Zebrafish Kardiyak Fonksiyondeğerlendirmek için Yüksek Frekanslı Ultrason Ekokardiyografi
Summary
Erişkin zebra balıklarında yüksek frekanslı ekokardiyografi kullanarak kalp morfolojisini ve işlevini değerlendirmek için bir protokol tanımladık. Bu yöntem kalbin görüntülenmesine ve kalp hızı (HR), kardiyak debi (CO), fraksiyonel alan değişimi (FAC), ejeksiyon fraksiyonu (EF) ve kan giriş ve çıkış hızları gibi fonksiyonel parametrelerin daha sonra ölçülmesine olanak sağlar.
Abstract
Zebra balığı(Danio rerio)kardiyovasküler araştırmalarda çok popüler bir model organizma haline gelmiştir, insan kalp hastalıkları da dahil olmak üzere, büyük ölçüde embriyonik şeffaflık nedeniyle, genetik straktör, ve hızlı, yüksek iş yapma çalışmaları için uygunluk. Ancak, şeffaflık kaybı yetişkin aşamasında kalp fonksiyon analizi sınırlar, hangi yaşa bağlı kalp koşullarının modelleme karmaşıklaştırır. Bu tür sınırlamaları aşmak için, zebra balığında yüksek frekanslı ultrason ekokardiyografi uygun bir seçenek olarak ortaya çıkmaktadır. Burada erişkin zebra balıklarında kardiyak fonksiyonu yüksek frekanslı ultrason kullanarak non-invaziv ekokardiyografi ile değerlendirmek için ayrıntılı bir protokol sayılmaktadır. Bu yöntem zebrabalığı kalp boyutunun görüntülenmesi ve analizini ve kalp hızı, inme hacmi, kardiyak çıkış ve ejeksiyon fraksiyonu gibi önemli fonksiyonel parametrelerin ölçülmesine olanak sağlar. Bu yöntemde balıklar anestezi edilir ve su altında tutulur ve işlemden sonra geri kazanılabilir. Yüksek frekanslı ultrason pahalı bir teknoloji olmasına rağmen, aynı görüntüleme platformu farklı türler için kullanılabilir (örneğin, murine ve zebrabalığı) farklı dönüştürücüler adapte ederek. Zebrabalığı ekokardiyografisi, özellikle geç başlangıçlı hastalıklar olmak üzere hastalık modellerinin doğrulanmasında ve karakterizasyonunda yararlı olan kardiyak fenotipleme için sağlam bir yöntemdir; uyuşturucu ekranları; ve kalp hasarı, iyileşme ve rejeneratif kapasite çalışmaları.
Introduction
Zebra balığı(Danio rerio)gelişimsel süreçler ve insan hastalıkları çalışmaları için iyi kurulmuş omurgalı modeli1. Zebra balıkları insanlara göre yüksek genetik benzerliğe sahiptir (%70), genetik sistemlenebilirlik, yüksek fecundity, ve embriyonik gelişim sırasında optik şeffaflık, hangi organ ve dokuların doğrudan görsel analizi sağlar, kalp de dahil olmak üzere. Sadece bir atriyum ve bir ventrikülolmasına rağmen, zebra balığı kalbi(Şekil 1)fizyolojik olarak memeli dört odalı kalplere benzer. Daha da önemlisi, zebrabalığı kalp hızı, elektrokardiyogram morfolojisi ve eylem potansiyeli şekli insanların daha fazla murinetürleri2 benzer. Bu özellikler zebra balığı kardiyovasküler araştırma için mükemmel bir model yaptık ve kardiyak gelişim içine önemli anlayışlar sağlamıştır3,4, rejenerasyon5, ve patolojik koşullar1,3,4, arterioskleroz dahil, kardiyomiyopatiler, aritmiler, konjenital kalp hastalıkları, ve amiloid Hafif zincir kardiyotoksisite1,4,6. Kardiyak fonksiyonun değerlendirilmesi embriyonik evre de (1 gün sonrası döllenme) yüksek hızlı video mikroskopi7,8kullanarak doğrudan video analizi ile mümkün olmuştur. Ancak, zebra balığı normal olgun kalplerin fonksiyonel değerlendirmelerini ve geç başlangıçlı kalp koşullarını sınırlayarak embriyonik evrenin ötesinde saydamlığını kaybederler. Bu sınırlamayı aşmak için, ekokardiyografi yetişkin zebrabalığı kalp fonksiyonu,9,10,11,12,13,14,15değerlendirmek için yüksek çözünürlüklü, gerçek zamanlı, noninvaziv görüntüleme alternatifi olarak başarıyla kullanılmıştır.10
