Cette méthode repose sur l’injection de 0,5 − 3 μL de solution dans le thorax du zébrafish adulte. La procédure fournit efficacement des protéines et des composés chimiques à la proximité du cœur de zébrafish sans endommager l’organe. L’approche est appropriée pour tester les effets des facteurs exogènes sur divers tissus du cœur.
Le cœur de poisson zèbre adulte fournit un modèle puissant dans la recherche de régénération cardiaque. Bien que la force de ce système soit basée sur des approches transgéniques, une livraison rapide de facteurs exogènes fournit une technique complémentaire dans les études fonctionnelles. Ici, nous présentons une méthode qui repose sur l’administration de quelques microlitres de solution dans la cavité péricardique sans causer de dommages myocardiques. Les injections intrathoraciques (TI) peuvent délivrer efficacement des protéines et des composés chimiques directement sur la surface du cœur. Les substances injectées diffusent à travers l’épicardium dans les tissus cardiaques sous-jacents. Par rapport aux injections intrapéritonéales (IP), le principal avantage des injections intrathoraciques est l’administration focale des facteurs testés sur l’organe cible. La livraison de molécules directement dans le péricarde est une stratégie appropriée pour les études de préconditionnement cardiaque et de régénération chez le zébrafish adulte.
Parmi les vertébrés, le zébrafish possède une capacité remarquable à régénérer son cœur1,2. Cette aptitude a été rapportée dans plusieurs modèles de blessure, à savoir la résection ventriculaire de l’apex, la lésion cryogénique (ci) et l’ablation des cardiomyocytes génétiques3,4,5,6,7. Après des lésions invasives, la paroi endommagée du ventricule se guérit de façon transitoire par le tissu fibrotique, qui est progressivement remplacé par un nouveau myocarde8,9,10,11. La réaction de guérison des plaies précoces implique l’activation de l’épicardium et le recrutement des cellules immunitaires12,13,14,15. En concomitance, les cardiomyocytes à proximité du myocarde blessé deviennent activés, dédifférencient, multiplient et remplacent progressivement la zone blessée dans les 30 − 90 jours16,17,18, 19. des progrès substantiels ont été accomplis dans le déchiffrage des mécanismes moléculaires et cellulaires de la régénération cardiaque grâce à la disponibilité d’outils génétiques, tels que l’analyse du traçage des lignées cellulaires, la surexpression des gènes inductibles, lignées de reporter de tissus fluorescents, et mutagenèse de gène crispr/Cas920,21.
Nous avons récemment établi un modèle de préconditionnement cardiaque chez l’adulte poisson zèbre par thorotomie22,23. Le préconditionnement augmente l’expression des gènes cardioprotecteurs et élève la rentrée dans le cycle cellulaire dans les cœurs intacts et régénérantes. Ces processus sont associés au recrutement de cellules immunitaires et de remodelage matriciel22,24. Les mécanismes de préconditionnement sont mal compris, et l’établissement de nouvelles techniques est nécessaire pour favoriser ce domaine de recherche. En particulier, l’administration optimisée de protéines de signalisation sécrétées ou d’autres composés chimiques est essentielle pour approfondir ce sujet.
Étant des animaux aquatiques, le zébrafish peut naturellement absorber diverses substances dissoutes dans l’eau par leurs branles et leur peau. Ceci offre une possibilité pour la délivrance non invasive de médicaments par immersion de poissons dans des solutions avec divers produits chimiques, tels que les inhibiteurs pharmacologiques, les hormones stéroïdiennes, le tamoxifène, le BrdU et les antibiotiques. En effet, de nombreuses études de divers laboratoires, y compris les nôtres25,26,27, ont profité de cette méthode, qui est particulièrement précieuse dans le domaine de la biologie régénérative6, 28. cette approche n’est cependant pas appropriée pour la délivrance de peptides, d’ADN, d’ARN, de les morpholinos ou de molécules ayant une perméabilité tissulaire limitée. Dans ces cas, une livraison plus efficace est obtenue par microinjection dans le corps, par exemple, en insérant le capillaire dans le sinus veineux rétro-orbital, dans la cavité intrapéritonéale ou intrapéricardiques29,30, au 31. Ici, nous décrivons une procédure d’injection intrathoracique d’une petite quantité de solution, comme une méthode appropriée pour étudier la régénération cardiaque et le préconditionnement chez les adultes de zébrafish.
