg-1) mRNA를 각각 1세포 단계 제브라피쉬 배아내로 10pg/nL및 5 pg/nL의 농도로주입한다. 참고 : 미세 분사는 주입 된 부피를 정확하게 제어하기 위해 에어 펌프의 지지로 현미경으로 수행됩니다. 세포로 mRNA 미세 주사는 기름지게 한 계란이 첫번째 세포 단계에 있을 때 행해지어집니다. mRNA의 준비 및 순서에 대한 자세한 내용은 첸 외8을참조하십시오. 주사 바늘의 미세 주입 및 준비에 대한 자세한 내용은 Rosen 외10을참조하십시오.</li>
</ol>4. LSFM 이미징 및 포스트 이미징 동기화
<ol><li>LSFM 이미징 기술 및 이미징 후 동기화 알고리즘의 경우 이전 간행물9,11의세부 정보를 참조하십시오. 참고 : 간단히, 우리의 시스템은 모든 형질 전환 제브라피시 라인을 이미지 조명 소스로 연속 파 레이저를 사용. 검출 모듈은 2개의 과학적인 보완 금속 산화물 반도체(sCMOS) 카메라와 듀얼 채널 이미징을 위한 두 세트의 필터로 구성됩니다. 검출 모듈은 조명 평면에 수직으로 설치됩니다. 각 LSFM 프레임은 20msec 노출 시간 내에 획득되는 반면, 단면의 분해력은 ~0.65 μm이고 연속 프레임 사이의 스텝 크기는 ~2 μm입니다. 589 nm 레이저는 mCherry 형광 신호를 자극하는 데 사용되었다.</li>
</ol>5. 3D 수축기 및 확장기 심장의 재건
<ol><li>사후 동기화 알고리즘에 의해 생성된 폴더를 연 다음"출력"폴더를 엽니다. 하트의 중간 평면을 선택하고 전체 폴더를 ImageJ에 로드합니다. 첫 번째 확장기 및 수축기 단계를 찾아 프레임 번호를 기록합니다.</li>
	<li>"출력/상태별" 폴더를 열고 방금 기록한 프레임 번호와 동일한 숫자를 가진 폴더를 찾습니다. 폴더의 이미지를 3D TIFF(태그가 지정된 이미지 파일 형식) 파일로 변환하고 "diastole.tif" 및 "systole.tif"의 이름을 지정합니다.</li>
</ol>6. 심실의 세분화
<ol><li>이미지 분석 소프트웨어를 엽니다(재료 표참조). 파일 | 클릭 데이터를 열고"diastole.tif" 및 "systole.tif"를 로드합니다. 이미징 설정에 따라 복셀 크기를 입력합니다. 참고: 사용되는 LSFM 시스템의 경우 일반적인 복셀 크기는 0.65 μm x 0.65 μm x 2 μm입니다.</li>
	<li>"세분화"패널을 클릭하고 수동으로 심장의 심실 부분을 분할합니다. 특정 강도 이상의 모든 영역을 선택할 수 있는 기본 제공"임계값"도구는 이 프로세스를 용이하게 할 수 있습니다. 심실은 더 강한 형광을 가진 두꺼운 약실입니다. 참고 : 이것은 변위 분석에 영향을 미치기 때문에 분절 된 심실의 방실 운하와 유출 관을 제거해야합니다.</li>
	<li>세분화가 완료되면"프로젝트"패널을 클릭합니다. "디스톨"을 마우스 오른쪽 버튼으로클릭합니다. labels.tif" 및 "systole. 콘솔의 Labels.tif" 탭을 클릭하고"데이터 내보내기"를클릭하여 데이터를 3D TIFF 파일로 저장합니다.</li>
</ol>7. 이미지 등록을 위한 직사각형 평행피페드 생성
<ol><li>프로그래밍 환경에서"prepImage_1"을실행합니다(재료 표참조). 폴더에 원본 및 분할된 TIFF 파일이 포함되도록 5줄의"prepImage_1.m" "를 열고 4번 줄의 "슬라이스"를 3D tif 파일의 슬라이스 수로 변경합니다.</li>
	<li>코드를 실행한 후 5개의 새로운 3D TIFF 파일("test.tif", "diastole_200.tif", "systole_200.tif", "diaLabel.tif" 및 "sysLabel200.tif")과 두 개의 새 폴더("resample_dia"및 "resample_sys")를 생성합니다.</li>
</ol>8. 짧은 축 평면을 따라 수축기 및 확장기 3D 하트 를 리샘플링합니다.
<ol><li>이미지 분석 소프트웨어로 5개의 3D TIFF 파일을 모두 가져옵니다(재료 표참조). 참고: 복셀 크기는 변경되지 않습니다.</li>
	<li>멀티플라나 패널로 이동합니다. "diastole_200.tif"를 기본 데이터로 선택합니다. X축(XY 평면의 녹색 선)을 심실의 수직 긴 축과 정렬하고 Z축(YZ 평면의 빨간색 선)을 심실의 수평 긴 축과 정렬합니다. 참고: 수직 긴 축은 XY 평면에서 정점과 유출 지역을 연결하는 가장 긴 축을 찾아결정되며, 수평 긴 축은 YZ 평면에서 정점과 유출 관을 연결하는 가장 긴 축을 찾아 결정됩니다. 축의 끝에 커서를 배치하여 축을 회전합니다.</li>
	<li>비스듬한 YZ 평면(짧은 축 평면)에서 시계 반대 방향으로 세 개의 임의점을 선택하고 3D 위치 좌표를 기록합니다. 참고: 포인트가 시계 반대 방향으로 선택되었는지 확인합니다.</li>
	<li>"systole_200.tif"에 대해 8.2 및 8.3 단계를 반복합니다.</li>
	<li>"프로젝트"패널을 클릭합니다. "diastole_200.tif"를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고"슬라이스"개체를 검색하여 "diastole_200.tif"에 대한"슬라이스"객체를 만듭니다. 왼쪽에서 방금 만든 슬라이스 오브젝트를 클릭하고 속성 패널에서 | 옵션,"평면 설정"및"평면 정의"에서세 점을 선택합니다. 7.3 단계에서 3점의 좌표를 입력합니다.</li>
	<li>"systole_200.tif"에 대해 8.5단계를 반복합니다. 참고: 생성된 슬라이스 개체에는"슬라이스 2"라는이름이 있어야 합니다.</li>
	<li>"diastole_200.tif"를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고"변형 된 이미지 "를 다시 샘플링"을검색하고 객체를 만듭니다. 속성 패널에서"슬라이스""를"참조"로선택하고 적용을클릭합니다. 이렇게 하면"diastole_200.transformed"라는 개체가생성됩니다.</li>
