אנו מביעים את תודתנו לד"ר קרוליין ברנס מבית החולים לילדים בבוסטון על כך שחלקה בנדיבות את דג הזברה המהונדס. אנו מודים לגב' אליזבת איבנז על עזרתה בגידול דגי זברה ביוטה דאלאס. אנו מעריכים גם את כל ההערות הבונות המסופקות על ידי חברי החממה D ב- UT Dallas. עבודה זו נתמכה על ידי NIH R00HL148493 (Y.D.), R01HL162635 (Y.D.) ותוכנית UT Dallas STARS (Y.D).

ניתוח התכווצות הלב של דגי זברה עם אינטראקציית מציאות מדומה

<ol>
	<li>Power, R. M., Huisken, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+guide+to+light-sheet+fluorescence+microscopy+for+multiscale+imaging.">A guide to light-sheet fluorescence microscopy for multiscale imaging.</a> Nat. Methods. 14 (4), 360-373 (2017).</li><li>Liu, J., Stainier, D. Y. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zebrafish+in+the+study+of+early+cardiac+development.">Zebrafish in the study of early cardiac development.</a> Circ. Res. 110 (6), 870 (2012).</li><li>Ding, Y., Bu, H., Xu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+inherited+cardiomyopathies+in+adult+zebrafish+for+precision+medicine.">Modeling inherited cardiomyopathies in adult zebrafish for precision medicine.</a> Front. Physiol. 11, 599244 (2020).</li><li>Giardoglou, P., Beis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+zebrafish+disease+models+and+matters+of+the+heart.">On zebrafish disease models and matters of the heart.</a> Biomedicines. 7 (1), 15 (2019).</li><li>Zhang, X., Alexander, R. V., Yuan, J., Ding, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+analysis+of+cardiac+contractile+function.">Computational analysis of cardiac contractile function.</a> Curr. Cardiol. Rep. 24 (12), 1983-1994 (2022).</li><li>Weber, M., Huisken, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+imaging+of+cardiac+development+and+function+in+zebrafish+using+light+sheet+microscopy.">In vivo imaging of cardiac development and function in zebrafish using light sheet microscopy.</a> Swiss Med. Wkly. 145 (51), w14227 (2015).</li><li>Vedula, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+to+quantify+mechanobiologic+forces+during+zebrafish+cardiac+development+using+4-D+light+sheet+imaging+and+computational+modeling.">A method to quantify mechanobiologic forces during zebrafish cardiac development using 4-D light sheet imaging and computational modeling.</a> PLOS Comput. Biol. 13 (10), e1005828 (2017).</li><li>Yalcin, H. C., Amindari, A., Butcher, J. T., Althani, A., Yacoub, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heart+function+and+hemodynamic+analysis+for+zebrafish+embryos.">Heart function and hemodynamic analysis for zebrafish embryos.</a> Dev. Dyn. 246 (11), 868-880 (2017).</li><li>Baek, K. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+microscopy+to+elucidate+cardiovascular+injury+and+regeneration:+4D+light-sheet+imaging.">Advanced microscopy to elucidate cardiovascular injury and regeneration: 4D light-sheet imaging.</a> Prog. Biophys. Mol. Biol. 138, 105-115 (2018).</li><li>Salman, H. E., Yalcin, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+blood+flow+assessment+in+Zebrafish+via+experimental+digital+particle+image+velocimetry+and+computational+fluid+dynamics+modeling.">Advanced blood flow assessment in Zebrafish via experimental digital particle image velocimetry and computational fluid dynamics modeling.</a> Micron. 130, 102801 (2020).</li><li>Sodimu, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+sheet+imaging+and+interactive+analysis+of+the+cardiac+structure+in+neonatal+mice.">Light sheet imaging and interactive analysis of the cardiac structure in neonatal mice.</a> J. Biophotonics. 16 (5), e202200278 (2023).</li><li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+light-sheet+imaging+and+interactive+analysis+of+cardiac+contractility+in+zebrafish+larvae.">4D light-sheet imaging and interactive analysis of cardiac contractility in zebrafish larvae.</a> APL Bioeng. 7 (2), 026112 (2023).</li><li>Westerfield, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Zebrafish+Book.">The Zebrafish Book.</a> Eugene. , (2000).</li><li>Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microinjection+of+zebrafish+embryos+to+analyze+gene+function.">Microinjection of zebrafish embryos to analyze gene function.</a> J Vis Exp. 25, e1115 (2009).</li><li>Kimmel, C. B., Ballard, W. W., Kimmel, S. R., Ullmann, B., Schilling, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stages+of+embryonic+development+of+the+zebrafish.">Stages of embryonic development of the zebrafish.</a> Dev Dyn. 203 (3), 253-310 (1995).</li><li>Girkin, J. M., Carvalho, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+light-sheet+microscopy+revolution.">The light-sheet microscopy revolution.</a> J. Opt. 20 (5), 053002 (2018).</li><li>Gualda, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OpenSpinMicroscopy:+an+open-source+integrated+microscopy+platform.">OpenSpinMicroscopy: an open-source integrated microscopy platform.</a> Nat. Methods. 10 (7), 599-600 (2013).