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).

אישור למחקר זה ניתן על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של אוניברסיטת טקסס בדאלאס, תחת פרוטוקול מספר #20-07. Tg(myl7:nucGFP) זחלי זברה טרנסגניים12 שימשו במחקר הנוכחי. כל איסוף הנתונים ועיבוד התמונה לאחר מכן בוצעו באמצעות תוכנות קוד פתוח או פלטפורמות עם רישיונות מחקר...

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>

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<su...

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 ?...

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.

הדמיית גיליון אור 4D של התכווצות הלב של דגי זברה

Abstract