	<li>마우스 오른쪽 단추로 클릭"diastole_200.transformed" 및 검색 "Resample" 및 개체를 만듭니다. "복셀 크기 " 를"모드"로선택하고 속성 패널에서"복셀크기"를x = 1, y = 1 및 z = 1로 변경합니다.</li>
	<li>"적용"을클릭합니다. 이렇게 하면"diastole_200.resampled"라는 개체가생성됩니다. "diastole_200.resampled"를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 3D TIFF 파일로 저장합니다.</li>
	<li>"diaLabel.tif" 및 "test.tif"에 대해 동일한 단계를 반복합니다. "diaLabel.resampled" 및 "test.resampled"를 3D TIFF 파일로 저장합니다. "systole_200.tif", "sysLabel.tif" 및 "test.tif"에 대해"슬라이스 2" "참조로"를사용하고 "systole_200.resampled", "sysLable.resampled", "test2.resampled"를 3D TIFF 파일로 저장합니다. 참고: 이 단계에서 총 6개의 TIFF 파일이 저장되어 있는지 확인합니다.</li>
</ol>9. 리샘플링 된 마음의 분열
<ol><li>8단계에서 다시 샘플링된 6개의 파일을 ImageJ로 가져옵니다. 방측 운하가 명확하게 시각화되는 "systole_200.resampled"의 조각을 선택합니다. 슬라이스 수를 기록합니다.<ol>
<li>"이미지사용 | 변환 | 방측 운하가 수직이 되도록 ImageJ의 "기능"을 회전시다. 모든 파일에 동일한 회전을 적용합니다. 모든 창을 닫고 모든 변경 내용을 저장합니다.</li>
		<li>"diastole_200.resampled", "diaLabel.resampled", "test.resampled"를 "resample_dia" 폴더로 이동하고 "systole_200.resampled", "sysLable.resampled", "test2.resampled"를 "resample_sys" 폴더로 이동합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>"divider_2_8_pieces.m"을 엽니다. 5줄의"ImPath"및 395줄의ImPath" 을 이미지 디렉토리로 변경합니다. "systole_200.resampled"와 "diastole_200.resampled"에서 방측 운하가 명확하게 시각화되는 슬라이스 번호로 22 호와 줄 411의 변수"중간"변수를 변경합니다.</li>
	<li>코드를 실행하고 프롬프트 창에서 심실의 중심에서 한 번 클릭하고 방실 운하의 중심에서 한 번 클릭합니다. 이 systole 및 확장기 이미지에 대 한 두 번 수행 해야 합니다.</li>
</ol>10. 수축기 및 확장기 이미지 행렬의 등록
<ol><li>"register_3"을 열고 4줄의"ImPath"를이미지 폴더 경로로 변경합니다. 시스템의 계산 성능에 따라 이 코드를 실행하는 데 5~20분이 걸릴 수 있습니다. 참고: 7단계에서 인위적으로 생성된 직사각형 평행피페페드는 3점과 3점으로 구독된 각도 사이의 거리를 유지하는 3D 강성 등록에 사용됩니다. 단막 디토스톨 직사각형 병렬 처리(빨간색)가 최종 식열 직사각형 병렬 처리(녹색)에 등록되면, 이어지는 불일치 3D 위치는 최종 디돌러 매트릭스에서 최종 시스톨 매트릭스로의 회전 및 변환으로 구성된 고유한 강성 변환 매트릭스의 유도를 허용합니다(그림1H). 이미지 처리 도구 상자를 사용하여 변환 후 매트릭스의 노이즈를 해제하기 위해 등록 및 정규화된 에너지 최소화를 수행합니다(재료 표참조). 자세한 수학적 설명은 첸 외8을참조하십시오.</li>
</ol>11. 변위 벡터의 출력
<ol><li>"displacement_4"를열고 4줄의ImPath" 를 이미지 폴더 경로로 변경합니다.</li>
	<li>"displacement_4"을실행하여 "벡터" 폴더에서 "vector8.txt" 파일을 생성합니다. "vector8.txt" 파일이 열리면 8 x 4 행렬이 됩니다. 행렬의 각 행에는 X 성분, Y 성분, Z 구성요소 및 심실의 특정 세그먼트의 변위 벡터의 SUM 크기인 4개의 숫자가 있습니다. 주: 변위 벡터는 3D 공간에서 각 세그먼트의 질량 중심의 변위를 계산하여 얻어진다. systole에서 디스톨까지의 세분화 데이터 세트에서 각 <img alt="Equation CK" src="/files/ftp_upload/60547/60547eqck.jpg"> 세그먼트(I-VI)의 3D 질량 중심(PS 및 PD)좌표(k가 각각 X, Y 또는 Z 좌표를 나타내는 위치)를계산합니다(그림 1J). 3D 공간에서 질량 <img alt="Equation CK" src="/files/ftp_upload/60547/60547eqck.jpg"> 중심을 다음과 같이 정의합니다. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60547/60547eq1.jpg"> 여기서 Cx = X, Cy = Y 및 Cz = Z, Mi = 각 세그먼트의 질량 (I ≤ i ≤ VI), m = 각 세그먼트의 복셀 수, θ = 세그먼트 영역으로서의 밀도 함수는 1인 반면 나머지는 0입니다. X-, Y, 및 Z 축을 따라 하위 변위 벡터의 L2-규범과 합계 변위 벡터는 심장 주기 동안 계산됩니다. 행렬에는 총 8개의 행이 있습니다. 첫 번째 행과 여덟 번째 행은 방실 운하를 포함하고 따라서 우리의 분석에서 무시됩니다. 세그먼트 I에서 VI로의 세그먼트는 일곱 번째 행에 두 번째 행으로 표시됩니다.</li>
</ol>