</li><li>Messerschmidt, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-sheet+fluorescence+microscopy+to+capture+4-dimensional+images+of+the+effects+of+modulating+shear+stress+on+the+developing+zebrafish+heart.">Light-sheet fluorescence microscopy to capture 4-dimensional images of the effects of modulating shear stress on the developing zebrafish heart.</a> J Vis Exp. 138, e57763 (2018).</li><li>Kaufmann, A., Mickoleit, M., Weber, M., Huisken, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayer+mounting+enables+long-term+imaging+of+zebrafish+development+in+a+light+sheet+microscope.">Multilayer mounting enables long-term imaging of zebrafish development in a light sheet microscope.</a> Development. 139 (17), 3242-3247 (2012).</li><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4-Dimensional+light-sheet+microscopy+to+elucidate+shear+stress+modulation+of+cardiac+trabeculation.">4-Dimensional light-sheet microscopy to elucidate shear stress modulation of cardiac trabeculation.</a> J Clin Invest. 126 (5), 1679-1690 (2016).</li><li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+light-sheet+imaging+and+interactive+analysis+of+cardiac+contractility+in+Zebrafish+larvae.">4D light-sheet imaging and interactive analysis of cardiac contractility in Zebrafish larvae.</a> Zenodo. , (2023).</li><li>Wen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3deecelltracker,+a+deep+learning-based+pipeline+for+segmenting+and+tracking+cells+in+3d+time+lapse+images.">3deecelltracker, a deep learning-based pipeline for segmenting and tracking cells in 3d time lapse images.</a> Elife. 10, e59187 (2021).</li><li>Yushkevich, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=User-guided+3D+active+contour+segmentation+of+anatomical+structures:+significantly+improved+efficiency+and+reliability.">User-guided 3D active contour segmentation of anatomical structures: significantly improved efficiency and reliability.</a> Neuroimage. 31 (3), 1116-1128 (2006).</li><li>Fedorov, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Slicer+as+an+image+computing+platform+for+the+quantitative+imaging+network.">3D Slicer as an image computing platform for the quantitative imaging network.</a> Magn. Reson. Imaging. 30 (9), 1323-1341 (2012).</li><li>Naderi, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+learning-based+framework+for+cardiac+function+assessment+in+embryonic+zebrafish+from+heart+beating+videos.">Deep learning-based framework for cardiac function assessment in embryonic zebrafish from heart beating videos.</a> Comput. Biol. Med. 135, 104565 (2021).</li><li>Mickoleit, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+reconstruction+of+the+beating+zebrafish+heart.">High-resolution reconstruction of the beating zebrafish heart.</a> Nat. Methods. 11 (9), 919-922 (2014).</li><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4-Dimensional+light-sheet+microscopy+to+elucidate+shear+stress+modulation+of+cardiac+trabeculation.">4-Dimensional light-sheet microscopy to elucidate shear stress modulation of cardiac trabeculation.</a> J. Clin. Invest. 126 (5), 1679-1690 (2016).</li><li>Ding, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiscale+light-sheet+for+rapid+imaging+of+cardiopulmonary+system.">Multiscale light-sheet for rapid imaging of cardiopulmonary system.</a> JCI Insight. 3 (16), e121396 (2018).</li><li>Choe, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transgenic+fluorescent+zebrafish+lines+that+have+revolutionized+biomedical+research.">Transgenic fluorescent zebrafish lines that have revolutionized biomedical research.</a> Lab. Anim. Res. 37 (1), 1-29 (2021).</li><li>Coelho-Filho, O. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+cardiomyocyte+hypertrophy+by+cardiac+magnetic+resonance:+implications+on+early+cardiac+remodeling.">Quantification of cardiomyocyte hypertrophy by cardiac magnetic resonance: implications on early cardiac remodeling.</a> Circulation. 128 (11), 1225 (2013).</li><li>Zhang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+segmentation+and+cardiac+mechanics+analysis+of+evolving+zebrafish+using+deep+learning.">Automatic segmentation and cardiac mechanics analysis of evolving zebrafish using deep learning.</a> Front. Cardiovasc. Med. 8, 675291 (2021).</li><li>Ding, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+light-sheet+imaging+with+virtual+reality+to+recapitulate+developmental+cardiac+mechanics.">Integrating light-sheet imaging with virtual reality to recapitulate developmental cardiac mechanics.</a> JCI Insight. 2 (22), e97180 (2017).</li><li>Koger, C. R., Hassan, S. S., Yuan, J., Ding, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+reality+for+interactive+medical+analysis.">Virtual reality for interactive medical analysis.</a> Front. Virtual Real. 3, 782854 (2022).</li><li>Yuan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extended+reality+for+biomedicine.">Extended reality for biomedicine.</a> Nat. Rev. Methods Prim. 3 (1), 1-1 (2023).</li></ol>

למחברים אין ניגוד עניינים לחשוף.

