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

Analisi della contrazione cardiaca del pesce zebra con l'interazione della realtà virtuale

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.

Autore in primo piano: Imaging 4D Light-Sheet ad alta risoluzione e realtà virtuale in zebrafish per l'analisi di singole cellule della funzione cardiaca

Imaging a foglio luminoso 4D della contrazione cardiaca del pesce zebra

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.

Preparazione, montaggio e imaging di larve di pesce zebra per studi sullo sviluppo cardiaco

Per iniziare, accendi lo stereomicroscopio per registrare lo sviluppo delle larve di zebrafish tra zero e sette giorni dopo la fecondazione. Preparare lo 0,8% di agarosio a basso punto di fusione con 150 milligrammi per litro di tricaina. Una volta che l'agarosio si è raffreddato a temperatura ambiente, utilizzando una pipetta di trasferimento, spostare il pesce zebra anestetizzato sull'agarosio.Utilizzando un'altra pipetta di trasferimento, montare il pesce con agarosio in un tubo di etilene propilene fluorurato. Collegare il tubo con la larva di zebrafish montata al tavolino di campionamento del microscopio a foglio luminoso motorizzato a sei assi. Immergere la provetta nella camera del campione riempita con acqua E3.Ruota le larve di zebrafish dal lato ventrale per una migliore visualizzazione del cuore. Collegare lo stadio di campionamento motorizzato alla stazione di lavoro. E configura tutti i parametri necessari, inclusa la modalità di movimento desiderata.Stabilire una connessione tra la telecamera CMOS e la workstation. Impostare la dimensione del passo su 1 micrometro, il numero totale di fotogrammi su 300 e il tempo di esposizione su 5 millisecondi. Quindi, definire l'area di interesse desiderata.Accendere il laser e avviare l'imaging al microscopio delle larve al microscopio a foglio luminoso. Registra 300 fotogrammi come sequenza di immagini 2D per coprire da tre a cinque cicli cardiaci delle larve. Registrare un'altra sequenza di immagini della nuova fetta del campione fino a coprire l'intero cuore.

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 ...

Ricerca

Bioingegneria

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

Ricostruzione con imaging 4D della larva di zebrafish, segmentazione cellulare 3D e analisi della contrattilità cardiaca in realtà virtuale