Verplaatsinganalyse van Myocardiale mechanische vervorming (DIAMOND) onthult segmentale heterogeniteit van cardiale functie bij embryonale zebravis

Diamond is de eerste open source methode voor de kwantitatieve beoordeling van de vierdimensionale segmentale cardiale functie in zebravis embryo's. Onze methode heeft een micrometerresolutie die lokale hartmechanica in 3D-ruimte kan kwantificeren. Geen enkele andere huidige aanpak staat dat toe.

Diamond ontrafelt nieuwe verwondingspatronen in doxorubicine-geïnduceerde cardiale toxiciteit. Daarom geloven we dat onze methode kan worden gebruikt als een platform voor een hoge doorvoer in vivo screening op chemotherapie-geïnduceerde cardiale toxiciteit. We zijn momenteel bezig om Diamond aan te passen aan het zoogdierhart.

Echter, extra werk is nodig om rekening te houden met zoogdier hart spier vezel oriëntatie en rotatie en draaien beweging. Bij het proberen van deze methode is het erg belangrijk dat de gebruiker een duidelijke visualisatie van de anatomische structuur van het zebravishart heeft om de horizontale en verticale assen correct te identificeren en de ventrikel te segmenteren. Als u het 3D-systolische en diastolische hart wilt reconstrueren, opent u eerst de map die is gemaakt door het algoritme na de synchronisatie en opent u vervolgens de uitvoermap.

Zoek de eerste systolische en diastolische fase en neem het framenummer op. Open vervolgens de uitvoer op statusmap en zoek de mappen met dezelfde getallen als de opgenomen framenummers. Converteer de afbeeldingen in de map naar 3D TIF-bestanden en geef ze diastole.

tif en systole.tif. Als u segmentatie van de ventrikel wilt uitvoeren, opent u de software voor beeldanalyse door op bestand te klikken en gegevens te openen. Laad dan diastole.

tif en systole. tif en voer de voxelgrootte in volgens de afbeeldingsinstellingen. Klik op het segmentatiepaneel en segmenteer handmatig het ventrikelgedeelte van het hart met behulp van het ingebouwde drempelgereedschap.

Verwijder vervolgens het atrioventriculaire kanaal en de uitstroom in de gesegmenteerde ventrikel, omdat dit de verplaatsingsanalyse zal beïnvloeden. Nadat de segmentatie is voltooid, klikt u op het deelvenster project en klikt u met de rechtermuisknop op de diastole.labels. tif en systole.labels.

tif-tabbladen in de console en klik op exportgegevens om de gegevens op te slaan als 3D-TIF-bestanden. Open prepimage_1. m in de programmeeromgeving, zorg ervoor dat de map in InPath op regel vijf de originele en gesegmenteerde TIF-bestanden bevat en wijzig segment op live vier in het aantal segmenten van de 3D TIF-bestanden.

Na het uitvoeren van de code worden vijf nieuwe 3D TIF-bestanden en twee nieuwe mappen gegenereerd. Importeer alle vijf 3D TIF-bestanden in de software voor het analyseren van afbeeldingen. Ga naar het deelvenster multiplanar en kies diastole_200.

tif als de primaire gegevens. Lijn de x-as uit met de verticale lange as van de ventrikel en de z-as met de horizontale lange as van de ventrikel. Kies vervolgens drie willekeurige punten uit het schuine YZ-vlak tegen de klok in en neem hun coördinaten van 3D-positie op.

Herhaal dit proces voor systole_200.tif. Klik op het projectpaneel en maak een segmentobject voor diastole_200. tif door met de rechtermuisknop op diastole_200 te klikken.

tif en zoeken naar het segmentobject. Klik met links op het gemaakte segmentobject, controleer het instelvlak in de opties van het deelvenster Eigenschappen, kies drie punten in vlakdefinitie en voer de eerder opgenomen coördinaten in. Klik met de rechtermuisknop op diastole_200.

tif, zoek naar een getransformeerde afbeelding opnieuw en maak het object. Kies in het deelvenster Eigenschappen segment als referentie en klik op toepassen waarmee een object met de naam diastole_200.transformed moet genereren. Klik vervolgens met de rechtermuisknop op diastole_200.

getransformeerd, zoeken naar resample en maak het object. Kies voxelgrootte als de modus en wijzig deze in x, y is gelijk aan één en z is gelijk aan een in het deelvenster Eigenschappen. Klik op toepassen en sla de gegenereerde diastole_200 op.

opnieuw gesampled object als een 3D TIF-bestand. Herhaal dit proces voor dialabel. tif, test.

tif, systole_200. tif, syslabel. tif, en test.

tif volgens de aanwijzingen van het manuscript. Importeer alle zes geresamplede bestanden in ImageJ en selecteer het segment van systole_200. opnieuw gesampled waarbij het atrioventriculaire kanaal duidelijk wordt gevisualiseerd om het aantal van de slice vast te leggen.