השילוב של מודל דג הזברה עם שיטות הנדסיות טומן בחובו פוטנציאל עצום לחקר in vivo של אוטם שריר הלב, הפרעות קצב ומומי לב מולדים. תוך מינוף השקיפות האופטית, יכולת ההתחדשות והדמיון הגנטי והפיזיולוגי לבני אדם, עוברים וזחלים של דגי זברה הפכו בשימוש נרחב במחקר 1,2,4. הרזולוציה המרחבית-טמפורלית המעולה, נזקי האור המינימליים ויכולות החתך האופטי של דימות יריעות אור מייחדים אותו לחקירה 4D של מורפולוגיה לבבית ותפקוד התכווצות בזחלי זברה 12,26,27,28. פרוטוקול זה מציג גישה מקיפה המשלבת הדמיה של יריעות אור, סנכרון רטרוספקטיבי, מעקב אחר תאים תלת-ממדיים ופלטפורמת מציאות מדומה אינטראקטיבית (VR) להערכות כמותיות. הוא מספק נקודת כניסה ללכוד ולשחזר את התכווצות הלב, לעקוב ולכמת את הדינמיקה התאית, ולהעריך את השינויים המבניים, התפקודיים והמכניים במהלך התפתחות הלב והתחדשותו. שיטה זו יכולה גם להיות מועצמת על ידי הדמיה פלואורסצנטית רב-ערוצית כדי לעקוב אחר סוגי תאים שונים ושושלות לחקר הטרוגניות תאית ואינטראקציה בין-תאית. בעוד הדיכוטומיה של מודל דגי הזברה ממערכות יונקים והגבלתו כמודל אקוטי מצדיקות בחינה זהירה, התקדמות בהנדסה גנטית עשויה לאפשר פיתוח קווי דגי זברה טרנסגניים הדומים יותר למצבי מחלה אנושיים, ובכך לשפר את הערך התרגומי של ממצאים הנגזרים ממחקרי דגי זברה29.
סנכרון רטרוספקטיבי זה, המבוסס על ההנחה של מחזור לב מחזורי, משמש לשחזור תמונות יריעת האור של לב דג הזברה המתכווץ. יישום שיטה זו בהדמיה של יריעות אור מאפשר לדמיין ולנתח את הלב המתכווץ ביותר מ-200 נפחים בשנייה. כדי להתמודד עם האתגר שמציב נפח הנתונים הגדול בניתוח הנוכחי, נעשה שימוש בחישוב מקבילי עם מעבד מרובה ליבות ומעבד גרפי, וכתוצאה מכך שיפור של יותר מפי עשרה ביעילות שחזור התמונה. במהלך הסנכרון הרטרוספקטיבי, ההנחה הייתה שהקרדיומיוציטים חוזרים למיקומם הבסיסי עם כל פעימת לב. בעוד שההנחה הזו בטוחה יחסית בהתחשב בשונות הנמוכה בפעימות הלב שנצפתה בדגי זברה26 כפי שהיא מודגמת באיור 4C, היא עדיין פישוט שעשוי שלא להסביר את כל הניואנסים הביולוגיים. חידושים בהדמיה, כגון פלואורסצנטיות דחוסה ומיקרוסקופ שדה אור, יכולים למתן את ההשפעות הנובעות מהנחה זו על ידי הפחתת יתירות הפרוסה.
כדי לאפשר ניתוח מעמיק במודל הלב המורכב של 4D, פותחה מסגרת חישובית הכוללת הן פילוח תאים מבוסס 3DeeCellTracker והן פלטפורמת VR לחקירות מכוונות משתמש. היכולות הטבועות במסגרת זו, כולל יעילות גבוהה ומניפולציה אינטראקטיבית, מאפשרות לכמת את השינוי במהירות התא, לחקור את האינטראקציות בין התא ולהעריך את מכניקת שריר הלב האזורית והעולמית כגון קיצור שברים, מקטע פליטה וזןאזורי 30 (איור 4). היעדר הערכות קודמות של תפקוד הלב של דגי זברה ב 7 dpf בספרות הקיימת הוא ציין. עם זאת, בהשוואה לנתונים ב 3 dpf שסופקו על ידי חוקרים אחרים, התוצאות הנוכחיות עקביות עם אינדיקציות קודמות של ירידה הן במקטע פליטה (EF) והן בקיצור שברים (FS) במהלך המרווח מ 3 dpf ל 7 dpf25,31. שיטות אנליטיות אלה הן בעלות פוטנציאל משמעותי להבהרת דינמיקה לבבית בדגי זברה מודלים של פגיעה לבבית12,25.
מכיוון שטכנולוגיית VR ותוכנה מכילות תכונות ייחודיות כגון ראייה סטריאוסקופית ורישום אוטומטי של מיקומי תאים, פלטפורמה זו מאפשרת שיטה מקיפה ויעילה לבחירת תאים ספציפיים וניתוח מסלולם לאורך מחזור הלב. השימוש במציאות מדומה מספק דרך אינטואיטיבית לביצוע משימות מורכבות כגון פילוח תאים וביאור, ביעילות ודיוק גדולים יותר 32,33,34. הוא גם תומך במספר משתמשים לשימוש בכלים ייחודיים בעת עבודה משותפת על מערכי נתונים גדולים ומסובכים34. למרות ששימוש ממושך במציאות מדומה עלול לגרום לתופעות לוואי כמו סחרחורת, ניתן למתן זאת על ידי עיצובים ארגונומיים משופרים ואוזניות לא קשורות. יתר על כן, כדי להתמודד עם הכוח החישובי הרב הנדרש לעיבוד מבנים ביולוגיים מורכבים בזמן אמת, אופטימיזציה של תוכנה לעיבוד מיידי ומינוף פתרונות מחשוב מבוססי ענן יכולה לשפר את יכולתה של המערכת לנהל הדמיות מורכבות.
עם התקדמות התקני חומרה וכוח חישוב, ניתן להרחיב אסטרטגיה זו כדי לחקור הפרעות קצב לב בשריר הלב הן ברמה התאית והן ברמת הרקמות, ובסופו של דבר להחזיק את הפוטנציאל לפענח את המנגנון הבסיסי של מורפוגנזה לבבית ולקדם את הפיתוח של התערבויות טיפוליות.