<ol><li>Ewer, M. S., Ewer, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiotoxicity+of+anticancer+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Cardiotoxicity of anticancer treatments.</a> Nature Reviews Cardiology. 12 (9), 547-558 (2015).</li>
<li>Thavendiranathan, P., Wintersperger Bernd, J., Scott, F. D., Thomas D, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+MRI+in+the+Assessment+of+Cardiac+Injury+and+Toxicity+From+Cancer+Chemotherapy%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%3A+Cardiovascular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Cardiac MRI in the Assessment of Cardiac Injury and Toxicity From Cancer Chemotherapy.</a> Circulation: Cardiovascular Imaging. 6 (6), 1080-1091 (2013).</li>
<li>Mickoleit, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+reconstruction+of+the+beating+zebrafish+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">High-resolution reconstruction of the beating zebrafish heart.</a> Nature Methods. 11 (9), 919-922 (2014).</li>
<li>Thavendiranathan, P., et al. Use of Myocardial Strain Imaging by Echocardiography for the Early Detection of Cardiotoxicity in Patients During and After Cancer Chemotherapy. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aThavendiranathan%2C+P+%22A+Systematic+Review%22">A Systematic Review</a>. 63 (25), Part A 2751-2768 (2014).</li>
<li>Collier, P., Phelan, D., Klein, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Test+in+Context%3A+Myocardial+Strain+Measured+by+Speckle-Tracking+Echocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+College+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">A Test in Context: Myocardial Strain Measured by Speckle-Tracking Echocardiography.</a> Journal of the American College of Cardiology. 69 (8), 1043-1056 (2017).</li>
<li>Hanekom, L., Cho, G. Y., Leano, R., Jeffriess, L., Marwick, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+two-dimensional+speckle+and+tissue+Doppler+strain+measurement+during+dobutamine+stress+echocardiography%3A+an+angiographic+correlation%5BTitle%5D)+AND+%22European+Heart+Journal%22%5BJournal%5D)">Comparison of two-dimensional speckle and tissue Doppler strain measurement during dobutamine stress echocardiography: an angiographic correlation.</a> European Heart Journal. 28 (14), 1765-1772 (2007).</li>
<li>Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heart+regeneration+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Heart regeneration in zebrafish.</a> Science. 298 (5601), 2188-2190 (2002).</li>
<li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Displacement+analysis+of+myocardial+mechanical+deformation+%28DIAMOND%29+reveals+segmental+susceptibility+to+doxorubicin-induced+injury+and+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22JCI+Insight%22%5BJournal%5D)">Displacement analysis of myocardial mechanical deformation (DIAMOND) reveals segmental susceptibility to doxorubicin-induced injury and regeneration.</a> JCI Insight. 4 (8), e125362(2019).</li>
<li>Messerschmidt, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-sheet+Fluorescence+Microscopy+to+Capture+4-Dimensional+Images+of+the+Effects+of+Modulating+Shear+Stress+on+the+Developing+Zebrafish+Heart%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Light-sheet Fluorescence Microscopy to Capture 4-Dimensional Images of the Effects of Modulating Shear Stress on the Developing Zebrafish Heart.</a> Journal of Visualized Experiments. (138), e57763(2018).</li>
<li>Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microinjection+of+Zebrafish+Embryos+to+Analyze+Gene+Function%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Microinjection of Zebrafish Embryos to Analyze Gene Function.</a> Journal of Visualized Experiments. (25), e1115(2009).</li>
<li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((4-Dimensional+light-sheet+microscopy+to+elucidate+shear+stress+modulation+of+cardiac+trabeculation%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Clinical+Investigation%22%5BJournal%5D)">4-Dimensional light-sheet microscopy to elucidate shear stress modulation of cardiac trabeculation.</a> The Journal of Clinical Investigation. 126 (5), 1679-1690 (2016).</li>
<li>Lenneman, C. G., Sawyer, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardio-Oncology%3A+An+Update+on+Cardiotoxicity+of+Cancer-Related+Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation+Research%22%5BJournal%5D)">Cardio-Oncology: An Update on Cardiotoxicity of Cancer-Related Treatment.</a> Circulation Research. 118 (6), 1008-1020 (2016).</li>
