ניתוח הזחה של אוטם שריר הלב מכני (יהלום) חושף Segmental של תפקוד הלב של מעובריים בדג
Summary
המטרה של פרוטוקול זה היא לפרט את השיטה החדשנית להערכת תפקוד הלב הסגור של הדגים העובריים תחת התנאים הפיזיולוגיים והפתולוגיים.
Abstract
דג zebrafish מנוצל יותר ויותר כאורגניזם מודל עבור cardiomyopathies והתחדשות. השיטות הנוכחיות שהערכת תפקוד הלב אינן מאמינות באופן אמין במכניקה של מכניקה סגורה ואינן מתפקדות בקלות בדגי הזייברפיש. כאן אנו מציגים שיטת חצי אוטומטי, קוד פתוח עבור הערכה כמותית של דו מימדי (4D) בתפקוד הלב הסגור: ניתוח הזחה של דפורמציה מכנית אוטם שריר הלב (יהלום). דגים מעובריים הטרנסגניים הvivo באמצעות מערכת מיקרוסקופ פלואורסצנטית בעלת האור, עם סנכרון תלת-ממדי של תנועות לב. רכשה לבבות דיגיטליים תלת-ממדיים שוחזרו ב-end-systole ולאחר הסיום, וחדר החדר היה מחולק באופן ידני לתוך ערכות נתונים בינאריות. לאחר מכן, הלב הונחה מחדש ושנדגם מחדש לאורך הציר הקצר האמיתי, והחדר היה מחולק באופן שווה לשמונה מנות (I-VIII) לאורך הציר הקצר. בשל מטוסי דגימה מחדש שונים מטריצות ב-end-systole ולסיים דיאמאנס, מטריצה המרה הוחל על רישום התמונה כדי לשחזר את הקשר המרחבי המקורי בין הסיסטולי שנדגמו מחדש התמונה מטריצות דיאסטולי. לאחר רישום התמונה, וקטור העקירה של כל קטע מקצה-systole כדי הקצה-דיאמטה התבססה על העקירה של מרחב המסה בשלושה ממדים (3D). היהלום מראה כי מקטעי שריר הלב הבזליים הסמוכים לתעלת הלוח עוברים את הדפורמציה המכנית הגבוהה ביותר, והם הפגיעים ביותר לפגיעה בליבו בדוקסורוביצין. באופן כללי, יהלום מספק תובנות הרומן לתוך מכניקת לב הסגורה בעוברי הפליטה מעבר לחלק המפלט המסורתי (EF) תחת שני התנאים הפיזיולוגיים והפתולוגיים.
Introduction
כימותרפיה המושרה רעילות הלב ספיקת לב שלאחר מכן הם אחת הסיבות העיקריות הפסקת כימותרפיה1. לכן, הערכה תפקודית הלב ממלאת תפקיד מכריע בזיהוי רעילות לב, וחשוב מכך, בחיזוי של פגיעת לב מוקדמת בעקבות כימותרפיה2. עם זאת, גישות נוכחיות למגבלות מפגש הערכה תפקודית הלב. שיטות כגון שבר הוצאה חדרית השמאלי (lvef) לספק רק מכניקת הלב העולמי לעתים קרובות מתעכב לאחר פציעה3,4. רקמת דופלר הדמיה מספק מידע אוטם שריר הלב סגורה אך סובל מתוך מצופה משמעותי והשתנות הבין-מצופה, בין השאר בשל תלות זווית של קרן אולטרסאונד5. מעקב מיוחד דו מימדי (2D) משתמש במצב B של האקו, אשר תיאורטית מבטלת את התלות בזווית, אבל הדיוק שלה מוגבל על ידי תנועה מחוץ למישור6. לכן, גישה קפדנית לתפקוד לבבי לב שאינו מהווה מחסור הן במחקר והן במסגרות קליניות.
בהקשר זה, פיתחנו שיטת כימות 4 ד לניתוח של תפקוד לב סגור שנקרא ניתוח הזחה של דפורמציה מכנית של אוטם שריר הלב (DIAMOND), כדי לקבוע את וקטורים העקירה של מסנטרואידים המוניים במרחב תלת-ממדי. הגשתי יהלום עבור הערכה vivo של תפקוד לב והרעלת לב דוקסורוביצין המושרה עם דג (danio rerio) כמו מודל בעלי חיים, שנבחר בשל שריר הלב שלהם מתחדשות וגנים התפתחותיים שמרו מאוד7. אנחנו עוד לעומת הזחה היהלום סגורה עם הוצאה הכללית הפליטה (EF) נחישות והזן 2D לאחר טיפול דוקסורוביצין. על ידי שילוב העקירה יהלום עם 4D האור מיקרוסקופ פלורסנט (LSFM) רכשה עיבוד של לבבות מתחלקים בדגים, יהלום מראה כי מקטעי שריר הלב הבזליים הסמוכים לתעלת מלוח לעבור את העיוות המכני הגבוה ביותר הם רגישים ביותר לפגיעה חמורה דוקסורוביצין לב8.
Protocol
Representative Results
Discussion
אסטרטגיה קפדנית לקוונפיקציה של תפקוד אוטם שריר הלב הוא קריטי כדי להעריך מכניקה לב מעבר המסורתית EF, ידוע להיות מחוון חסר רגישות ומתעכב של פציעה שריר הלב1,4,12. מכאן, יש כבר עניין הולך וגדל סמנים של שינויים שריר הלב המוקדמים, וגוף הולך וגדל של ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
העבודה הנוכחית ממומנת על ידי איגוד הלב האמריקני מענקים 16SDG30910007 ו 18CDA34110338, ועל ידי המכונים הלאומיים של מענקי בריאות HL083015, HL111437, HL118650, ו HL129727.
