Análise de deslocamento da Deformação Mecânica Miocárdica (DIAMANTE) revela heterogeneidade segmental da função cardíaca em zebrafish embrionário
Summary
O objetivo deste protocolo é detalhar um novo método para a avaliação da função cardíaca segmental em zebrafish embrionário sem condições fisiológicas e patológicas.
Abstract
Os zebrafish são cada vez mais utilizados como um organismo modelo para cardiomiopatias e regeneração. Os métodos atuais que avaliam a função cardíaca não detectam de forma confiável a mecânica segmental e não são facilmente viáveis em zebrafish. Aqui apresentamos um método semiautomatizado de código aberto para a avaliação quantitativa da função cardíaca segmental tetradimensional (4D): análise de deslocamento da deformação mecânica do miocárdio (DIAMOND). Zebrafish embrionário transgênico foram imagens in vivo usando um sistema de microscopia de fluorescência de folha de luz com sincronização de movimento cardíaco 4D. Corações digitais 3D adquiridos foram reconstruídos em systole final e diastole final, e o ventrículo foi segmentado manualmente em conjuntos de dados binários. Em seguida, o coração foi reorientado e isotropicalmente reamostrado ao longo do verdadeiro eixo curto, e o ventrículo foi dividido uniformemente em oito porções (I-VIII) ao longo do eixo curto. Devido aos diferentes aviões de reamostragem e matrizes em matrizes de fim de systole e diastole final, foi aplicada uma matriz de transformação para registro de imagem para restaurar a relação espacial original entre as matrizes de imagem sistólica reamostrada e diastólica. Após o registro de imagem, o vetor de deslocamento de cada segmento de systole final para diastole final foi calculado com base no deslocamento de centrosids de massa em três dimensões (3D). Diamond mostra que os segmentos basais do miocárdio adjacentes ao canal arioventricular passam pela maior deformação mecânica e são os mais suscetíveis à lesão cardíaca induzida por doxorubicina. No geral, a DIAMOND fornece novas percepções sobre a mecânica cardíaca segmental em embriões de zebrafish além da fração tradicional de ejeção (EF) em condições fisiológicas e patológicas.
Introduction
A toxicidade cardíaca induzida pela quimioterapia e a insuficiência cardíaca que se seguiu são uma das principais razões para a descontinuação da quimioterapia1. Portanto, a avaliação funcional cardíaca desempenha um papel crucial na identificação da toxicidade cardíaca e, mais importante, na previsão de lesão cardíaca precoce após a quimioterapia2. No entanto, as abordagens atuais para limitações de avaliação funcional cardíaca encontram limitações. Métodos como a fração de ejeção ventricular esquerda (LVEF) fornecem apenas mecânica cardíaca global e muitas vezes retardada após lesão3,4. A imagem do Tissue Doppler fornece informações segmentais de deformação do miocárdio, mas sofre de significativa variabilidade intraobservador e interobservador, em parte devido à dependência do ângulo do feixe de ultrassom5. O rastreamento bidimensional (2D) utiliza o modo B de ecocardiografia, que teoricamente elimina a dependência do ângulo, mas sua precisão é limitada pelo movimento fora do plano6. Portanto, falta uma abordagem rigorosa para quantificar a função cardíaca segmental tanto em pesquisas quanto em ambientes clínicos.
Nesse contexto, desenvolvemos um método de quantificação 4D para a análise da função cardíaca segmentada que nomeamos a análise de deslocamento da deformação mecânica miocárdica (DIAMOND), para determinar os vetores de deslocamento de centrosides de massa miocárdica no espaço 3D. Aplicamos DIAMOND para a avaliação in vivo da função cardíaca e toxicidade cardíaca induzida por doxorubicina com zebrafish(Danio rerio) como modelo animal, escolhido devido ao seu miocárdio regenerador e genes de desenvolvimento altamente conservados7. Comparamos ainda o deslocamento segmental diamond com determinação da fração de ejeção global (EF) e cepa 2D após o tratamento da doxorubicina. Ao integrar o deslocamento DIAMOND com microscopia fluorescente de folha de luz 4D (LSFM) adquirida renderização de corações de zebrafish embrionários, diamond mostra que os segmentos basais miocárdio adjacentes ao canal arioventricular passam pela maior deformação mecânica e são os mais suscetíveis à lesão cardíaca aguda doxorubicina8.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uma estratégia rigorosa para quantificação da função miocárdio segmental é fundamental para avaliar a mecânica cardíaca além da EF tradicional, conhecida por ser um indicador insensível e atrasado de lesão miocárdica1,4,12. Assim, tem havido um crescente interesse em marcadores de mudanças miocárdicas precoces, e um corpo crescente de literatura apoia parâmetros de deformação do miocárdio como indicador inicia…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O presente trabalho foi financiado pelas bolsas 16SDG30910007 e 18CDA34110338, e pelos subsídios do National Institutes of Health HL083015, HL111437, HL118650 e 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 |
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