Gebruik de draaifunctie voor beeldtransformatie om het atrioventriculaire kanaal verticaal te positioneren. Pas dezelfde rotatie toe op alle bestanden sluit vervolgens alle vensters en sla de wijzigingen op. Ga vervolgens systole_200.

resampled, syslabel. opnieuw gesampled, en test2. opnieuw gesampled naar de resample_sys map.

Verplaats diastole_200. opnieuw gesampled, dialabel. opnieuw gesampled, en test.

opnieuw gesampled naar de resample_dia map. Open divider_2_8_pieces. m en wijzig InPath in regel vijf in de afbeeldingsmap.

Verander het variabele midden in lijn 22 in het segmentnummer waar het atrioventriculaire kanaal duidelijk is gevisualiseerd. Herhaal dit proces voor diastole_200. opnieuw gesampled op de lijnen 394 en 411.

Voer de code uit. Wanneer gevraagd, klik eenmaal op het midden van de ventrikel en op het centrum van de atrioventriculaire kanaal. Open register_3 om systolische en diastolische beeldmatrices te registreren.

m en wijzig InPath in regel vier in het pad van de afbeeldingsmap. Open dan displacement_4. m en wijzig InPath in het pad van de afbeeldingsmap.

Voer het programma uit om een vector8 te genereren. txt-bestand met een acht bij vier matrix. Elke rij van de matrix bevat de grootheden van de x-component, y-component, z-component en de somkracht van de verplaatsingsvector van een specifiek segment van de ventrikel.

Deze waarden kunnen vervolgens worden overgebracht naar een spreadsheet. Dit protocol werd gebruikt om segmentale heterogeniteit van de hartfunctie en de gevoeligheid voor doxorubicine-geïnduceerde myocardschade bij zebravissen aan het licht te brengen. Na een 24-uurs doxorubicinebehandeling van drie tot vier na de bevruchting werd verplaatsing van ventriculaire segmenten vergeleken tussen controle en behandelde groepen.

Onder controleomstandigheden ondergaan de basale segmenten één en zes de grootste verplaatsingen en zijn ze het meest gevoelig voor door doxorubicine geïnduceerde hartletsel. Bij zes dpf varieerde de gemiddelde L2-norm van de segmentale verplaatsingsvectoren in de controlevissen van 3,9 tot 8% na normalisatie. De basale segmenten een en zes hersteld Diamond verplaatsing om niveaus te controleren suggereert segmentale regeneratie.

Ondertussen werd een verslechtering van 2D basale stam van negatieve 53 tot negatieve 38%waargenomen onmiddellijk na doxorubicine behandeling gevolgd door een terugkeer naar controle niveaus 48 uur later bevestiging van de Diamond verplaatsing resultaten. Er werd ook een parallelle daling en herstel van de wereldwijde uitwerpfractie of EF in reactie op de behandeling waargenomen. Diamond werd vervolgens toegepast tijdens doxorubicine behandeling en inkeping route modulatie met behulp van de inkeping remmer DAPT en downstream effectoren NICD en NRG1 mRNA.

De mRNA microinjectie redde de afname van de diamantverplaatsing en EF na acute chemotherapie-geïnduceerde verwonding. Bovendien belemmerde remming van de inkepingsroute na chemotherapie het herstel van diamantverplaatsing van de basale segmenten en EF 48 uur na de behandeling, maar de remming werd gered door de inkeping stroomafwaartse effectoren. Traditionele uitwerpfractie staat bekend als een ongevoelige en vertraagde indicator van myocardiaal letsel.

Diamond stelt onderzoekers in staat om de focale hartfunctie te kwantificeren en de heterogeniteit te ondersteunen bij myocardiaal letsel in zebravisembryo's.