דג הזברה (Danio rerio) הוא אורגניזם מודל נפוץ לחקר התפתחות הלב, הפיזיולוגיה והתיקון שלו בשל השקיפות האופטית שלו, יכולת הגמישות הגנטית שלו ויכולת ההתחדשות שלו 1,2,3,4. עם אוטם שריר הלב, בעוד שינויים מבניים ותפקודיים משפיעים על פליטת הלב והמודינמיקה, מגבלות טכניות ממשיכות לעכב את היכולת לחקור את התהליך הדינמי במהלך התחדשות הלב ברזולוציה מרחבית-זמנית גבוהה. לדוגמה, לשיטות הדמיה קונבנציונליות, כגון מיקרוסקופ קונפוקלי, יש מגבלות במונחים של עומק הדמיה, רזולוציה טמפורלית או פוטוטוקסיות ללכידת השינויים הדינמיים ולהערכת תפקוד התכווצות הלב במהלך מחזורי לב מרובים5.
מיקרוסקופ יריעות אור מייצג שיטת הדמיה חדישה המטפלת בהצלחה בבעיות אלה על ידי טאטוא מהיר של הלייזר על פני חדר הלב והאטריום, השגת תמונות מפורטות עם רזולוציה מרחבית-זמנית משופרת והשפעות הלבנת אור ופוטו-רעילותזניחות 6,7,8,9,10,11.
פרוטוקול זה מציג אסטרטגיית הדמיה מקיפה הכוללת בניית מערכת LSM, שחזור תמונה 4D, מעקב אחר תאים תלת-ממדיים וניתוח אינטראקטיבי כדי ללכוד ולנתח את הדינמיקה של קרדיומיוציטים על פני הלב כולו במהלך מחזורי לב מרובים12. מערכת ההדמיה המותאמת אישית והמתודולוגיה החישובית מאפשרות לעקוב אחר מיקרו-מבנה שריר הלב ותפקוד ההתכווצות ברמת התא הבודד בזחלי זברה Tg (myl7:nucGFP) טרנסגניים. יתר על כן, תרכובות מולקולות קטנות הועברו לעוברים באמצעות מיקרו-הזרקה כדי להעריך פגיעה לבבית הנגרמת על ידי תרופות והתחדשות לאחר מכן. אסטרטגיה הוליסטית זו מספקת נקודת כניסה לחקר התכונות המבניות, התפקודיות והמכניות של שריר הלב ברמת התא הבודד במהלך התפתחות הלב והתחדשותו.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>RESOURCE</td>
			<td>SOURCE/Reference</td>
			<td>IDENTIFIER</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal models</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tg(myl7:nucGFP) transgenic zebrafish</td>
			<td>Burns Lab in Boston Children&#39;s Hospital</td>
			<td>ZDB-TGCONSTRCT-070117-49</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software and algorithms</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>The MathWorks Inc.</td>
			<td>R2023a</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW</td>
			<td>National Instruments Corporation</td>
			<td>2017 SP1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCImage Live</td>
			<td>Hamamatsu Photonics</td>
			<td>4.6.1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Python</td>
			<td>The Python Software Foundation</td>
			<td>3.9.0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiji-ImageJ</td>
			<td>Schneider et al.18</td>
			<td>1.54f</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3DeeCellTracker</td>
			<td>Chentao Wen et al.15</td>
			<td>v0.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Unity</td>
			<td>Unity Software Inc.</td>
			<td>2020.3.2f1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amira</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>2021.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Slicer</td>
			<td>Andriy Fedorov et al.17</td>
			<td>5.2.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ITK SNAP</td>
			<td>Paul A Yushkevich et al.16</td>
			<td>4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light-sheet system</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cylindrical lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>ACY254-050-A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4X Illumination objective</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>MRH00045</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20X Detection objective</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>1-U2M585</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sCMOS camera</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>C13440-20CU</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motorized XYZ stage</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PT3/M-Z8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Two-axis tilt stage</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>GN2/M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotation stepper motor</td>
			<td>Pololu</td>
			<td>1474</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescent beads</td>
			<td>Spherotech</td>
			<td>FP-0556-2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>473nm DPSS Laser</td>
			<td>Laserglow</td>
			<td>R471003GX</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>532nm DPSS laser</td>
			<td>Laserglow</td>
			<td>R531003FX</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microinjector and vacuum pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microinjector</td>
			<td>WPI</td>
			<td>PV850</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Welch</td>
			<td>2522B-01</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pre-Pulled Glass Pipettes</td>
			<td>WPI</td>
			<td>TIP10LT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary tip for gel loading</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>2239912</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Virtual reality hardware</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VR headset</td>
			<td>Meta</td>
			<td>Quest 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30mg/L PTU solution</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTU</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P7629</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1X E3 working solution</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1% Agarose</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-melt agarose</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>16520050</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10g/L Tricaine stock solution</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tricaine</td>
			<td>Syndel</td>
			<td>SYNC-M-GR-US02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S6014</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>150mg/L Tricaine working solution</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10g/L Tricaine stock solution</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60X E3 stock solution</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Lab Animal Resource Center (LARC), The University of Texas at Dallas</td>
			<td>NaCl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>-</td>
			<td>KCL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride Dihydrate</td>
			<td>-</td>
			<td>CaCL2 x 2H2O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Sulfate Heptahydrate</td>
			<td>-</td>
			<td>MgSO4 x 7H2O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RO Water</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
		</tr>
		<tr>
			<td>1X E3 working solution</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60X E3 stock solution</td>
			<td>Lab Animal Resource Center (LARC), The University of Texas at Dallas</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RO Water</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1% Methylene Blue (optional)&#160;</td>
			<td>-</td>
			<td>C16H18ClN3S</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