<li>Geyer, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+Myocardial+Mechanics+Using+Speckle+Tracking+Echocardiography%3A+Fundamentals+and+Clinical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Society+of+Echocardiography%22%5BJournal%5D)">Assessment of Myocardial Mechanics Using Speckle Tracking Echocardiography: Fundamentals and Clinical Applications.</a> Journal of the American Society of Echocardiography. 23 (4), 351-369 (2010).</li>
<li>Castro, P. L., Greenberg, N. L., Drinko, J., Garcia, M. J., Thomas, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+pitfalls+of+strain+rate+imaging%3A+angle+dependency%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Sciences+Instrumentation%22%5BJournal%5D)">Potential pitfalls of strain rate imaging: angle dependency.</a> Biomedical Sciences Instrumentation. 36, 197-202 (2000).</li>
<li>Seo, Y., Ishizu, T., Aonuma, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+Status+of+3Dimensional+Speckle+Tracking+Echocardiography%3A+A+Review+from+Our+Experiences%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cardiovascular+Ultrasound%22%5BJournal%5D)">Current Status of 3Dimensional Speckle Tracking Echocardiography: A Review from Our Experiences.</a> Journal of Cardiovascular Ultrasound. 22 (2), 49-57 (2014).</li>
<li>Amzulescu, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvements+of+Myocardial+Deformation+Assessment+by+Three-Dimensional+Speckle-Tracking+versus+Two-Dimensional+Speckle-Tracking+Revealed+by+Cardiac+Magnetic+Resonance+Tagging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Society+of+Echocardiography%22%5BJournal%5D)">Improvements of Myocardial Deformation Assessment by Three-Dimensional Speckle-Tracking versus Two-Dimensional Speckle-Tracking Revealed by Cardiac Magnetic Resonance Tagging.</a> Journal of the American Society of Echocardiography. 31 (9), 1021-1033 (2018).</li>
<li>Wolterink, J. M., Leiner, T., Viergever, M. A., Išgum, I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWolterink%2C+JM+%22Reconstruction%2C+Segmentation%2C+and+Analysis+of+Medical+Images%22">Reconstruction, Segmentation, and Analysis of Medical Images</a>. Zuluaga, M. A., et al. , Springer International Publishing. 95-102 (2016).</li>
<li>Avendi, M. R., Kheradvar, A., Jafarkhani, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+combined+deep-learning+and+deformable-model+approach+to+fully+automatic+segmentation+of+the+left+ventricle+in+cardiac+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Image+Analysis%22%5BJournal%5D)">A combined deep-learning and deformable-model approach to fully automatic segmentation of the left ventricle in cardiac MRI.</a> Medical Image Analysis. 30, 108-119 (2016).</li>
<li>Packard, R. R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+Segmentation+of+Light-Sheet+Fluorescent+Imaging+to+Characterize+Experimental+Doxorubicin-Induced+Cardiac+Injury+and+Repair%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Automated Segmentation of Light-Sheet Fluorescent Imaging to Characterize Experimental Doxorubicin-Induced Cardiac Injury and Repair.</a> Scientific Reports. 7 (1), 8603(2017).</li>
<li>Jay Kuo, C. C., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+data-driven+Saak+transform%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visual+Communication+and+Image+Representation%22%5BJournal%5D)">On data-driven Saak transform.</a> Journal of Visual Communication and Image Representation. 50, 237-246 (2018).</li>
<li>Natarajan, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complement+Receptor+C5aR1+Plays+an+Evolutionarily+Conserved+Role+in+Successful+Cardiac+Regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Complement Receptor C5aR1 Plays an Evolutionarily Conserved Role in Successful Cardiac Regeneration.</a> Circulation. 137 (20), 2152-2165 (2018).</li>
<li>Zhukov, L., Barr, A. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZhukov%2C+L+%22IEEE+Visualization+VIS+2003%22">IEEE Visualization VIS 2003</a>. , 597-602 (2003).</li>
<li>Nielles-Vallespin, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+diffusion+tensor+MRI+of+the+human+heart%3A+Reproducibility+of+breath-hold+and+navigator-based+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">In vivo diffusion tensor MRI of the human heart: Reproducibility of breath-hold and navigator-based approaches.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 70 (2), 454-465 (2013).</li>
</ol>

