Funkcjonalne obrazowanie serca w zarodkach danio dano za pomocą standardowej mikroskopii i analizy wideo: zastosowania w badaniach środowiskowych i biomedycznych
10 października 2025
Protokół ten opisuje tanią metodę mikroskopii świetlnej do oceny morfologii i funkcji serca w embrionach danio pręgowanych, umożliwiającą powtarzalną ocenę rozwojowej kardiotoksyczności bez potrzeby stosowania zaawansowanych systemów obrazowania.
Mikroskopia wysokiej rozdzielczości, fluorescencyjne reportery oraz analiza obrazów cyfrowych to technologie umożliwiające szczegółową ocenę funkcji serca embrionalnego u danio pręgowanych. Utrzymanie stałych warunków obrazowania i minimalizacja ruchów zarodków pozostają poważnym wyzwaniem dla dokładnych pomiarów funkcji serca. Na początek nagraj filmy z embrionami danio pręgowanego po 96 godzinach w nieskompresowanych formatach, aby umożliwić dokładną analizę dynamiki ruchu serca.
Kolejno kliknij File, Otwórz, a następnie wybierz plik AVI w ImageJ, aby zaimportować filmy. Użyj Analiza, następnie kliknij Ustaw skalę, wpisz znaną średnicę pola i włącz globalną opcję zastosowania skali na wszystkie pomiary. Użyj narzędzi ROI do oznaczania osi długiej i krótkiej komory podczas systoli końcowej i rozciętej końca.
Następnie określ powierzchnię komory za pomocą formuły przybliżenia elipsy. Oszacuj objętość komory w stanie rozgrzania na końcu i na końcu systolu, stosując wzór objętości elipsoidalnej. Teraz oblicz zmianę powierzchni ułamkowej i skrócenie ułamkowego.
Następnie określ objętość uderzenia, SV, oraz frakcję wyrzutową, EF. Aby uzyskać analizę automatyczną, uruchom oprogramowanie Z-Embryo Analyzer i kliknij Plik, a następnie otwórz Wideo, aby zaimportować wybrane wideo. Kliknij przycisk Detect Heart, aby oprogramowanie automatycznie lokalizowało obszar zainteresowania na podstawie wahań jasności w klatkach wideo. Pozwól oprogramowaniu przeanalizować zmiany jasności w wykrytym obszarze zainteresowania, aby oszacować tętno, a następnie oblicz mianę serca.
Wykresy pokazują powierzchnię i objętość komory komory mierzone w momencie roztopu i systoli końcowej u zarodków danio dano w 96 godzinach po zapłodnieniu. Ilościowe różnice między rozkurczem końcowym a systolicznym końcowym odzwierciedlają prawidłową funkcję skurczową podczas wczesnego rozwoju serca, co wspiera zastosowanie tej metody. W zdrowych zarodkach danio pręgowanego średnia objętość udaru wynosiła 0,213 nanolitra.
Wydajność miotologiczna serca wynosiła 27,8 nanolitra na minutę. Frakcja wyrzutowa wynosiła 41,99%, a średnie tętno 130 uderzeń na minutę. U zdrowych zarodków danio pręgowanego średnia zmiana powierzchni ułamkowej wynosiła 61,2%, a skrócenie ułamkowe 44,5%. Zarodki wystawione na kadm wykazywały nieprawidłową morfologię serca z powiększonymi komorami i obrzękiem osierdzia.
W zarodkach wystawionych na kadm objętość udarowa była istotnie wyższa niż u grup kontrolnych. Zwiększono tętno i obniżono tętno. Protokół ten rozwiązuje brak ustandaryzowanych, dostępnych metod ilościowego określania funkcji serca embrionalnego u danio pręgowanego za pomocą powtarzalnych przepływów pracy.
Protokół ten wykorzystuje standardową mikroskopię i analizę otwartego, co umożliwia wysokiej jakości ocenę kardiologiczną bez specjalistycznego sprzętu. Wyniki stanowią wiarygodny protokół, który poprawia porównywalność między badaniami i umożliwia dokładniejszą ocenę fenotypów sercowych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten protokół opisuje niskokosztową metodę mikroskopi świetlnej do oceny morfologii i funkcji serca u zarodków ryby klauni, umożliwiającą powtarzalną ocenę rozwojowej karditoksyczności bez potrzeby zaawansowanych systemów obrazowania. Metoda ta pozwala na szczegółową analizę funkcji serca przy użyciu standardowej mikroskopii i oprogramowania open-source.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Morfologia serca
- Rozwój embrionalny
- Toksykologia
Tło
- Wysokiej rozdzielczości mikroskopia i analizy cyfrowych obrazów są niezbędne do oceny funkcji serca embrionalnego.
- Utrzymanie jednorodnych warunków obrazowania jest kluczowe dla dokładnych pomiarów.
- Wyzwania obejmują minimalizowanie ruchu zarodków podczas obrazowania.
- Brakuje znormalizowanych metod do ilościowego określania funkcji serca u ryb klaunów.
Cel badania
- Dostarczenie powtarzalnego protokołu do oceny funkcji serca u zarodków ryby klauni.
- Umożliwienie oceny rozwojowej karditoksyczności.
- Poprawa porównywalności między badaniami.
Stosowane metody
- Rejestrowanie filmów zarodków ryby klauni 96 godzin po zapłodnieniu.
- Wykorzystanie ImageJ do analizy filmów i pomiaru parametrów serca.
- Obliczanie powierzchni powłoki komory, objętości, objętości uderzeniowej i ułamka wyrzutowego.
- Wykorzystanie oprogramowania Z-Embryo Analyzer do zautomatyzowanej analizy wydachu serca.
Główne wyniki
- Średnia objętość uderzeniowa u zdrowych zarodków wynosiła 0,213 nanolitry.
- Wydajność serca została zmierzona na poziomie 27,8 nanolitry na minutę.
- Ułamek wyrzutowy wynosił 41,99% przy częstości bicia serca 130 uderzeń na minutę.
- Nawozy kadmu prowadziły do nieprawidłowej morfologii serca i zmienionej funkcji.
Wnioski
- Protokół zapewnia niezawodną metodę oceny serca u zarodków ryby klauni.
- Standardowa mikroskopia i analizy open-source sprawiają, że ta metoda jest dostępna.
- Wyniki potwierdzają przydatność tej metody do oceny fenotypu serca.
Często zadawane pytania
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.
