Målet med denne protokollen er å detaljere en ny metode for vurdering av segmental hjertefunksjon i embryonale sebrafisk under både fysiologiske og patologiske forhold.
Sebrafisk blir i økende grad brukt som modellorganisme for kardiomyopatier og regenerering. Nåværende metoder som evaluerer hjertefunksjonen, klarer ikke å på en pålitelig måte oppdage segmental mekanikk og er ikke lett gjennomførbare i sebrafisk. Her presenterer vi en halvautomatisert, åpen kildekode-metode for kvantitativ vurdering av firedimensjonal (4D) segmental hjertefunksjon: forskyvningsanalyse av myokardmekanisk deformasjon (DIAMOND). Transgene embryonale sebrafisk ble avbildet in vivo ved hjelp av et lysark fluorescens mikroskopisystem med 4D hjertebevegelsesynkronisering. Kjøpte 3D digitale hjerter ble rekonstruert ved ende-systole og end-diastole, og ventrikkelen ble manuelt segmentert i binære datasett. Deretter ble hjertet reorientert og isotropisk resamplet langs den sanne korte aksen, og ventrikkelen ble jevnt delt inn i åtte porsjoner (I-VIII) langs den korte aksen. På grunn av de forskjellige omsamplingsflyene og matrisene ved endesystole og end-diastole, ble det søkt om bilderegistrering for å gjenopprette det opprinnelige romlige forholdet mellom de omsamplede systolisk og diastoliske bildematrisene. Etter bilderegistrering ble forskyvningsvektoren av hvert segment fra endesystole til end-diastole beregnet basert på forskyvning av massecentroider i tre dimensjoner (3D). DIAMOND viser at basal myokardsegmenter ved siden av attriventrikulær kanal gjennomgår den høyeste mekaniske deformasjonen og er mest utsatt for doksorubicin-indusert hjerteskade. Samlet sett gir DIAMOND ny innsikt i segmental hjertemekanikk i sebrafiskembryoer utover tradisjonell ejeksjonsfraksjon (EF) under både fysiologiske og patologiske forhold.
Kjemoterapi-indusert hjertetoksisitet og påfølgende hjertesvikt er en av hovedårsakene til kjemoterapiseponering1. Derfor spiller hjertefunksjonell vurdering en avgjørende rolle i identifiseringen av hjertetoksisitet og, enda viktigere, i prediksjon av tidlig hjerteskade etter kjemoterapi2. Imidlertid møter dagens tilnærminger for hjertefunksjonell vurdering begrensninger. Metoder som venstre ventrikulær utstøting fraksjon (LVEF) gir bare global og ofte forsinket hjertemekanikk etter skade3,4. Tissue Doppler imaging gir segmental myokard deformasjonsinformasjon, men lider av betydelig intraobserver og interobserver variabilitet, delvis på grunn av ultralyd strålevinkelavhengighet5. Todimensjonal (2D) speckle sporing benytter B-modus for ekkokardiografi, som teoretisk eliminerer vinkelavhengigheten, men nøyaktigheten er begrenset av ut-av-plan bevegelse6. Derfor mangler en streng tilnærming for kvantifiserende segmental hjertefunksjon i både forskning og kliniske innstillinger.
I denne sammenheng utviklet vi en 4D kvantifiseringsmetode for analyse av segmental hjertefunksjon som vi kalte forskyvningsanalyse av myokardmekanisk deformasjon (DIAMOND), for å bestemme forskyvningsvektorene av myokardmassecentroider i 3D-rommet. Vi søkte DIAMOND for in vivo vurdering av hjertefunksjon og doksorubicin-indusert hjertetoksisitet med sebrafisk (Danio rerio) som dyremodell, valgt på grunn av deres regenererende myokardium og høyt bevarte utviklingsgener7. Vi sammenlignet videre segmental DIAMOND-forskyvning med global ejeksjonsfraksjon (EF) bestemmelse og 2D-belastning etter behandling med doksorubicin. Ved å integrere DIAMOND-forskyvning med 4D lysark fluorescerende mikroskopi (LSFM) ervervet gjengivelse av embryonale sebrafisk hjerter, diamond viser at basal myokard segmenter ved siden av atrioventrikulær kanalen gjennomgå den høyeste mekaniske deformasjon og er mest utsatt for akutt dorubxoicin hjerteskade8.
En streng strategi for kvantifisering av segmental hjerteinfarkt funksjon er avgjørende for å vurdere hjertemekanikk utover tradisjonell EF, kjent for å være en ufølsom og forsinket indikator på hjerteinfarkt skade1,4,12. Derfor har det vært en økende interesse for markører for tidlige myokardendringer, og en voksende mengde litteratur støtter myokarddeformasjonsparametere som en tidlig indikator for å forutsi ventrik…
The authors have nothing to disclose.
Det nåværende arbeidet ble finansiert av American Heart Association tilskudd 16SDG30910007 og 18CDA34110338, og av National Institutes of Health tilskudd HL083015, HL111437, HL118650, og HL129727.
Amira6 | FEI | Image analyzing software | |
DAPT | Millipore Sigma | D5942-5MG | |
Doxorubicin hydrochloride | Millipore Sigma | D1515-10MG | |
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate | Millipore Sigma | E10521-10G | Tricaine |
MATLAB | MathWorks | Programming environment | |
MATLAB Image Processing Toolbox | MathWorks | Image processing toolbox |