心筋機械変形(DIAMOND)の変位解析は、胚性ゼブラフィッシュにおける心機能のセグメント的不均一性を明らかにする
Summary
このプロトコルの目標は、生理学的および病理学的条件の下で胚性ゼブラフィッシュにおけるセグメント性心機能の評価のための新しい方法を詳述することです。
Abstract
ゼブラフィッシュは、心筋症や再生のためのモデル生物としてますます利用されています。心機能を評価する現在の方法は、セグメント力学を確実に検出できず、ゼブラフィッシュでは容易に実現できません。ここでは、4次元(4D)セグメント心機能の定量評価のための半自動化オープンソース法:心筋機械的変形(DIAMOND)の変位解析を提示する。トランスジェニック胚性ゼブラフィッシュは、4D心臓運動同期を有する光シート蛍光顕微鏡システムを用いて生体内で画像化した。取得した3Dデジタルハートは、末端収縮期および末側拡張期に再構築され、心室は手動でバイナリデータセットにセグメント化された。その後、心臓の向きを変えて真の短軸に沿って等熱帯にリサンプリングし、心室は短軸に沿って8つの部分(I-VIII)に均等に分割された。末端収縮期と末端収縮期の平面と行列が異なるために、変換行列が画像登録に適用され、リサンプリングされた収縮期と拡張期の画像行列の元の空間関係が復元されました。画像登録後、末端収縮期から末端拡張期までの各セグメントの変位ベクトルを、3次元(3D)における質量の中心数の変位に基づいて計算した。DIAMONDは、房室管に隣接する基底心筋セグメントが最も機械的変形を受け、ドキソルビシンによる心臓損傷の影響を最も受けやすいことを示している。全体として、DIAMONDは、生理学的および病理学的条件の両方の下で、従来の放出分率(EF)を超えるゼブラフィッシュ胚におけるセグメント心臓力学に関する新しい洞察を提供する。
Introduction
化学療法による心臓毒性とそれに伴う心不全は、化学療法中止の主な理由の1つである1.したがって、心臓機能評価は、心臓毒性の同定において重要な役割を果たし、さらに重要なことに、化学療法後の早期心臓損傷の予測において2である。しかし、心臓機能評価のための現在のアプローチは限界に遭遇する。左心室駆出分率(LVEF)のような方法は、損傷3、4の後に世界的かつしばしば遅れた心臓力学のみを提供する。組織ドップラーイメージングは、セグメント性心筋変形情報を提供するが、超音波ビーム角度依存性5に部分的に、重要なイントラ観察者および観察者間変動に苦しむ。2次元(2D)のスペックルトラッキングは、理論的には角度依存性を排除するエコーカルディグラフィのBモードを利用しますが、その精度は面外モーション6によって制限されます。したがって、セグメント性心機能を定量化するための厳密なアプローチは、研究と臨床の両方に欠けている。
そこで、心筋の変位解析(DIAMOND)を3次元空間における心筋質量心筋の変位ベクトルを決定する、心筋変形解析(DIAMOND)と名付けた、セグメント心臓機能の解析のための4D定量法を開発しました。動物モデルとしてゼブラフィッシュ(Danio rerio)を用いた心機能およびドキソルビシン誘発心毒性のインビボ評価にDIAMONDを適用し、その再生心筋および高度に保存された発達遺伝子に起因して選択した。さらに、セグメントDIAMOND変位と、全発放出分率(EF)決定およびドキソルビシン処理後の2Dひずみとを比較した。DIAMONDは、胚性ゼブラフィッシュ心臓の4D光シート蛍光顕微鏡(LSFM)取得したレンダリングとDIAMOND変位を統合することにより、房室管に隣接する基底心筋セグメントが最も機械的変形を受け、急性ドキソルビシン心臓損傷の影響を最も受けやすいことを示している。
Protocol
Representative Results
Discussion
セグメント心筋機能の定量のための厳格な戦略は、心筋損傷1、4、12の無神経で遅延指標であることが知られている従来のEFを超えて心臓力学を評価するために重要です。したがって、初期心筋変化のマーカーへの関心が高まっており、成長体の文献は心室機能不全4、13を予測す?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
現在の研究は、米国心臓協会の助成金16SDG30910007および18CDA34110338、および国立衛生研究所によってHL083015、HL111437、HL118650、およびHL129727によって資金提供されました。
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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