Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Bu protokol, zebra balığı larvalarında kardiyak kasılma fonksiyonunu araştırmak ve hücre izleme ve etkileşimli analiz yoluyla kalp mekaniği hakkında bilgi edinmek için ışık tabakası görüntülemeyi kullanır.
Zebra balığı, olağanüstü kardiyak rejenerasyon kapasitesi ile bilinen ilgi çekici bir model organizmadır. Kasılan kalbi in vivo olarak incelemek, yaralanmalara yanıt olarak yapısal ve fonksiyonel değişiklikler hakkında bilgi edinmek için çok önemlidir. Bununla birlikte, kardiyak mimariyi ve kontraktiliteyi değerlendirmek için zebra balığı kalbinin yüksek çözünürlüklü ve yüksek hızlı 4 boyutlu (4D, 3D uzamsal + 1D zamansal) görüntülerini elde etmek zor olmaya devam etmektedir. Bu bağlamda, bu teknik sınırlamaların üstesinden gelmek için kurum içi bir ışık tabakası mikroskobu (LSM) ve özelleştirilmiş hesaplamalı analiz kullanılmaktadır. LSM sistem yapısı, retrospektif senkronizasyon, tek hücre takibi ve kullanıcı yönelimli analizi içeren bu strateji, transgenik Tg(myl7:nucGFP) zebra balığı larvalarında tek hücreli çözünürlükte tüm kalp boyunca mikro yapı ve kasılma fonksiyonunun araştırılmasını sağlar. Ek olarak, hassas ve kontrollü bir şekilde kalp hasarını indüklemek için küçük moleküllü bileşiklerin mikroenjeksiyonunu daha da dahil edebiliyoruz. Genel olarak, bu çerçeve, kardiyak morfogenez ve rejenerasyon sırasında fizyolojik ve patofizyolojik değişikliklerin yanı sıra tek hücre düzeyinde bölgesel mekaniğin izlenmesine izin verir.
Zebra balığı (Danio rerio), optik şeffaflığı, genetik izlenebilirliği ve rejeneratif kapasitesi 1,2,3,4 nedeniyle kardiyak gelişim, fizyoloji ve onarımı incelemek için yaygın olarak kullanılan bir model organizmadır. Miyokard infarktüsü sonrası, yapısal ve fonksiyonel değişiklikler kardiyak ejeksiyonu ve hemodinamiği etkilerken, teknik kısıtlılıklar yüksek uzay-zamansal rezolüsyon ile kardiyak rejenerasyon sırasındaki dinamik sürecin araştırılmasını engellemeye devam etmektedir. Örneğin, konfokal mikroskopi gibi geleneksel görüntüleme yöntemlerinin, dinamik değişiklikleri yakalamak ve çoklu kardiyak sikluslar sırasında kardiyak kasılma fonksiyonunu değerlendirmek için görüntüleme derinliği, zamansal çözünürlük veya fototoksisite açısından sınırlamaları vardır5.
Işık tabakası mikroskobu, lazeri kalbin ventrikülü ve atriyumu boyunca hızlı bir şekilde süpürerek, gelişmiş uzay-zamansal çözünürlük ve ihmal edilebilir foto-ağartma ve foto-toksik etkilere sahip ayrıntılı görüntüler elde ederek bu sorunları başarıyla ele alan son teknoloji bir görüntüleme yöntemini temsil eder 6,7,8,9,10,11.
