Het doel van dit protocol is om een nieuwe methode voor de beoordeling van de segmentale cardiale functie bij embryonale zebravissen onder zowel fysiologische als pathologische omstandigheden te beschrijven.
Methodenartikel
Het doel van dit protocol is om een nieuwe methode voor de beoordeling van de segmentale cardiale functie bij embryonale zebravissen onder zowel fysiologische als pathologische omstandigheden te beschrijven.
Zebravissen worden steeds meer gebruikt als een model organisme voor cardiomyopathies en regeneratie. Huidige methoden evaluatie cardiale functie niet op betrouwbare wijze detecteren segmentale mechanica en zijn niet gemakkelijk haalbaar bij zebravissen. Hier presenteren we een semigeautomatiseerde, open-source methode voor de kwantitatieve beoordeling van vierdimensionale (4D) segmentale hartfunctie: verplaatsingsanalyse van myocardiale mechanische vervorming (DIAMOND). Transgene embryonale zebravissen werden in vivo afgebeeld met behulp van een lichtbladfluorescentiemicroscopiesysteem met 4D-hartbewegingssynchronisatie. Verworven 3D digitale harten werden gereconstrueerd op end-systole en end-diastole, en de ventrikel werd handmatig gesegmenteerd in binaire datasets. Vervolgens werd het hart geheroriënteerd en isotropisch opnieuw gesampled langs de ware korte as, en de ventrikel werd gelijkmatig verdeeld in acht porties (I-VIII) langs de korte as. Vanwege de verschillende resampling vlakken en matrices bij end-systole en end-diastole, werd een transformatiematrix toegepast voor beeldregistratie om de oorspronkelijke ruimtelijke relatie tussen de opnieuw gesamplede systolische en diastolische beeldmatrices te herstellen. Na beeldregistratie werd de verplaatsingsvector van elk segment van eind-systole tot end-diastole berekend op basis van de verplaatsing van massacentroids in drie dimensies (3D). DIAMOND toont aan dat basale myocardiale segmenten grenzend aan het atrioventriculair kanaal de hoogste mechanische vervorming ondergaan en het meest vatbaar zijn voor doxorubicin-geïnduceerde cardiale letsel. Over het algemeen biedt DIAMOND nieuwe inzichten in segmentale cardiale mechanica in zebravissenembryo's dan de traditionele uitwerpfractie (EF) onder zowel fysiologische als pathologische omstandigheden.
Door chemotherapie veroorzaakte harttoxiciteit en daaruit voortvloeiende hartfalen zijn een van de belangrijkste redenen voor het staken van chemotherapie1. Daarom speelt cardiale functionele beoordeling een cruciale rol bij de identificatie van cardiale toxiciteit en, nog belangrijker, bij de voorspelling van vroeg cardiale letsel na chemotherapie2. De huidige benaderingen voor cardiale functionele beoordeling ondervinden echter beperkingen. Methoden zoals linker ventriculaire uitwerpfractie (LVEF) bieden alleen globale en vaak vertraagde hartmechanica na letsel3,4. Weefsel Doppler beeldvorming biedt segmentale myocardiale vervorming informatie, maar lijdt aan aanzienlijke intraobserver en interobserver variabiliteit, deels als gevolg van echografie straalhoek afhankelijkheid5. Tweedimensionale (2D) speckle tracking maakt gebruik van de B-modus van echocardiografie, die theoretisch elimineert de hoek afhankelijkheid, maar de nauwkeurigheid ervan wordt beperkt door out-of-plane beweging6. Daarom ontbreekt een rigoureuze aanpak voor het kwantificeren van de segmentale hartfunctie in zowel onderzoeks- als klinische omgevingen.
In deze context ontwikkelden we een 4D kwantificeringsmethode voor de analyse van de segmentale hartfunctie die we verplaatsingsanalyse van myocardiale mechanische vervorming (DIAMOND) noemden, om de verplaatsingsvectoren van myocardiale massacentroids in de 3D-ruimte te bepalen. We hebben DIAMOND toegepast voor de in vivo beoordeling van de hartfunctie en doxorubicin-geïnduceerde cardiale toxiciteit met zebravissen (Danio rerio) als het dier model, gekozen vanwege hun regenererende myocard en zeer geconserveerde ontwikkelingsgenen7. We vergeleken verder segmentale DIAMANT verplaatsing met global ejection fraction (EF) bepaling en 2D-stam na doxorubicin behandeling. Door de integratie van DIAMOND verplaatsing met 4D light-sheet fluorescentmicroscopie (LSFM) verworven weergave van embryonale zebravis harten, DIAMOND toont aan dat de basale myocardiale segmenten grenzend aan de atrioventriculair kanaal ondergaan de hoogste mechanische vervorming en zijn het meest gevoelig voor acute doxorubicin hartletsel8.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle hier beschreven methoden zijn goedgekeurd door het UCLA Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC), en experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met protocollen die zijn goedgekeurd door het UCLA Office of Animal Research.
1. Foktg(cmlc2:mCherry) zebravis en inzameling van embryo's
2. Doxorubicinbehandeling om hartletsel op te wekken
3. Notch pad modulatie
4. LSFM-beeldvorming en synchronisatie van de beeldvorming na de beeldvorming
5. Reconstructie van het 3D-systolische en diastolische hart
6. Segmentatie van de ventrikel
7. Creatie van rechthoekige parallelpipeds voor beeldregistratie
8. Systolische en diastolische 3D-harten opnieuw samplen langs het korte asvlak
9. Verdeling van het hermonsterde hart
10. Registratie van systolische en diastolische beeldmatrices
11. Uitvoer van de verplaatsingsvectoren
S en PD)coördinaten (waarbij k respectievelijk de X-, Y- of Z-coördinaat aangeeft) van elk segment (I-VI) in de segmentatiegegevensset van systole tot diastole(figuur 1J). We definiëren de
massa centroid in 3D-ruimte als volgt:
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het proces waarmee DIAMOND is ontwikkeld om de 3D-segmentale hartfunctie te beoordelen, wordt gepresenteerd in figuur 1. Na lsfm beeldverwerving en wederopbouw in 3D van het embryonale zebravishart (Figuur 1A), werd het ware korte asvlak bepaald als het vlak loodrecht op de verticale en horizontale lange assen, die beide worden bepaald in een meerdekker -viewer (figuur 1B). Het hart werd vervolgens ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een rigoureuze strategie voor kwantificering van de segmentale myocardiale functie is van cruciaal belang om hartmechanica te beoordelen buiten de traditionele EF, bekend als een ongevoelige en vertraagde indicator van myocardiale letsel1,4,12. Vandaar, is er een groeiende interesse in markers van vroege myocardiale veranderingen, en een groeiend lichaam van literatuur ondersteunt myocardiale vervorming parameters als een vroege...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben verklaard dat er geen belangenconflict bestaat.
Het huidige werk werd gefinancierd door American Heart Association subsidies 16SDG30910007 en 18CDA34110338, en door National Institutes of Health subsidies HL083015, HL111437, HL118650, en HL129727.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Amira6 | FEI | Beeldanalysesoftware | |
| DAPT | Millipore Sigma | D5942-5MG | |
| Doxorubicin hydrochloride | Millipore Sigma | D1515-10MG | |
| Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate | Millipore Sigma | E10521-10G | Tricaine |
| MATLAB | MathWorks | Programmeeromgeving | |
| MATLAB Image Processing Toolbox | MathWorks | Beeldverwerkingstoolbox |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen