Imagem de folha de luz 4D da contração cardíaca do peixe-zebra

Summary

Este protocolo utiliza imagens de lâminas de luz para investigar a função contrátil cardíaca em larvas de peixe-zebra e obter informações sobre mecânica cardíaca por meio de rastreamento celular e análise interativa.

Abstract

O peixe-zebra é um intrigante organismo modelo conhecido por sua notável capacidade de regeneração cardíaca. O estudo da contração cardíaca in vivo é essencial para obter informações sobre mudanças estruturais e funcionais em resposta a lesões. No entanto, a obtenção de imagens 4-dimensionais (4D, espaciais 3D + temporais) de alta resolução e alta velocidade do coração do peixe-zebra para avaliar a arquitetura e contratilidade cardíaca permanece um desafio. Neste contexto, um microscópio de folha de luz (LSM) interno e análises computacionais personalizadas são usados para superar essas limitações técnicas. Essa estratégia, envolvendo a construção do sistema LSM, sincronização retrospectiva, rastreamento de célula única e análise dirigida ao usuário, permite investigar a microestrutura e a função contrátil em todo o coração na resolução de célula única nas larvas transgênicas de peixe-zebra Tg(myl7:nucGFP). Além disso, podemos incorporar ainda mais a microinjeção de compostos de pequenas moléculas para induzir lesão cardíaca de forma precisa e controlada. Em geral, esse quadro permite rastrear as mudanças fisiológicas e fisiopatológicas, bem como a mecânica regional em nível unicelular durante a morfogênese e regeneração cardíaca.

Introduction

O peixe-zebra (Danio rerio) é um organismo modelo amplamente utilizado para estudar o desenvolvimento, fisiologia e reparo cardíaco devido à sua transparência óptica, tratabilidade genética e capacidade regenerativa 1,2,3,4. No infarto do miocárdio, enquanto alterações estruturais e funcionais impactam a ejeção cardíaca e hemodinâmica, limitações técnicas continuam dificultando a capacidade de investigar o processo dinâmico durante a regeneração cardíaca com alta resolução espaço-temporal. Por exemplo, os métodos de imagem convencio....

Protocol

A aprovação para este estudo foi concedida pelo Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) da Universidade do Texas em Dallas, sob o número de protocolo #20-07. Tg(myl7:nucGFP) larvas^{transgênicas de} zebrafish 12 foram utilizadas para o presente estudo. Toda a aquisição de dados e pós-processamento das imagens foram realizadas utilizando-se softwares de código aberto ou plataformas com licenças de pesquisa ou educacionais. Os recursos são disponibilizados pelos autores m.......

Discussion

A integração do modelo do peixe-zebra com métodos de engenharia tem imenso potencial para a exploração in vivo de infarto do miocárdio, arritmias e defeitos cardíacos congênitos. Aproveitando sua transparência óptica, capacidade regenerativa e semelhanças genéticas e fisiológicas com humanos, embriões e larvas de peixe-zebra têm se tornado extensivamente utilizados em pesquisas ^1,2,4. A resolução espaç.......

Materials

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