Bu protokol, çoklu kardiyak döngüler sırasında tüm kalp boyunca kardiyomiyositlerin dinamiklerini yakalamak ve analiz etmek için LSM sistem yapımı, 4D görüntü rekonstrüksiyonu, 3D hücre takibi ve etkileşimli analizi içeren kapsamlı bir görüntüleme stratejisi sunar12. Özelleştirilmiş görüntüleme sistemi ve hesaplama metodolojisi, transgenik Tg (myl7: nucGFP) zebra balığı larvalarında miyokardiyal mikro yapının ve kasılma fonksiyonunun tek hücre düzeyinde izlenmesine izin verir. Ayrıca, ilaca bağlı kardiyak hasarı ve müteakip rejenerasyonu değerlendirmek için mikroenjeksiyon kullanılarak embriyolara küçük moleküllü bileşikler verildi. Bu bütünsel strateji, kardiyak gelişim ve rejenerasyon sırasında miyokardın yapısal, fonksiyonel ve mekanik özelliklerini tek hücre düzeyinde in vivo olarak araştırmak için bir giriş noktası sağlar.
Bu çalışma için onay, Dallas'taki Texas Üniversitesi'nin Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından #20-07 protokol numarası altında verilmiştir. Bu çalışmada Tg(myl7:nucGFP) transgenik zebra balığılarvaları 12 kullanıldı. Tüm veri toplama ve görüntü işleme sonrası, açık kaynaklı yazılımlar veya araştırma veya eğitim lisanslarına sahip platformlar kullanılarak gerçekleştirildi. Kaynaklar, makul talep üzerine yazarlardan temin edilebilir.
1. Zebra balığı yetiştiriciliği ve embriyo mikroenjeksiyonu
Süre: 2 gün
2. Zebra balığı embriyoları/larvaları hazırlama ve montajı
Süre: 7 gün
3. Hafif sayfa görüntüleme sistemi kurulumu ve yapılandırması
Süre: 3-14 gün
4. Zebra balığı görüntüleme hazırlığı ve veri toplama
Süre: 1 gün
5. Paralel hesaplama ile 4D görüntü rekonstrüksiyonu
Süre: 1 gün
NOT: Grubumuz tarafından geliştirilen 4D rekonstrüksiyon algoritması ve örnek veriler kamuya açıktır21. Bu yöntem, önceki adımlarda toplanan görüntü dizilerinden 4D kalp görüntüsünün yeniden oluşturulmasına olanak tanır (Tablo 1).
6. 3D hücre segmentasyonu ve hücre takibi
Süre: 1 gün
7. Sanal gerçeklik modunda kardiyak kasılma analizi
Süre: 1 gün
Mevcut protokol üç ana adımdan oluşmaktadır: zebra balığı hazırlama ve mikroenjeksiyon, ışık tabakası görüntüleme ve 4D görüntü rekonstrüksiyonu ve hücre izleme ve VR etkileşimi. Yetişkin zebra balıklarının çiftleşmesine izin verildi, döllenmiş yumurtalar toplandı ve önerilen deneyler için gerektiğinde mikroenjeksiyon yapıldı (Şekil 1). Bu adım, kardiyak gelişim ve rejenerasyonun araştırılmasında zebra balığı uygulamalarını keşfetmek için bir...
Zebra balığı modelinin mühendislik yöntemleriyle entegrasyonu, miyokard enfarktüsü, aritmiler ve konjenital kalp kusurlarının in vivo araştırılması için büyük bir potansiyele sahiptir. Optik şeffaflığından, rejeneratif kapasitesinden ve insanlarla genetik ve fizyolojik benzerliklerinden yararlanarak, zebra balığı embriyoları ve larvaları araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır 1,2,4
Yazarların ifşa edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Boston Çocuk Hastanesi'nden Dr. Caroline Burns'e transgenik zebra balığını cömertçe paylaştığı için minnettarlığımızı ifade ediyoruz. UT Dallas'ta zebra balığı yetiştiriciliğindeki yardımları için Bayan Elizabeth Ibanez'e teşekkür ederiz. UT Dallas'taki D-incubator üyeleri tarafından sağlanan tüm yapıcı yorumları da takdir ediyoruz. Bu çalışma NIH R00HL148493 (YD), R01HL162635 (YD) ve UT Dallas STARS programı (YD) tarafından desteklenmiştir.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır