Imaging a foglio luminoso 4D della contrazione cardiaca del pesce zebra

Riepilogo

Questo protocollo utilizza l'imaging a foglio luminoso per studiare la funzione contrattile cardiaca nelle larve di zebrafish e ottenere informazioni sulla meccanica cardiaca attraverso il monitoraggio cellulare e l'analisi interattiva.

Abstract

Il pesce zebra è un intrigante organismo modello noto per la sua notevole capacità di rigenerazione cardiaca. Studiare la contrazione del cuore in vivo è essenziale per ottenere informazioni sui cambiamenti strutturali e funzionali in risposta alle lesioni. Tuttavia, ottenere immagini 4-dimensionali ad alta risoluzione e ad alta velocità (4D, 3D spaziale + 1D temporale) del cuore del pesce zebra per valutare l'architettura cardiaca e la contrattilità rimane una sfida. In questo contesto, per superare questi limiti tecnici vengono utilizzati un microscopio a foglio luminoso (LSM) interno e un'analisi computazionale personalizzata. Questa strategia, che coinvolge la costruzione del sistema LSM, la sincronizzazione retrospettiva, il tracciamento di singole cellule e l'analisi diretta dall'utente, consente di studiare la microstruttura e la funzione contrattile in tutto il cuore alla risoluzione di una singola cellula nelle larve transgeniche di pesce zebra Tg (myl7:nucGFP). Inoltre, siamo in grado di incorporare ulteriormente la microiniezione di composti di piccole molecole per indurre lesioni cardiache in modo preciso e controllato. Nel complesso, questo quadro consente di tracciare i cambiamenti fisiologici e fisiopatologici, nonché la meccanica regionale a livello di singola cellula durante la morfogenesi e la rigenerazione cardiaca.

Introduzione

Il pesce zebra (Danio rerio) è un organismo modello ampiamente utilizzato per lo studio dello sviluppo, della fisiologia e della riparazione cardiaca grazie alla sua trasparenza ottica, alla trattabilità genetica e alla capacità rigenerativa 1,2,3,4. In caso di infarto del miocardio, mentre i cambiamenti strutturali e funzionali hanno un impatto sull'eiezione cardiaca e sull'emodinamica, le limitazioni tecniche continuano a ostacolare la capacità di studiare il processo dinamico durante la rigenerazione cardiaca con l'elevata risolu....

Protocollo

L'approvazione per questo studio è stata concessa dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) dell'Università del Texas a Dallas, con il numero di protocollo #20-07. Per il presente studio sono state utilizzate larve^{transgeniche di} pesce zebra Tg(myl7:nucGFP) 12. Tutta l'acquisizione dei dati e la post-elaborazione delle immagini sono state effettuate utilizzando software o piattaforme open-source con licenze di ricerca o didattiche. Le risorse sono disponibili presso gli autori su ragionevole richiesta.

1. Allevamento del pesce zebra e microiniezione di embrioni

Discussione

L'integrazione del modello di zebrafish con metodi ingegneristici ha un immenso potenziale per l'esplorazione in vivo dell'infarto miocardico, delle aritmie e dei difetti cardiaci congeniti. Sfruttando la sua trasparenza ottica, la capacità rigenerativa e le somiglianze genetiche e fisiologiche con gli esseri umani, gli embrioni e le larve di zebrafish sono stati ampiamente utilizzati nella ricerca ^1,2,4. La risoluzion.......

Materiali

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