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

Análisis de la contracción cardíaca del pez cebra con interacción de realidad virtual

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 destacado: Imágenes de lámina de luz 4D de alta resolución y realidad virtual en pez cebra para el análisis de la función cardíaca en una sola célula

Imágenes de lámina de luz 4D de la contracción cardíaca del pez cebra

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.

Preparación, montaje e imágenes de láminas de luz de larvas de pez cebra para estudios de desarrollo cardíaco

Para comenzar, encienda el microscopio estereoscópico para registrar el desarrollo de las larvas de pez cebra entre cero y siete días después de la fertilización. Preparar agarosa de bajo punto de fusión al 0,8% con 150 miligramos por litro de tricaína. Una vez que la agarosa se enfríe a temperatura ambiente, usando una pipeta de transferencia, mueva el pez cebra anestesiado a la agarosa.Con otra pipeta de transferencia, monte el pescado con agarosa en un tubo de etileno propileno fluorado. Conecte el tubo con la larva de pez cebra montada a la platina de muestra de microscopio de lámina de luz motorizada de seis ejes. Sumerja el tubo en la cámara de muestras llena de agua E3.Gire las larvas de pez cebra desde el lado ventral para una mejor visualización del corazón. Conecte la platina de muestra motorizada a la estación de trabajo. Y configure todos los parámetros necesarios, incluido el modo de movimiento deseado.Establezca una conexión entre la cámara CMOS y la estación de trabajo. Establezca el tamaño del paso en 1 micrómetro, el número total de fotogramas en 300 y el tiempo de exposición en 5 milisegundos. A continuación, defina la región de interés deseada.Encienda el láser e inicie la obtención de imágenes microscópicas de lámina de luz de las larvas. Grabe 300 fotogramas como una secuencia de imágenes en 2D para cubrir de tres a cinco ciclos cardíacos de las larvas. Grabe otra secuencia de imágenes del nuevo corte de muestra hasta que se cubra todo el corazón.

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 ...

Investigación

Bioingeniería

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

Reconstrucción de imágenes 4D de larvas de pez cebra, segmentación celular en 3D y análisis de contractilidad cardíaca en realidad virtual