Zebra balığında kalp, ventriküle kadar bulunan atriyum ile solungaçların hemen posterior torasik kavitede ventrally bulunur. Atriyum sinüs venöz venöz venöz venöz venöz kan toplar ve daha bulbus arteriosus pompalanır ventrikül aktarır (Şekil 1). Burada, 30 μm çözünürlükte B-mod görüntüleme için 50 MHz’lik merkez frekansı olan doğrusal dizili ultrason probu kullanılarak erişkin zebrabalıklarında kardiyak fonksiyonu nanvaziv olmayan ekokardiyografi ile değerlendirmek için fizyolojik, sualtı protokolünü tanımlıyoruz. Ultrason dalgaları kolayca su ile seyahat edebilirsiniz bu yana, balık ve tarama sonda su altında arasında yakın tutmak ultrason jel gerek kalmadan kalp tespiti için yeterli temas yüzeyi sağlar ve balık için genel olarak daha az stresli. Alternatif zebra balığı ekokardiyografi sistemleri çeşitli yazarlar tarafından rapor olmasına rağmen9,12,13, Burada hayvanlarda yüksek frekanslı ultrason için geçerlidir genel ve en sık kullanılan kurulum salıyoruz.
Bu yöntem, yetişkin zebrabalığı kalbinin yüksek çözünürlüklü görüntülenmesine, kardiyak yapıların izlenmesine ve Doppler kan akımı ölçümlerinden pik hızların ölçülmesine olanak sağlar. Ejeksiyon fraksiyonu (EF), fraksiyonel alan değişimi (FAC), ventriküler kan giriş ve çıkış hızları, kalp hızı (HR) ve kardiyak debi (CO) gibi önemli sistolik ve diyastolik parametrelerin in vivo nicel olarak güvenilir olarak ölçülmesini göstermekteyiz. Patolojik durumların daha hassas bir şekilde değerlendirilmesine olanak sağlamak için güvenilir bir dizi normal sağlıklı yetişkin zebrabalığı kardiyak fonksiyonel ve boyutsal parametrelerin oluşturulmasına katkıda bulunuyoruz. Genel olarak, zebra balığı kalp fonksiyonlarını değerlendirmek için sağlam bir yöntem saðlamak için sağlam bir yöntem saðlamak, zebrafish kalp hastalığı modelleri kurulması ve doğrulanmasında son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır6,16, kalp yaralanması ve kurtarma10,13, ve rejenerasyon 11,12, ve daha fazla potansiyel ilaçları değerlendirmek için kullanılabilir.12
Protocol
Representative Results
Discussion
Erişkin zebra balıklarında ekokardiyografik görüntüleme ve kardiyak fonksiyonun değerlendirilmesi için sistematik bir yöntem tanımladık. Ekokardiyografi canlı erişkin balık kardiyak görüntüleme ve fonksiyonel analiz için mevcut tek non-invaziv ve en sağlam yöntemdir, ve zebrabalığı kardiyovasküler araştırmalarda giderek daha popüler hale gelmektedir. İhtiyaç duyulan süre kısadır ve yüksek iş ve boylamsal çalışmalara olanak sağlar. Ancak, kullanılan metodoloji ve veri analizinde öne…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Fred Roberts’ın teknik desteğine ve el yazmasının revizyonuna teşekkür ederiz.
