El análisis de desplazamiento de la deformación mecánica miocárdica (DIAMOND) revela la heterogeneidad segmentaria de la función cardíaca en el pez cebra embrionario
Summary
El objetivo de este protocolo es detallar un método novedoso para la evaluación de la función cardíaca segmentaria en peces cebra embrionarios tanto en condiciones fisiológicas como patológicas.
Abstract
Los peces cebra se utilizan cada vez más como organismo modelo para cardiomiopatías y regeneración. Los métodos actuales que evalúan la función cardíaca no detectan de forma fiable la mecánica segmentamental y no son fácilmente factibles en el pez cebra. Aquí presentamos un método semiautomatizado de código abierto para la evaluación cuantitativa de la función cardíaca segmental de cuatro dimensiones (4D): análisis de desplazamiento de la deformación mecánica miocárdica (DIAMOND). El pez cebra embrionario transgénico se imágenó in vivo utilizando un sistema de microscopía de fluorescencia de láminas de luz con sincronización de movimiento cardíaco 4D. Los corazones digitales 3D adquiridos fueron reconstruidos a finales de sístole y end-diastole, y el ventrículo se segmentó manualmente en conjuntos de datos binarios. Luego, el corazón se reorientó e isotrópicamente remuestreó a lo largo del verdadero eje corto, y el ventrículo se dividió uniformemente en ocho porciones (I-VIII) a lo largo del eje corto. Debido a los diferentes planos de remuestreo y matrices en la sistole final y la diastola final, se aplicó una matriz de transformación para el registro de imágenes para restaurar la relación espacial original entre las matrices de imágenes sistólicas y diastólicas remuestreadas. Después del registro de la imagen, el vector de desplazamiento de cada segmento de la sistole final a la diastole final se calculó sobre la base del desplazamiento de centroides de masa en tres dimensiones (3D). DIAMOND muestra que los segmentos miocárdicos basales adyacentes al canal auriculoventricular experimentan la deformación mecánica más alta y son los más susceptibles a lesiones cardíacas inducidas por doxorubicina. En general, DIAMOND proporciona información novedosa sobre la mecánica cardíaca segmentaria en embriones de pez cebra más allá de la fracción de eyección tradicional (EF) en condiciones fisiológicas y patológicas.
Introduction
La toxicidad cardíaca inducida por quimioterapia y la insuficiencia cardíaca subsiguiente son una de las principales razones de la interrupción de la quimioterapia1. Por lo tanto, la evaluación funcional cardíaca desempeña un papel crucial en la identificación de la toxicidad cardíaca y, lo que es más importante, en la predicción de una lesión cardíaca temprana después de la quimioterapia2. Sin embargo, los enfoques actuales para la evaluación funcional cardíaca encuentran limitaciones. Métodos como la fracción de eyección ventricular izquierda (LVEF) proporcionan sólo mecánica cardíaca global y a menudo retrasada después de la lesión3,4. Las imágenes Doppler de tejido proporcionan información segmental de deformación miocárdica, pero sufre de una variabilidad intraobservador e interobservador significativa, en parte debido a la dependencia del ángulo del haz de ultrasonido5. El seguimiento de manchas bidimensionales (2D) utiliza el modo B de ecocardiografía, que teóricamente elimina la dependencia del ángulo, pero su precisión está limitada por el movimiento fuera del plano6. Por lo tanto, falta un enfoque riguroso para cuantificar la función cardíaca segmental tanto en la investigación como en los entornos clínicos.
En este contexto, desarrollamos un método de cuantificación 4D para el análisis de la función cardiaca segmental que denominamos análisis de desplazamiento de deformación mecánica miocárdica (DIAMOND), para determinar los vectores de desplazamiento de los centroides de masa miocárdica en el espacio 3D. Aplicamos DIAMOND para la evaluación in vivo de la función cardiaca y la toxicidad cardíaca inducida por doxorubicina con pez cebra (Danio rerio) como modelo animal, elegido debido a su miocardio regenerador y genes de desarrollo altamente conservados7. Además, comparamos el desplazamiento segmentario DIAMOND con la determinación de la fracción de eyección global (EF) y la deformación unitaria 2D tras el tratamiento con doxorubicina. Al integrar el desplazamiento DIAMOND con la microscopía fluorescente de hoja de luz 4D (LSFM) adquirida renderización de corazones de peces cebra embrionarios, DIAMOND muestra que los segmentos miocárdicos basales adyacentes al canal auriculoventricular sufren la deformación mecánica más alta y son los más susceptibles a lesiones cardíacas doxorubicinaagudas 8.
Protocol
Representative Results
Discussion
Una estrategia rigurosa para la cuantificación de la función miocárdica segmentada es fundamental para evaluar la mecánica cardíaca más allá de la EF tradicional, conocida por ser un indicador insensible y retardado de la lesión miocárdica1,4,12. Por lo tanto, ha habido un creciente interés en los marcadores de los primeros cambios miocárdcos, y un creciente cuerpo de literatura apoya los parámetros de deformación m…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El presente trabajo fue financiado por las subvenciones de la Asociación Americana del Corazón 16SDG30910007 y 18CDA34110338, y por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones HL083015, HL111437, HL118650 y 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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