4d light-sheet imaging of zebrafish cardiac contraction

דג זברה הוא אורגניזם מודל מסקרן הידוע ביכולת התחדשות הלב המרשימה שלו. חקר הלב המתכווץ in vivo חיוני להשגת תובנות לגבי שינויים מבניים ותפקודיים בתגובה לפציעות. עם זאת, השגת תמונות 4 ממדיות ברזולוציה גבוהה ובמהירות גבוהה (4D, 3D מרחבי + 1D טמפורלי) של לב דג הזברה כדי להעריך את ארכיטקטורת הלב ואת התכווצות נותר מאתגר. בהקשר זה, מיקרוסקופ אור פנימי (LSM) וניתוח חישובי מותאם אישית משמשים כדי להתגבר על מגבלות טכניות אלה. אסטרטגיה זו, הכוללת בניית מערכת LSM, סנכרון רטרוספקטיבי, מעקב אחר תא בודד וניתוח מכוון משתמש, מאפשרת לחקור את מבנה המיקרו ואת תפקוד ההתכווצות על פני הלב כולו ברזולוציה של תא בודד בזחלי דגי הזברה Tg (myl7:nucGFP) הטרנסגניים. בנוסף, אנו מסוגלים לשלב מיקרו-הזרקה של תרכובות מולקולות קטנות כדי לגרום לפגיעה לבבית באופן מדויק ומבוקר. בסך הכל, מסגרת זו מאפשרת לעקוב אחר שינויים פיזיולוגיים ופתופיזיולוגיים, כמו גם אחר המכניקה האזורית ברמת התא הבודד במהלך מורפוגנזה והתחדשות לבבית.

The zebrafish (Danio rerio) is a widely used model organism for studying cardiac development, physiology, and repair due to its optical transparency, genetic tractability, and regenerative capacity1,2,3,4. Upon myocardial infarction, while structural and functional changes impact the cardiac ejection and hemodynamics, technical limitations continue to hinder the ability to investigate the dynamic process during cardiac regeneration with the high spatiotemporal resolution. For example, conventional imaging methods, such as confocal microscopy, have limitations in terms of imaging depth, temporal resolution, or phototoxicity for capturing the dynamic changes and assessing cardiac contractile function during multiple cardiac cycles5.
Light-sheet microscopy represents a state-of-the-art imaging method that successfully addresses these issues by quickly sweeping the laser across the heart&#39;s ventricle and atrium, achieving detailed images with enhanced spatiotemporal resolution and negligible photo-bleaching and photo-toxic effects6,7,8,9,10,11.
This protocol introduces a comprehensive imaging strategy that includes LSM system construction, 4D image reconstruction, 3D cell tracking, and interactive analysis to capture and analyze the dynamics of cardiomyocytes across the entire heart during multiple cardiac cycles12. The customized imaging system and computational methodology allow&#160;one to track the myocardial microstructure and contractile function at the single-cell level in transgenic Tg(myl7:nucGFP) zebrafish larvae. Furthermore, small molecule compounds were delivered into the embryos using microinjection to assess drug-induced cardiac injury and subsequent regeneration. This holistic strategy provides an entry point to in vivo investigate structural, functional, and mechanical properties of myocardium at the single-cell level during cardiac development and regeneration.