Materials
| Double sided tape | |||
| Fish net | |||
| Glass container – 100 inch high | |||
| High frequency transducer | Fujifilm/VisualSonics | MX700 | Band width 29-71 MHz, Centre transmit 50 MHz, Axial resolution 30 µm |
| Plastic teaspoon | |||
| Scalpel or scissors | |||
| Small fish tanks | |||
| Sponge (kitchen sponge) | |||
| Transfer pipets (graduated 3 mL) | Samco Scientific | 212 | |
| Tricaine (MS-222) | Sigma-Aldrich | A5040 | |
| Vevo 3100 Imaging system and imaging station | Fujifilm/VisualSonics | ||
| Vevo LAB sofware v 1.7.1 | Fujifilm/VisualSonics |
Referências
- Santoriello, C., Zon, L. I. Hooked! Modeling human disease in zebrafish. Journal of Clinical Investigation. 122 (7), 2337-2343 (2012).
- Verkerk, A. O., Remme, C. A. Zebrafish: a novel research tool for cardiac (patho)electrophysiology and ion channel disorders. Frontiers in Physiology. 3, 255 (2012).
- Bakkers, J. Zebrafish as a model to study cardiac development and human cardiac disease. Cardiovascular research. 91 (2), 279-288 (2011).
- Poon, K. L., Brand, T. The zebrafish model system in cardiovascular research: A tiny fish with mighty prospects. Global Cardiology Science and Practise. 2013 (1), 9-28 (2013).
- Jopling, C., et al. Zebrafish heart regeneration occurs by cardiomyocyte dedifferentiation and proliferation. Nature. 464 (7288), 606-609 (2010).
- Mishra, S., et al. Zebrafish model of amyloid light chain cardiotoxicity: regeneration versus degeneration. American Journal of Physiology Heart Circulatory Physiology. 316 (5), H1158-H1166 (2019).
- Shin, J. T., Pomerantsev, E. V., Mably, J. D., MacRae, C. A. High-resolution cardiovascular function confirms functional orthology of myocardial contractility pathways in zebrafish. Physiologycal Genomics. 42 (2), 300-309 (2010).
- Mishra, S., et al. Human amyloidogenic light chain proteins result in cardiac dysfunction, cell death, and early mortality in zebrafish. American Journal of Physiology Heart Circulatory Physiology. 305 (1), H95-H103 (2013).
- Ernens, I., Lumley, A. I., Devaux, Y., Wagner, D. R. Use of Coronary Ultrasound Imaging to Evaluate Ventricular Function in Adult Zebrafish. Zebrafish. 13 (6), 477-480 (2016).
- González-Rosa, J. M., et al. Use of Echocardiography Reveals Reestablishment of Ventricular Pumping Efficiency and Partial Ventricular Wall Motion Recovery upon Ventricular Cryoinjury in the Zebrafish. PLoS One. 9 (12), (2014).
- Huang, C. C., Su, T. H., Shih, C. C. High-resolution tissue Doppler imaging of the zebrafish heart during its regeneration. Zebrafish. 12 (1), 48-57 (2015).
- Kang, B. J., et al. High-frequency dual mode pulsed wave Doppler imaging for monitoring the functional regeneration of adult zebrafish hearts. Journal of the Royal Society Interface. 12 (103), (2015).
- Lee, J., et al. Hemodynamics and ventricular function in a zebrafish model of injury and repair. Zebrafish. 11 (5), 447-454 (2014).
- Sun, L., Lien, C. L., Xu, X., Shung, K. K. In Vivo Cardiac Imaging of Adult Zebrafish Using High Frequency Ultrasound (45-75 MHz). Ultrasound in Medicine and Biology. 34 (1), 31-39 (2008).
- Wang, L. W., Kesteven, S. H., Huttner, I. G., Feneley, M. P., Fatkin, D. High-Frequency Echocardiography- Transformative Clinical and Research Applications in Humans, Mice, and Zebrafish. Circulation Journal. 82 (3), 620-628 (2018).
- Wang, L. W., et al. Standardized echocardiographic assessment of cardiac function in normal adult zebrafish and heart disease models. Disease Models & Mechanisms. 10 (1), 63 (2017).
- Lee, L., et al. Functional Assessment of Cardiac Responses of Adult Zebrafish (Danio rerio) to Acute and Chronic Temperature Change Using High-Resolution Echocardiography. PLOS ONE. 11 (1), e0145163 (2016).
- Genge, C. E., et al., Nilius, B., et al. . Reviews of Physiology, Biochemistry and Pharmacology. 171, 99-136 (2016).