저자는 이해 상충이 존재하지 않는다고 선언했다.

세그먼트 심근 기능의 정량화를 위한 엄격한 전략은 심근상해의무감각하고 지연된 표시기로 알려져 있는 전통적인 EF를 넘어 심장 역학을 평가하기 위하여 중요합니다1,4,12. 따라서, 초기 심근 변화의 마커에 대한 관심이 증가하고 있으며, 심실 기능 장애를 예측하는 초기 지표로서 심근 변형 매개 변수를 지원하는 문헌의증가체가 4,13. 좌심실(LV) 균주의 심초음파 측정은 심근 변형측정(13)의확립된 방법을 제공한다. 그러나, 조직 도플러 계 균주 영상은 각도 의존성 및 관찰자 내 및 관찰자 간가변성(14)으로인해 다수의 결점으로부터 고통받고 있다. 반점 추적 심초음파(STE)는...

화학요법 유도된 심장 독성 및 계속되는 심부전은 화학요법 중단을 위한 주된 이유 의 한개입니다1. 따라서, 심장 기능 평가는 심장 독성의 식별에 중요한 역할을하고, 더 중요한 것은, 화학 요법 다음 초기 심장 부상의 예측에2. 그러나, 심장 기능 평가에 대한 현재의 접근법은 한계를 만난다. 좌심실 배출 분율(LVEF)과 같은 방법은 부상 후 전 세계적으로 종종 지연되는 심장역학만을제공합니다3,4. 조직 도플러 화상 진찰은 세그먼트 심근 변형 정보를 제공하지만 중요한 관찰자 및 관찰자 간 가변성으로 고통받고, 부분적으로 초음파 빔 각도 의존성 으로 인해5. 2차원(2D) 반점 추적은 이론적으로 각도 의존성을 제거하는 심초음파의 B 모드를 이용하지만, 그 정확도는 평면 외 모션6에의해 제한됩니다. 따라서, 세그먼트 심장 기능을 정량화하기위한 엄격한 접근은 연구 및 임상 설정 모두에서 부족하다.
이러한 맥락에서, 우리는 3D 공간에서 심근 질량 중심의 변위 벡터를 결정하기 위해 심근 기계적 변형 (DIAMOND)의 변위 분석을 명명 한 세그먼트 심장 기능 분석을위한 4D 정량화 방법을 개발했습니다. 제브라피쉬(Daniorerio)를동물 모델로 하여 심장 기능 및 독소루비신 유발 심장 독성의 생체내 평가를 위해 DIAMOND를 적용하였으며, 이들의 재생 심근 및 고도로 보존된 발달유전자7로인해 선택되었다. 우리는 더 나아가 분과 다이아몬드 변위와 글로벌 배출 분획(EF) 측정 및 독소루비신 처리 후 2D 균주를 비교했습니다. 다이아몬드 변위를 4D 광시트 형광 현미경 검사법(LSFM)과 통합하여 배아 제브라피시 하트의 렌더링을 획득한 DIAMOND는 방실 운하에 인접한 기저 심근 세그먼트가 가장 높은 기계적 변형을 겪고 급성 독소루비신 심장 손상에 가장 취약하다는 것을 보여준다8.

<table><tbody><tr><td>Amira6</td><td>FEI</td><td></td><td>이미지 분석 소프트웨어</td></tr><tr><td>DAPT</td><td>Millipore Sigma</td><td>D5942-5MG</td><td></td></tr><tr><td>독소루비신 염산염</td><td>Millipore Sigma</td><td>D1515-10MG</td><td></td></tr><tr><td>에틸 3-아미노벤조에이트 메탄설포네이</td>트 <td>Millipore Sigma</td><td>E10521-10G</td><td>Tricaine</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td></td><td>프로그래밍 환경</td></tr><tr><td>MATLAB Image Processing Toolbox</td><td>MathWorks</td><td></td><td>이미지 프로세싱 툴박스</td></tr></tbody></table>

심근 기계 변형의 변위 분석 (diamond) 배아 제브라피시에 있는 심장 기능의 분할 이질성을 제시합니다

Displacement Analysis of Myocardial Mechanical Deformation (DIAMOND) Reveals Segmental Heterogeneity of Cardiac Function in Embryonic Zebrafish

제브라피쉬는 심근병증과 재생을 위한 모델 유기체로 점점 더 많이 활용되고 있습니다. 심장 기능을 평가하는 현재의 방법은 세그먼트 역학을 안정적으로 감지하지 못하며 제브라피시에서는 쉽게 실현 가능하지 않습니다. 여기에서 우리는 4차원 (4D) 세그먼트 심장 기능의 정량적 평가를 위한 반자동, 오픈 소스 방법을 제시합니다: 심근 기계적 변형의 변위 분석 (DIAMOND). 형질전환 배아 제브라피쉬는 4D 심장 운동 동기화를 이용하여 광시트 형광 현미경 시스템을 사용하여 생체 내에서 영상을 생성했다. 획득한 3D 디지털 하트는 엔드 시스톨 및 엔드 디아스톨에서 재구성되었으며, 심실은 수동으로 이진 데이터 세트로 분할되었습니다. 그 후, 심장의 방향을 조정하고 진정한 짧은 축을 따라 이소열성 으로 재샘플링하고, 심실은 짧은 축을 따라 8 개의 부분 (I-VIII)으로 균등하게 분할되었다. 끝 수축기와 끝 확장기의 다른 리샘플링 평면과 행렬로 인해 리샘플링된 수축기 및 확장기 이미지 행렬 사이의 원래 공간 관계를 복원하기 위해 이미지 등록에 변환 행렬이 적용되었습니다. 이미지 등록 후, 각 세그먼트의 변위 벡터를 엔드 시스톨에서 엔드 디아스톨까지 3차원(3D)의 질량 중심의 변위를 기준으로 계산하였다. DIAMOND는 방실 운하에 인접한 기저 심근 세그먼트가 가장 높은 기계적 변형을 겪고 독소루비신에 의한 심장 손상에 가장 취약하다는 것을 보여줍니다. 전반적으로, DIAMOND는 생리적 및 병리학적 조건 모두에서 전통적인 배출 분획 (EF)을 넘어 제브라피시 배아의 분할 심장 역학에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