מחבר זרקור: דימות גיליון אור ברזולוציה גבוהה 4D ומציאות מדומה בדגי זברה לניתוח תא יחיד של תפקוד הלב

הדמיית גיליון אור 4D של התכווצות הלב של דגי זברה

Our research uses 4D light-sheet imaging to explore cardiac contractile function in zebrafish, aiming to understand the dynamics of cardiac contraction at the single-cell level. One of the foremost experimental challenges is achieving high spatial terminal resolution, dynamic imaging of cardiac function while observing natural heart rhythms. Our study fills the gap in analyzing intricate 4D cardiac dynamic at single-cell resolution.We utilize GPU-based parallel computation, virtual reality, and advance cell tracking to interpret light-sheet imaging data. Our novel virtual reality platform offers an interactive approach to assess regional cardiac contractions, providing manipulative functionalities for more in-depth analysis. By facilitating user-directed analysis of cardiac contraction, our protocol could lead to an enhanced understanding of cardiac development and disease.

הפרוטוקול הנוכחי מורכב משלושה שלבים עיקריים: הכנה ומיקרו-הזרקה של דגי זברה, הדמיה של יריעות אור ושחזור תמונה 4D, ומעקב אחר תאים ואינטראקציית VR. דגי זברה בוגרים הורשו להזדווג, הביציות המופרות נאספו וביצעו מיקרו-הזרקה לפי הצורך עבור הניסויים המוצעים (איור 1). שלב זה מספק נקודת כניסה לחקור יישומים של דגי זברה בחקירת התפתחות והתחדשות הלב, והוא גם ממלא תפקיד מכריע בהדמיה ובניתוח הבאים. הלב המתכווץ צולם בשלבים שונים (מ-3 dpf עד 7 dpf) באמצעות מערכת LSM שנבנתה בהתאמה אישית, ויישר את רצפי התמונות לאורך ציר z כדי לשחזר את מודל הלב של דג הזברה ה-4D (איור 2 ואיור 3). מודלים אלה מספקים בסיס לאפיונים פנוטיפיים עמוקים והם מרכזיים בחשיפת הדינמיקה של המורפולוגיה והתפקוד של הלב על פני צירי זמן התפתחותיים. התאים הבודדים בלב דג הזברה היו במעקב והתנועה והאינטראקציה שלהם כומתו באמצעות פלטפורמת VR מותאמת אישית. שינויי המהירות והמרחק היחסי של תאים נבחרים הושוו גם במהלך מחזור לב אחד באטריום ובחדר כדי להעריך התכווצות אזורית ולחקור מאמץ מקומי (איור 4). הזן האזורי נקבע על סמך השונות בתזוזה בין שני תאי שריר לב סמוכים באזור המעניין. קיצור השברים (FS) ושבר הפליטה (EF) נאמדו באמצעות מתודולוגיות המתוארות בספרות שפורסמה25. המשוואות עבור FS ו- EF הן כדלקמן:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66263/66263eq01.jpg" style="margin: auto;">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66263/66263eq02.jpg" style="margin: auto;">
כאשר Dd ו-Ds הם קוטר החדר (ציר קצר, הנמדד על ידי מרחקים בין תאי חדר שונים) בשלב הדיאסטולי הסופי ובשלב הסיסטולי הקצה, בהתאמה, ו-Vd ו-Vs הם נפחי החדרים (המחושבים לפי קוטר ציר ארוך וקצר של החדר) בשלב הדיאסטולי הסופי והקצה הסיסטולי, בהתאמה.
יחד, תוצאות אלה מציגות אסטרטגיה חדשה המשלבת הן פיזיולוגיה והן הנדסה כדי להקל על הדמיה נפחית ופענוח נתונים במודלים של דגי זברה, וטומנת בחובה הבטחה גדולה לקידום חקר מורפוגנזה ומכניקה של הלב.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66263/66263fig01.jpg"> איור 1: איסוף ביצי זברה ותהליך מיקרו-הזרקה. התהליך כולל הזדווגות של דגי זברה בוגרים, איסוף ביציות מופרות וביצוע מיקרו-הזרקה אופציונלית. במהלך מיקרו-הזרקה, פיפטת הזכוכית שנמשכה מראש עמוסה בחומרים הרצויים. ביצים מופרות מיושרות בשורות ישרות בתוך חרכי תבנית אגרוז וממוקמות בניצב למחט. המיקרו-הזרקה מתבצעת תחת התבוננות מיקרוסקופית מתמדת הן של הביצים והן של קצה המחט. