zebrafish larva preparation, mounting, and light-sheet imaging for cardiac development studies

Analyse de la contraction cardiaque du poisson-zèbre avec interaction en réalité virtuelle

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.

Pleins feux sur l’auteur : Imagerie 4D haute résolution et réalité virtuelle chez le poisson-zèbre pour l’analyse unicellulaire de la fonction cardiaque

Imagerie 4D de la contraction cardiaque du poisson-zèbre

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.

Préparation des larves de poisson-zèbre, montage et imagerie par feuillet de lumière pour les études de développement cardiaque

Pour commencer, allumez le stéréomicroscope pour enregistrer le développement des larves de poisson-zèbre entre zéro et sept jours après la fécondation. Préparez de l’agarose à faible point de fusion à 0,8 % avec 150 milligrammes par litre de tricaïne. Une fois l’agarose refroidie à température ambiante, à l’aide d’une pipette de transfert, déplacez le poisson-zèbre anesthésié vers l’agarose.À l’aide d’une autre pipette de transfert, monter le poisson avec de l’agarose dans un tube d’éthylène propylène fluoré. Fixez le tube avec la larve de poisson-zèbre montée à la platine d’échantillonnage du microscope à feuillet de lumière motorisé à six axes. Immergez le tube dans la chambre d’échantillonnage remplie d’eau E3.Faites pivoter les larves de poisson-zèbre du côté ventral pour une meilleure visualisation du cœur. Connectez la platine d’échantillonnage motorisée au poste de travail. Et configurez tous les paramètres nécessaires, y compris le mode de déplacement souhaité.Établissez une connexion entre la caméra CMOS et le poste de travail. Réglez la taille du pas sur 1 micromètre, le nombre total d’images sur 300 et le temps d’exposition sur 5 millisecondes. Ensuite, définissez la région d’intérêt souhaitée.Allumez le laser et lancez l’imagerie au microscope à feuillet de lumière des larves. Enregistrez 300 images sous forme de séquence d’images 2D pour couvrir trois à cinq cycles cardiaques des larves. Enregistrez une autre séquence d’images de la nouvelle tranche d’échantillon jusqu’à ce que tout le cœur soit couvert.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Zebrafish Larva Preparation, Mounting, and Light-Sheet Imaging for Cardiac Development Studies

4D Light-sheet Imaging of Zebrafish Cardiac Contraction

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

Recherche

Bio-ingénierie

4D Imaging Reconstruction of Zebrafish Larva, 3D Cell Segmentation, and Cardiac Contractility Analysis in Virtual Reality

Reconstruction par imagerie 4D de larves de poisson-zèbre, segmentation cellulaire 3D et analyse de la contractilité cardiaque en réalité virtuelle