3D 분절 심장 기능을 평가하기 위해 DIAMOND가 개발된 프로세스는 그림 1에제시되어 있습니다. LSFM 이미지 획득 및 배아 제브라피시 심장의 3D로의재구성(그림 1A)에이어, 실제 단축 평면은 수직 및 수평 긴 축에 수직인 평면으로 결정하였으며, 둘 다 다중 평면 뷰어에서 결정된다(그림1B). 심장은 짧은 축 평면을 따라샘플링(도 1C)및 내측심실 공동의 중심을 내실 운하의 중심으로 연결하는 가상 분할 선(빨간색 점선)에 따라 균등한 각도로 구성된 8개의 동등한 세그먼트로 나누었다(그림1E). 식별된 세그먼트의 3D 묘사는 단면도(도 1<...

이 프로토콜의 목적은 생리적 및 병리학적 조건 모두에서 배아 제브라피시의 분절 심장 기능 평가를 위한 새로운 방법을 자세히 설명하는 것입니다.

심근 기계 변형의 변위 분석 (DIAMOND) 배아 제브라피시에 있는 심장 기능의 분할 이질성을 제시합니다

Zebrafish are increasingly utilized as a model organism for cardiomyopathies and regeneration. Current methods evaluating cardiac function fail to ...

다이아몬드는 제브라피시 배아에서 4차원 세그먼트 심장 기능의 정량적 평가를 위한 최초의 오픈 소스 방법입니다. 우리의 방법은 3D 공간에서 지역 심장 역학을 정량화 할 수있는 마이크로 미터 해상도를 가지고 있습니다. 다른 현재 접근 방식은 이를 허용하지 않습니다.다이아몬드는 독소루비신 유발 심장 독성에서 새로운 부상 패턴을 해명합니다. 따라서, 우리는 우리의 방법이 화학요법 유도 심장 독성을 위한 생체 내 검열에 있는 높은 처리량을 위한 플랫폼으로 사용될 수 있었다는 것을 믿습니다. 우리는 현재 다이아몬드를 포유류 심장에 적응시키기 위해 노력하고 있습니다.그러나, 추가 작업은 고려 포유류 심장 근육 섬유 방향 및 회전 및 비틀림 움직임을 취할 필요가 있다. 이 방법을 시도할 때, 사용자가 수평 및 수직 축을 올바르게 식별하고 심실을 분할하기 위해 제브라피시 심장의 해부학 적 구조를 명확하게 시각화하는 것이 매우 중요합니다. 3D 수축기 및 확장기 심장을 재구성하려면 동기화 후 알고리즘에 의해 생성된 폴더를 여는 것으로 시작한 다음 출력 폴더를 엽니다.첫 번째 수축기 및 확장기 위상을 찾아 프레임 번호를 기록합니다. 그런 다음 상태 폴더별로 출력을 열고 기록된 프레임 번호와 동일한 숫자를 가진 폴더를 찾습니다. 폴더의 이미지를 3D TIF 파일로 변환하고 diastole의 이름을 지정합니다.티프와 시스톨.tif. 심실의 세분화를 수행하려면 파일 및 열린 데이터를 클릭하여 이미지 분석 소프트웨어를 엽니다. 그런 다음 디아스톨을 로드합니다.티프와 슬리프. 이미지 설정에 따라 복셀 크기를 입력합니다. 세분화 패널을 클릭하고 기본 제공 임계값 도구를 사용하여 심실 부분을 수동으로 분할합니다.그런 다음 배변 분석에 영향을 미치기 때문에 분할 된 심실의 대실 운하와 유출 관을 제거합니다. 세분화가 완료되면 프로젝트 패널을 클릭하고 diastole.labels를 마우스 오른쪽 단추로 클릭합니다. tif 및 systole.labels.콘솔의 탭을 클릭하고 데이터를 3D TIF 파일로 저장하려면 데이터를 내보냅니다. prepimage_1 열립니다. 프로그래밍 환경에서 m, 5 줄에 InPath의 폴더가 원본 및 분할 된 TIF 파일을 포함하고 있는지 확인하고 라이브 4에서 슬라이스를 3D TIF 파일의 조각 수로 변경합니다.코드를 실행하면 5개의 새 3D TIF 파일과 두 개의 새 폴더가 생성됩니다. 5개의 3D TIF 파일을 모두 이미지 분석 소프트웨어로 가져옵니다. 멀티 플래나 패널로 이동하여 diastole_200 선택합니다.tIF를 기본 데이터로 지정합니다. x축을 심실의 세로 긴 축과 z축을 심실의 수평 긴 축과 정렬합니다. 다음으로, 경사 YZ 평면에서 세 개의 임의 포인트를 시계 반대 방향으로 선택하고 3D 위치 좌표를 기록합니다.systole_200.tif 위해 이 프로세스를 반복합니다. 프로젝트 패널을 클릭하고 diastole_200 위해 슬라이스 개체를 만듭니다. diastole_200 마우스 오른쪽 클릭하여 tif.슬라이스 오브젝트를 선별하고 검색합니다. 