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66263/66263fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66263/66236fig02v2.jpg"> איור 2: תהליך הדמיה של גיליון אור ושחזור תמונה 4D. (A) סכמה של מבנה מערכת ההדמיה הפנימית של יריעות אור. CL: עדשה גלילית. EO: מטרת עירור. עשה: מטרת זיהוי. TL: עדשת צינור. FL: מסנן. CAM: מצלמת sCMOS. (B) סכמטי של דג זברה המותקן בצינור FEP ומוטבע על ידי אגרוז. (C) רצף תמונות דו-ממדי גולמי שצולם מזחל של 4 דגי זברה dpf. השעון בפינה השמאלית העליונה של כל מסגרת מציין את השלב הלבבי החל מסיסטולה סופית. (D) איור של סנכרון רטרוספקטיבי לרישום תמונה של דגי זברה 4D. רצף תמונות מציין הקלטה רציפה בעומק מסוים לאורך ציר z. כל מסגרת ברצף התמונות מיוצגת על-ידי נקודה אדומה, ושלבי ההתחלה והסיום מדיאסטולה סופית לסיסטולת קצה מסומנים בתיבה הצהובה. (E) מודלים משוחזרים של לב ב-4D מתוך רצפי התמונות הדו-ממדיים. Dpf: ימים לאחר ההפריה. נתון זה נלקח מ- Zhang et al.12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66263/66236fig02largev2.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66263/66263fig03.jpg"> איור 3: לוח הבקרה LabVIEW. (A) ההגדרות המשמשות בלוח הבקרה מקיפות את תצורת הלייזר, המצלמה, נתיב התמונה ותבנית המנוע. (B) דוגמה לתמונת לב של דג זברה גולמי שצולמה על-ידי תוכנית LabVIEW. סרגל קנה מידה: 30 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66263/66263fig03large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66263/66263fig04.jpg"> איור 4: מעקב אחר תאים ואינטראקציה עם מציאות מדומה מסייעים בחשיפת התכווצות הלב של דגי הזברה. (A) תאים במעקב של Tg (myl7:nucGFP) לב דג זברה ב 3 dpf. (B) פלטפורמת המציאות המדומה מספקת למשתמשים צפייה סוחפת וחוויה אינטראקטיבית של מודל לב דג זברה 4D, המאפשר לדמיין את תפקוד הלב לאורך זמן באמצעות ניתוח המוגדר על ידי המשתמש. (C) לאחר איסוף מדידות מפלטפורמת VR, הושוו שינויי מהירות ומרחק יחסי במהלך מחזור לב אחד בין תאים נבחרים ב- 3 dpf ו- 7 dpf. שני האיורים הראשונים מציגים את שינויי המהירות הממוצעת בחמישה תאים חדריים ובחמישה תאי פרוזדורים, והאחרים ממחישים את שינויי המרחק היחסי בין שלוש קבוצות תאים, כלומר שני תאי חדר, תא חדרי, תא פרוזדורי ושני תאי פרוזדורים. (D) הערכות תפקודי לב של 3 dpf ו-7 dpf לבבות דגי זברה. בסך הכל 370 תאים היו במעקב בלבבות דגי זברה ב 3 dpf, ו 580 תאים היו במעקב ב 7 dpf. נתון זה נלקח מ- Zhang et al.12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66263/66263fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>שם</td>
			<td colspan="2">שימוש</td>
			<td>המזהה</td>
		</tr><tr><td colspan="4">תוכניות ואלגוריתמים מותאמים אישית</td>
		</tr><tr><td>PSF.m</td>
			<td colspan="2">כדי לחשב PSF ממדידות FWHM תוצאות של חרוזים פלואורסצנטיים.</td>
			<td>תוכנית MATLAB</td>
		</tr><tr><td>דג זברה 4D Imaging.vi</td>
			<td colspan="2">כדי לשלוט ולסנכרן את החומרה במערכת LSM.</td>
			<td>תוכנית LabVIEW</td>
		</tr><tr><td>test_Parallel.מ וכו'.</td>
			<td colspan="2">כדי לבנות מחדש תמונות 4D מרצפי תמונות דו-ממדיים.</td>
			<td>תוכנית MATLAB</td>
		</tr><tr><td>imageDimConverter.m</td>
			<td colspan="2">כדי להסתיר נתוני תמונה לתבנית שצוינה למעקב אחר תאים.</td>
			<td>תוכנית MATLAB</td>
		</tr><tr><td>separateTrackingResults.py</td>
			<td colspan="2">כדי לפרסם תוצאות מעקב אחר תאי תהליך להפרדת תאים באמצעות אותן תוויות.</td>
			<td>תוכנית Python</td>
		</tr><tr><td>cellTracking_All.py</td>
			<td colspan="2">כדי לבחור תאים בעלי עוצמת תמונה עקבית בכל אמצעי האחסון.</td>
			<td>תוכנית Python</td>
		</tr><tr><td>cellLabelsToObj.ipynb</td>
			<td colspan="2">ליצירת רשת שינוי של פני השטח לכל תא בודד באמצעות כלי פריסה תלת-ממדי.</td>
			<td>תוכנית Python</td>
		</tr><tr><td>DynamicHeartModel.cs וכו'.</td>
			<td colspan="2">כדי ליצור סביבת VR ולקיים אינטראקציה עם אובייקטים.</td>
			<td>תוכנית C#</td>
		</tr><tr><td colspan="4">תכנון חומרה מותאם אישית</td>
		</tr><tr><td>תא מדגם מודפס בתלת-ממד</td>
			<td colspan="2">לשימוש עם מטרות טבילה במים.</td>
			<td>עיצוב SolidWorks</td>
		</tr><tr><td>מחזיק לדוגמה מודפס בתלת-ממד</td>
			<td colspan="2">כדי להתאים לשלב הדגימה ולהחזיק את הדגימה.</td>
			<td>עיצוב SolidWorks</td>
		</tr></tbody></table>טבלה 1: טבלת משאבים מותאמת אישית. הקודים והנתונים לדוגמה מועלים ל-Zenodo21.