Materials
| Amira6 | FEI | Image analyzing software | |
| DAPT | Millipore Sigma | D5942-5MG | |
| Doxorubicin hydrochloride | Millipore Sigma | D1515-10MG | |
| Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate | Millipore Sigma | E10521-10G | Tricaine |
| MATLAB | MathWorks | Programming environment | |
| MATLAB Image Processing Toolbox | MathWorks | Image processing toolbox |
References
- Ewer, M. S., Ewer, S. M. Cardiotoxicity of anticancer treatments. Nature Reviews Cardiology. 12 (9), 547-558 (2015).
- Thavendiranathan, P., Wintersperger Bernd, J., Scott, F. D., Thomas D, M. H. Cardiac MRI in the Assessment of Cardiac Injury and Toxicity From Cancer Chemotherapy. Circulation: Cardiovascular Imaging. 6 (6), 1080-1091 (2013).
- Mickoleit, M., et al. High-resolution reconstruction of the beating zebrafish heart. Nature Methods. 11 (9), 919-922 (2014).
- Thavendiranathan, P., et al. Use of Myocardial Strain Imaging by Echocardiography for the Early Detection of Cardiotoxicity in Patients During and After Cancer Chemotherapy. A Systematic Review. 63 (25), 2751-2768 (2014).
- Collier, P., Phelan, D., Klein, A. A Test in Context: Myocardial Strain Measured by Speckle-Tracking Echocardiography. Journal of the American College of Cardiology. 69 (8), 1043-1056 (2017).
- Hanekom, L., Cho, G. Y., Leano, R., Jeffriess, L., Marwick, T. H. Comparison of two-dimensional speckle and tissue Doppler strain measurement during dobutamine stress echocardiography: an angiographic correlation. European Heart Journal. 28 (14), 1765-1772 (2007).
- Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. Heart regeneration in zebrafish. Science. 298 (5601), 2188-2190 (2002).
- Chen, J., et al. Displacement analysis of myocardial mechanical deformation (DIAMOND) reveals segmental susceptibility to doxorubicin-induced injury and regeneration. JCI Insight. 4 (8), e125362 (2019).
- Messerschmidt, V., et al. Light-sheet Fluorescence Microscopy to Capture 4-Dimensional Images of the Effects of Modulating Shear Stress on the Developing Zebrafish Heart. Journal of Visualized Experiments. (138), e57763 (2018).
- Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. Microinjection of Zebrafish Embryos to Analyze Gene Function. Journal of Visualized Experiments. (25), e1115 (2009).
- Lee, J., et al. 4-Dimensional light-sheet microscopy to elucidate shear stress modulation of cardiac trabeculation. The Journal of Clinical Investigation. 126 (5), 1679-1690 (2016).
- Lenneman, C. G., Sawyer, D. B. Cardio-Oncology: An Update on Cardiotoxicity of Cancer-Related Treatment. Circulation Research. 118 (6), 1008-1020 (2016).
- Geyer, H., et al. Assessment of Myocardial Mechanics Using Speckle Tracking Echocardiography: Fundamentals and Clinical Applications. Journal of the American Society of Echocardiography. 23 (4), 351-369 (2010).
- Castro, P. L., Greenberg, N. L., Drinko, J., Garcia, M. J., Thomas, J. D. Potential pitfalls of strain rate imaging: angle dependency. Biomedical Sciences Instrumentation. 36, 197-202 (2000).
- Seo, Y., Ishizu, T., Aonuma, K. Current Status of 3Dimensional Speckle Tracking Echocardiography: A Review from Our Experiences. Journal of Cardiovascular Ultrasound. 22 (2), 49-57 (2014).
- Amzulescu, M. S., et al. Improvements of Myocardial Deformation Assessment by Three-Dimensional Speckle-Tracking versus Two-Dimensional Speckle-Tracking Revealed by Cardiac Magnetic Resonance Tagging. Journal of the American Society of Echocardiography. 31 (9), 1021-1033 (2018).
- Wolterink, J. M., Leiner, T., Viergever, M. A., Išgum, I., Zuluaga, M. A., et al. . Reconstruction, Segmentation, and Analysis of Medical Images. , 95-102 (2016).
- Avendi, M. R., Kheradvar, A., Jafarkhani, H. A combined deep-learning and deformable-model approach to fully automatic segmentation of the left ventricle in cardiac MRI. Medical Image Analysis. 30, 108-119 (2016).
- Packard, R. R. S., et al. Automated Segmentation of Light-Sheet Fluorescent Imaging to Characterize Experimental Doxorubicin-Induced Cardiac Injury and Repair. Scientific Reports. 7 (1), 8603 (2017).
- Jay Kuo, C. C., Chen, Y. On data-driven Saak transform. Journal of Visual Communication and Image Representation. 50, 237-246 (2018).
- Natarajan, N., et al. Complement Receptor C5aR1 Plays an Evolutionarily Conserved Role in Successful Cardiac Regeneration. Circulation. 137 (20), 2152-2165 (2018).
- Zhukov, L., Barr, A. H. . IEEE Visualization VIS 2003. , 597-602 (2003).
- Nielles-Vallespin, S., et al. In vivo diffusion tensor MRI of the human heart: Reproducibility of breath-hold and navigator-based approaches. Magnetic Resonance in Medicine. 70 (2), 454-465 (2013).
