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

Analyse der Herzkontraktion von Zebrafischen mit Virtual-Reality-Interaktion

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.

Autor im Rampenlicht: Hochauflösende 4D-Lichtblatt-Bildgebung und Virtual Reality im Zebrafisch zur Einzelzellanalyse der Herzfunktion

4D-Lichtblatt-Bildgebung der Herzkontraktion von Zebrafischen

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.

Präparation, Montage und Lichtblatt-Bildgebung von Zebrafischlarven für kardiale Entwicklungsstudien

Schalten Sie zunächst das Stereomikroskop ein, um die Entwicklung der Zebrafischlarven zwischen null und sieben Tagen nach der Befruchtung aufzuzeichnen. Bereiten Sie 0,8% niedrigschmelzende Agarose mit 150 Milligramm pro Liter Tricain zu. Sobald die Agarose auf Raumtemperatur abgekühlt ist, bringen Sie den betäubten Zebrafisch mit einer Transferpipette in die Agarose.Montieren Sie den Fisch mit einer weiteren Transferpipette mit Agarose in einem fluorierten Ethylen-Propylen-Röhrchen. Befestigen Sie das Röhrchen mit der montierten Zebrafischlarve am sechsachsigen motorisierten Lichtblattmikroskop-Probentisch. Tauchen Sie das Rohr in die mit E3-Wasser gefüllte Probenkammer.Drehen Sie die Zebrafischlarven von der ventralen Seite aus, um das Herz besser sichtbar zu machen. Schließen Sie den motorisierten Probentisch an die Workstation an. Und konfigurieren Sie alle notwendigen Parameter, einschließlich des gewünschten Bewegungsmodus.Stellen Sie eine Verbindung zwischen der CMOS-Kamera und der Workstation her. Stellen Sie die Schrittweite auf 1 Mikrometer, die Gesamtzahl der Bilder auf 300 und die Belichtungszeit auf 5 Millisekunden ein. Definieren Sie dann den gewünschten Interessenbereich.Schalten Sie den Laser ein und starten Sie die lichtblattmikroskopische Bildgebung der Larven. Nehmen Sie 300 Bilder als 2D-Bildsequenz auf, um drei bis fünf Herzzyklen der Larven abzudecken. Nehmen Sie eine weitere Bildsequenz des neuen Probenschnitts auf, bis das gesamte Herz bedeckt ist.

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 ...

Forschung

Biotechnik

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

4D-Bildgebungsrekonstruktion von Zebrafischlarven, 3D-Zellsegmentierung und kardiale Kontraktilitätsanalyse in virtueller Realität