Ici, nous décrivons une méthode pour délivrer des composés exogènes et des protéines dans la cavité péricardique afin d’étudier leurs effets sur le cœur chez le zébrafish adulte. La procédure est basée sur l’injection intrathoracique, qui se traduit par la livraison d’un petit volume de solution dans le voisinage de l’organe. Cette technique a été développée et décrite pour étudier la préconditionnement cardiaque et la régénération.
L’étape cruciale de cette procédure est la pénétration du capillaire en verre dans la cavité thoracique. Cette étape dépend de trois paramètres qui sont: la rigidité et la netteté de la pointe capillaire, l’angle de pénétration et le site de ponction. Pour optimiser la pénétration à travers la peau, la partie tirée du capillaire ne doit pas être trop longue, car ces aiguilles sont trop flexibles et se plient en contact avec la peau. Pour éviter cela, la rigidité peut être adaptée en réduisant la taille de la pointe avec l’iridectomie ciseaux. Bien que l’angle de pénétration puisse varier entre 30 ° et 45 ° c, il peut être adapté à la rigidité de la pointe. En effet, une fine pointe va pénétrer la peau mieux avec un angle plus étroit.
Afin d’optimiser la pénétration de l’aiguille, le site d’insertion doit être immédiatement au-dessus du cœur battant. Le risque de ponction cardiaque est généralement faible variant entre 5% et 8%. L’insertion de l’aiguille postérieure au cœur augmente le risque de ponction cardiaque, comme le montre un saignement accru. Dans de tels cas, les animaux doivent être retirés des expériences.
Une autre source de trouble au cours de l’injection de TI se produit au niveau capillaire. En effet, le capillaire peut se briser lorsque les forces latérales sont exercées sur elle. Pour éviter cela, l’aiguille doit se déplacer le long de l’axe d’injection de manière rectiligne. Occasionnellement, le capillaire peut être bloqué par des résidus tissulaires qui empêchent le liquide de couler. L’aiguille peut être débloquée en retirant doucement l’embout pendant l’injection. Si cela n’améliore pas le débit, nous recommandons de retirer complètement l’aiguille du thorax et de remplacer l’aiguille.
Les lésions peuvent être causées par une aiguille trop profondément insérée dans le péricarde. Afin d’éviter les lésions dans le sac péricarde, l’aiguille ne doit pas être insérée trop (1 − 2 mm) dans le thorax. Certaines fuites ont été observées lorsque le volume d’injection était plus grand que 8 μL.
Dans le zébrafish, la composition exacte du liquide péricarde est inconnue. Cependant, le volume de la cavité périardiale est estimé à ~ 10 μL31. Étant donné que le volume du ventricule poisson zèbre adulte est d’environ 1 − 2 mm3, nous supposons que la cavité péricarde a en conséquence un petit volume, qui doit être considéré avant les injections. À partir de nos études préliminaires, nous avons déterminé que la plage optimale du volume injecté est comprise entre 0,5 et 3 μL pour les poissons mesurant 2,5 − 2,8 cm (distance entre le museau et le pédoncule caudale). Ce volume peut être adapté en fonction de la taille du poisson. L’injection de jusqu’à 5 μL n’a pas induit de lésion chez les poissons de cette taille. Cependant, les volumes de 8 μL étaient suffisants pour provoquer des saignements internes et des gonflants, comme illustré à la figure 1F. Sur la base de ces données, nous estimons qu’une quantité de solution supérieure à 3 μL peut entraîner un stress physique et physiologique sur l’organe. Cette limitation déduit la nécessité de choisir une concentration plus élevée de molécules au lieu d’augmenter la quantité de la solution injectée.
Un autre facteur important est la propriété osmotique de la solution injectée, qui devrait être dans la gamme physiologique. En effet, pour éviter un risque de stress osmotique, nous recommandons HBSS comme milieu d’injection.
Chez le zébrafish, les méthodes courantes utilisées pour délivrer les médicaments sont le traitement de l’eau et l’injection intrapéritonéale30,35. Bien que ces deux techniques conviennent à de nombreuses applications, les injections informatiques fournissent des avantages expérimentaux et économiques, en diminuant les risques d’effets secondaires systémiques non désirés et en réduisant l’utilisation de molécules coûteuses, respectivement. Cette méthode peut être adaptée à la livraison du tamoxifène pour activer le système transgénique cre-ERT2 utilisé pour l’analyse du traçage des lignées cellulaires et guider les ARN modifiés pour les études fonctionnelles dans la recherche sur la régénération.