생성된 슬라이스 오브젝트를 왼쪽 단추로 클릭하고, 속성 패널 옵션에서 세트 평면을 확인하고, 평면 정의에서 세 점을 선택하고, 이전에 기록된 좌표를 입력합니다. diastole_200 마우스 오른쪽 클릭합니다.tif, 변환된 이미지를 다시 샘플링검색하고 개체를 만듭니다. 속성 패널에서 슬라이스를 참조로 선택하고 diastole_200.transformed라는 개체를 생성해야 하는 적용을 클릭합니다. 다음으로, diastole_200 마우스 오른쪽 클릭합니다.변환하고, 리샘플링을 검색하고, 개체를 만듭니다. 모드로 복셀 크기를 선택하고 x로 변경하면 하나와 같고 y는 하나 같으며 z는 속성 패널에서 하나와 같습니다. 적용을 클릭한 다음 생성된 diastole_200 저장합니다.재샘플링된 개체를 3D TIF 파일로 재샘플링했습니다. 이 프로세스를 다시 반복하여 dialabel에 대해 반복합니다. tif, 테스트.tif, systole_200. tif, syslabel. tif, 및 테스트.원고 의 지시에 따라 tif. 다시 샘플링된 6개의 파일을 ImageJ로 가져오고 systole_200 조각을 선택합니다. 대실 운하가 명확하게 시각화되어 슬라이스 수를 기록할 수 있도록 재샘플링됩니다.이미지 변환 회전 기능을 사용하여 대실 운하를 수직으로 배치합니다. 모든 파일에 동일한 회전을 적용한 다음 모든 창을 닫고 변경 내용을 저장합니다. 다음으로 systole_200 이동합니다.샘플, syslabel. 다시 샘플링하고, test2. resample_sys 폴더로 다시 샘플링됩니다.diastole_200 이동합니다. 리샘플링, dialabel. 다시 샘플링하고 테스트합니다.resample_dia 폴더로 다시 샘플링됩니다. divider_2_8_pieces 열립니다. m및 이미지 디렉토리에 5 줄에 InPath를 변경합니다.22선의 가변 중간을 대실 운하가 명확하게 시각화되는 슬라이스 번호로 변경합니다. diastole_200 위해 이 프로세스를 반복합니다. 394선과 411호선에서 재샘플링.코드를 실행합니다. 메시지가 표시되면 심실 중앙과 대실 운하 중앙을 한 번 클릭합니다. 수축기 와 확장기 이미지 행렬을 등록하려면 register_3 엽니 다.m및 이미지 폴더 경로에 4 줄에 InPath를 변경합니다. 그런 다음 displacement_4 엽니다. m및 이미지 폴더 경로에 대한 InPath를 변경합니다.프로그램을 실행하여 vector8을 생성합니다. 8 x 4 매트릭스와 txt 파일. 행렬의 각 행에는 x 성분, y 성분, z 성분 및 심실의 특정 세그먼트의 변위 벡터의 합 크기가 포함되어 있습니다.그런 다음 이러한 값을 스프레드시트로 전송할 수 있습니다. 이 프로토콜은 제브라피시에서 독소루비신 유발 심근 손상에 대한 심장 기능및 감수성의 세그먼트 이질성을 발견하는 데 사용되었습니다. 3에서 4 개의 후 수정에서 24 시간 독소 루비신 치료 후, 심실 세그먼트의 변위는 대조군과 처리 된 그룹 사이에서 비교되었다.통제 조건하에서, 기저 세그먼트 1 및 6는 가장 큰 변위를 겪고 그외orubicin 유도한 심장 상해에 가장 취약한 그들입니다. 6dpf에서, 대조군 물고기의 세그먼트 변위 벡터의 평균 L2 규범은 정규화 후 3.9에서 8%까지 다양했다. 기저 세그먼트는 1및 6개의 다이아몬드 변위를 회수하여 세그먼트 재생을 제안하는 수준을 제어합니다.한편, 2D 기저균의 악화는 부정 53에서 음수 38%로, 독소루비신 치료 직후 관찰되었고, 그 후 48시간 후 다이아몬드 변위 결과를 확증하였다. 치료에 대한 응답으로 글로벌 배출 분획 또는 EF의 병렬 감소 및 회수도 관찰되었다. 다이아몬드는 그 때 노치 억제제 DAPT 및 다운스트림 이펙터 NICD 및 NRG1 mRNA를 사용하여 독소루비신 처리 및 노치 통로 변조 도중 적용되었다.mRNA 미세 주입은 급성 화학 요법 유발 부상 후 다이아몬드 변위와 EF의 감소를 구출했다. 더욱이, 화학요법 후 노치 통로의 억제는 치료 후 48시간 동안 기저 세그먼트및 EF의 다이아몬드 변위 회복을 방해했지만, 억제는 노치 하류 이펙터에 의해 구출되었다. 전통적인 배출 분수는 심근 상해의 무감각하고 지연된 표시기로 알려져 있습니다.다이아몬드는 연구원이 초점 심장 기능을 정량화하고 제브라피시 배아에 있는 심근 상해에 있는 이질성을 지원할 수 있습니다.