Watch this Scientific Journal Video about 4D Light-sheet Imaging of Zebrafish Cardiac Contraction at JoVE.com

פרוטוקול זה משתמש בהדמיה של יריעות אור כדי לחקור את תפקוד התכווצות הלב בזחלי דגי זברה ולקבל תובנות על מכניקת הלב באמצעות מעקב אחר תאים וניתוח אינטראקטיבי.

Zebrafish is an intriguing model organism known for its remarkable cardiac regeneration capacity. Studying the contracting heart in vivo is essential for ...

המחקר שלנו משתמש בהדמיה 4D של יריעות אור כדי לחקור את תפקוד התכווצות הלב בדגי זברה, במטרה להבין את הדינמיקה של התכווצות הלב ברמת התא היחיד. אחד האתגרים הניסיוניים החשובים ביותר הוא השגת רזולוציה טרמינלית מרחבית גבוהה, הדמיה דינמית של תפקוד הלב תוך התבוננות בקצב הלב הטבעי. המחקר שלנו ממלא את הפער בניתוח דינמיקת לב 4D מורכבת ברזולוציה של תא יחיד.אנו משתמשים בחישוב מקבילי מבוסס GPU, מציאות מדומה ומעקב תאים מתקדם כדי לפרש נתוני הדמיה של יריעות אור. פלטפורמת המציאות המדומה החדשנית שלנו מציעה גישה אינטראקטיבית להערכת התכווצויות לב אזוריות, ומספקת פונקציות מניפולטיביות לניתוח מעמיק יותר. על ידי הקלה על ניתוח מכוון משתמש של התכווצות הלב, הפרוטוקול שלנו יכול להוביל להבנה משופרת של התפתחות הלב ומחלות.

4d-light-sheet-imaging-of-zebrafish-cardiac-contraction

Google

Research

JoVE Journal

Bioengineering

4D Light-sheet Imaging of Zebrafish Cardiac Contraction

868 Views.  The University of Texas at Dallas. המחקר שלנו משתמש בהדמיה 4D של יריעות אור כדי לחקור את תפקוד התכווצות הלב בדגי זברה, במטרה להבין את הדינמיקה של התכווצות הלב ברמת התא היחיד. אחד האתגרים הניסיוניים החשובים ביותר הוא השגת רזולוציה טרמינלית מרחבית גבוהה, הדמיה דינמית של תפקוד הלב תוך התבוננות בקצב הלב הטבעי. המ...

Video: מחבר זרקור: דימות גיליון אור ברזולוציה גבוהה 4D ומציאות מדומה בדגי זברה לניתוח תא יחיד של תפקוד הלב

Zebrafish is an intriguing model organism known for its remarkable cardiac regeneration capacity. Studying the contracting heart in vivo is essential for gaining insights into structural and functional changes in response to injuries. However, obtaining high-resolution and high-speed 4-dimensional (4D, 3D spatial + 1D temporal) images of the zebrafish heart to assess cardiac architecture and contractility remains challenging. In this context, an in-house light-sheet microscope (LSM) and customized computational analysis are&#160;used to overcome these technical limitations. This strategy, involving LSM system construction, retrospective synchronization, single cell tracking, and user-directed analysis, enables one to investigate the micro-structure and contractile function across the entire heart at the single-cell resolution in the transgenic Tg(myl7:nucGFP) zebrafish larvae. Additionally, we are able to further incorporate microinjection of small molecule compounds to induce cardiac injury in a precise and controlled manner. Overall, this framework allows one to track physiological and pathophysiological changes, as well as the regional mechanics at the single-cell level during cardiac morphogenesis and regeneration.

This protocol utilizes light-sheet imaging to investigate cardiac contractile function in zebrafish larvae and gain insights into cardiac mechanics through cell tracking and interactive analysis.