La méthode d’injection de l’IT dans poisson zèbre a été décrite précédemment31,36. Dans ces rapports, des injections intrathoraciques ont été effectuées avec l’aiguille d’insuline, perforant du côté antérieur. En revanche, notre protocole présente une stratégie alternative avec le capillaire en verre tiré inséré de la direction postérieure. Plus précisément, notre approche tient compte de l’anatomie du péricarde du poisson pour optimiser l’injection avec un risque réduit de ponction cardiaque. En outre, pendant la procédure, le poisson n’est pas maintenu par des pinces métalliques, mais par une éponge humide et molle, qui est une méthode plus appropriée pour éviter toute blessure externe du poisson. Ainsi, la méthode présentée pourrait être mieux adaptée pour les études sur l’homéostasie cardiaque, le préconditionnement et la régénération chez le zébrafish adulte.
Des injections de TI ont déjà été établies chez des organismes modèles de mammifères. En effet, cette méthode a également été appliquée dans des expériences avec des porcs et des études cliniques chez l’homme37,38. Chez la souris, les injections intramyocardiques transthoriques guidées par ultrasons ont été utilisées pour défier leur cœur39. Dans cet article, nous proposons un protocole détaillé pour faciliter l’utilisation de l’injection de TI pour le zébrafish. Cela sera particulièrement utile pour le domaine, afin de compléter les approches génétiques dans l’homéostasie cardiaque, la recherche de préconditionnement et de régénération.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions V. Zimmermann pour son excellente assistance technique et pour la protection des poissons, D. König (Université de Fribourg) pour la lecture critique du manuscrit, D. Kressler (Université de Fribourg) pour l’aide à la synthèse protéique de zCNTF, F. Ruggiero (Institut de génomique Fonctionnelle de Lyon) pour la fourniture de l’anticorps ColXII, et P. Martin (Université de Bristol) pour l’anticorps L-plastine. Nous remercions le centre d’imagerie et la plate-forme protéomique de l’Université de Fribourg. Ce travail a été appuyé par la Fondation nationale suisse de la science, Grant number 310030_179213, et par la Schweizerische Herzstiftung (Fondation Suisse du cœur).
Hanks Balanced Salt Solution | Gibco by Life technology | 14065-056 | |
Iridectomy scissor | Roboz Surgical Instruments Co | RS-5602 | |
Macroscope (binocular) | M400 | with Apozoom | |
Micro-injector femtojet | Eppendorf | 5247 0034 77 | |
Microloaders femtotips | Eppendorf | 5242 956.003 | |
Micropipette glass needles type C | WPI | TW100F-6 | thin-wall capillary |
Micropipette puller model P-87 | Flaming/Brown | 20081016 | filament box 2.5 x 4.5 mm |
Sponge | any | any | dim. carved sponge 7cm x 3 cm x 1 cm |
Tricaine (Anestethic) | Sigma | E10521 | |
Dyes and Antibodies | Company | Catalog number | Comments |
anti-Chicken Cy5 | Jackson ImmunoResearch Laboratories | Concentration: 1 / 500 | |
anti-Guinea pig Cy5 | Jackson ImmunoResearch Laboratories | Concentration: 1 / 500 | |
anti-Rabbit Cy5 | Jackson ImmunoResearch Laboratories | Concentration: 1 / 500 | |
Chicken l-plastin | gift from P. Martin, Bristol | Concentration: 1 / 1000 | |
DAPI | Sigma | 10236276001 | Concentration: 1 / 2000 (1µg/ml); 1/100 IT injected |
Guinea pig anti-ColXII | gift from Florence Ruggerio, Lyon | Concentration: 1 / 500 | |
Phalloidin-Atto-565 (F-actin) | Sigma | 94072 | Concentration: 1 / 500 |
Phalloidin-Atto-647 (F-actin) | Sigma | 95906 | Concentration: 1 / 50 IT injected |
Rabbit anti-MCM5 | gift from Soojin Ryu, Heidelberg | Concentration: 1 / 500 | |
Stamping Ink 4K | Pelikan | 1 4k 351 197 | Concentration: 1 / 1 |
ISH probe primers | |||
Cystatin | gene number: ENSDARG00000074425 fw primer: GATTCACTGTCGGGTTTGGG Rev primer: ATTGGGTCCATGGTGACCTC |