displacement-analysis-myocardial-mechanical-deformation-diamond

Research

연구

JoVE Journal

Developmental Biology

발생생물학

여러 발달 단계에있는 zebrafish 심장의 해부 및 격리에 대한 명확하고 표준화된 방법 설명되어 있습니다. 주석과 부량 기법도 설명합니다.

애벌레의 심장 해부, 소년과 성인 Zebrafish, Danio rerio</em

zebrafish 배아 심장의 immunostaining를 수행하는 빠른 방법이 설명되어 있습니다. 전체 마운트 immunostaining 접근 방식에 비해,이 방법은 크게 크게 감소 처리 시간 이내에 심장에 세포 / subcellular 구조를 공개 고해상도 이미지를 얻는 수있는 항체의 침투를 증가시킵니다.

해부 Zebrafish 배아 심장의 Immunostaining

이 비디오는 심장 발달, 성숙 및 노화를 연구하기 위해 여러 발달 단계에서 제브라피시로부터 심장을 분리하는 기술을 설명합니다.

심장 박리: 제브라피시 심장 발달을 관찰하는 방법

이 프로토콜에가 생활의 endocardial 세포에서 형광 단백질의 photoconversion에 대 한 방법을 설명 합니다 zebrafish 태아 것 운하 및 것 심장 밸브 개발 하는 동안 endocardial 셀의 추적을 가능 하 게 .

Zebrafish 태아에 있는 세포 Photoconversion 통해 다음 Endocardial 조직 움직임

여기, 선물이 시각화 4 차원 (4d)에서 zebrafish에 마음을 개발 하는 프로토콜. 빛-시트 형광 현미경 검사 법 (LSFM)를 통해 4 차원 영상, 3 차원 (3 차원) 이미지 개발 마음을 재구성 하는 시간 걸립니다. 우리 그 전단 응력 활성화 endocardial 노치 신호 챔버 개발, 심장 trabeculation를 승진 시키는 동안 질적 및 양적 보여줍니다.

개발 Zebrafish 마음에 전단 응력을 조절의 효과의 4 차원 이미지를 캡처 빛 시트 형광 현미경 검사 법

우리는 고주파 심초음파를 사용하여 성인 제브라피시의 심장 형태와 기능을 평가하는 프로토콜을 설명합니다. 이 방법은 심장의 시각화를 허용하고 심장 박동 (HR), 심장 출력 (CO), 분수 영역 변화 (FAC), 배출 분획 (EF), 및 혈액 유입 및 유출 속도와 같은 기능적 매개 변수의 후속 정량화를 허용합니다.

제브라피시 심장 기능을 평가하는 고주파 초음파 심초음파

우리는 빛 시트 형광 현미경 검사법과 생체 내 제브라피시 심장을 연구하는 최적화 된 도구를 설명합니다. 특히, 우리는 밝은 심장 형질 전환선을 제안하고 발달과 심장 결함을 피하는 새로운 부드러운 임베드 및 고정 기술을 제시합니다. 심장 이미징에 적응된 가능한 데이터 수집 및 분석 파이프라인도 제공됩니다.

얼룩말 물고기 배아에서 빠른 심장 역학의 빛 시트 현미경 검사

이 프로토콜은 광시트 이미징을 활용하여 제브라피시 유충의 심장 수축 기능을 조사하고 세포 추적 및 대화형 분석을 통해 심장 역학에 대한 통찰력을 얻습니다.

제브라피시 심장 수축의 4D 광시트 이미징

이 프로토콜은 미세 수술을 통해 발달 중인 제브라피시 심장에 자기 구슬을 이식하는 방법을 설명하여 생체 내에서 기계적 힘을 조작하고 심내막 세포에서 기계적 자극 의존성 칼슘 유입을 트리거할 수 있습니다.

자성 구슬을 사용하여 발달 중인 제브라피시 심장의 기계적 힘 조작

이 프로토콜은 제브라피쉬 배아의 심장 형태 및 기능을 평가하기 위한 저비용 광학 현미경 방법을 설명하여 고급 이미징 시스템 없이도 발달 심장 독성을 재현 가능하게 평가할 수 있습니다.

표준 현미경 및 비디오 분석을 사용한 제브라피쉬 배아의 기능적 심장 영상: 환경 및 생물 의학 연구에서의 응용

배우세요 DIAMOND 방법을 사용하여 제브라피시 배아의 심장 기능을 정량적으로 평가하는 기술을. 이 고해상도 3D 분석 플랫폼은 항암제 유발 심장 독성을 선별하는 데 활용됩니다.

심근 기계 변형의 변위 분석 (DIAMOND) 배아 제브라피시에 있는 심장 기능의 분할 이질성을 제시합니다

더 많은 동영상 탐색