تصوير صدى القلب بالموجات فوق الصوتية عالي التردد لتقييم وظيفة القلب في زيبرافيش
Summary
نحن نصف بروتوكول لتقييم مورفولوجيا القلب ووظيفة في حمار وحشي بالغ باستخدام تخطيط صدى القلب عالي التردد. تسمح الطريقة بتصور القلب والقياس الكمي اللاحق للمعلمات الوظيفية ، مثل معدل ضربات القلب (HR) ، وناتج القلب (CO) ، وتغيير المنطقة الكسرية (FAC) ، وجزء القذف (EF) ، وتدفق الدم وسرعات التدفق إلى الخارج.
Abstract
أصبح حمار وحشي(Danio rerio)كائنًا نموذجيًا شائعًا جدًا في أبحاث القلب والأوعية الدموية ، بما في ذلك أمراض القلب البشري ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى شفافيته الجنينية ، وقابلية النقل الجينية ، ووسائل الراحة للدراسات السريعة عالية الإنتاجية. ومع ذلك ، فإن فقدان الشفافية يحد من تحليل وظائف القلب في مرحلة البالغين ، مما يعقد نمذجة أمراض القلب المرتبطة بالعمر. للتغلب على هذه القيود ، يظهر تصوير صدى القلب بالموجات فوق الصوتية عالي التردد في سمك الحمار الوحشي كخيار قابل للتطبيق. هنا، نقدم بروتوكول مفصل لتقييم وظيفة القلب في سمك الحمار الوحشي الكبار عن طريق تخطيط صدى القلب غير الغازية باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية التردد. تسمح الطريقة بتصور وتحليل بُعد قلب الحمار الوحشي وقياس المعلمات الوظيفية الهامة ، بما في ذلك معدل ضربات القلب وحجم السكتة الدماغية والإخراج القلبي وجزء القذف. في هذه الطريقة ، يتم تم ّت ّ تَدْوّر السمكَ وتبقى تحت الماء، ويمكن استردادها بعد العملية. على الرغم من أن الموجات فوق الصوتية عالية التردد هي تقنية مكلفة ، يمكن استخدام نفس منصة التصوير لأنواع مختلفة (على سبيل المثال ، المورين وسمك الحمار الوحشي) عن طريق تكييف محولات مختلفة. تصوير صدى القلب حمار وحشي هو طريقة قوية لفينوبة القلب، مفيدة في التحقق من صحة وتوصيف نماذج الأمراض، وخاصة الأمراض في وقت متأخر من ظهور; شاشات المخدرات؛ ودراسات من إصابة القلب، والانتعاش، والقدرة على التجديد.
Introduction
وحمار وحشي(Danio rerio)هو نموذج الفقاريات راسخة لدراسات عمليات التنمية والأمراض البشرية1. وللحمار الوحشي تشابه وراثي كبير مع البشر (70%)، وقابلية للحصول على السمية الوراثية، وخصوبة عالية، وشفافية بصرية أثناء التطور الجنيني، مما يسمح بالتحليل البصري المباشر للأعضاء والأنسجة، بما في ذلك القلب. على الرغم من وجود الأذين واحد فقط والبطين واحد، وقلب حمار وحشي(الشكل 1)يشبه من الناحية الفسيولوجية إلى قلوب الثدييات أربع غرف. الأهم من ذلك ، فإن معدل ضربات القلب حمار وحشي ، ومورفولوجيا تخطيط القلب ، وشكل العمل المحتمل تشبه تلك التي من البشر أكثر من أنواع المورين2. وقد جعلت هذه الميزات حمار وحشي نموذجا ممتازا لأبحاث القلب والأوعية الدموية وقدمت رؤى رئيسية في تطور القلب3،4، تجديد5، والظروف المرضية1،3،4، بما في ذلك تصلب الشرايين ، اعتلال عضلة القلب ، عدم انتظام ضربات القلب ، أمراض القلب الخلقية ، وسلسلة الأميلويد الضوئية السمية القلبية1،4،6. وقد تم تقييم وظيفة القلب ممكن خلال المرحلة الجنينية (1 أيام بعد الإخصاب) من خلال تحليل الفيديو المباشر باستخدام المجهر الفيديو عالية السرعة7،8. ومع ذلك، تفقد سمك الحمار الوحشي شفافيتها خارج المرحلة الجنينية، مما يحد من التقييمات الوظيفية للقلوب الناضجة العادية وأمراض القلب المتأخرة. للتغلب على هذا القيد ، تم استخدام تخطيط صدى القلب بنجاح كبديل تصويري عالي الدقة وفي الوقت الحقيقي وغير باضع لتقييم وظيفة قلب الحمار الوحشي البالغ9،10،11،12،13،14،15.
في حمار وحشي، يقع القلب ventrally في تجويف الصدر الخلفي مباشرة إلى الخياشيم مع الأذين تقع الظهر إلى البطين. يجمع الأذين الدم الوريدي من الوريد الالجيوب الأنفية وينقلها إلى البطين حيث يتم ضخه إلى الشرايين اللمبية(الشكل 1). هنا، نصف بروتوكول فسيولوجية تحت الماء لتقييم وظيفة القلب في سمك الحمار الوحشي البالغ عن طريق تخطيط صدى القلب غير الغازيباستخدام مسبار الموجات فوق الصوتية الصفيف الخطي مع تردد مركز 50 ميغاهرتز للتصوير B-الوضع بدقة 30 ميكرومتر. منذ الموجات فوق الصوتية يمكن السفر بسهولة من خلال المياه، والحفاظ على القرب بين الأسماك ومسبار المسح تحت الماء يوفر ما يكفي من سطح الاتصال للكشف عن القلب مع عدم الحاجة إلى هلام الموجات فوق الصوتية وعموما أقل إرهاقا للأسماك. على الرغم من أن تم الإبلاغ عن أنظمة تخطيط صدى صدى الحمار الوحشي البديلة من قبل العديد من المؤلفين9،12،13، هنا نقدم الإعداد العام والأكثر استخدامًا الذي ينطبق على الموجات فوق الصوتية عالية التردد في الحيوانات.
تسمح هذه الطريقة بالتصوير عالي الدقة لقلب سمك الحمار الوحشي البالغ ، وتتبع هياكل القلب ، وقياس سرعات الذروة من قياسات تدفق الدم دوبلر. نظهر موثوقية في القياس الكمي الجسمي للمعلمات الانقباضي والانبساطي الهامة، مثل كسر القذف (EF)، وتغيير المنطقة الكسرية (FAC)، وتدفق الدم البطيني وسرعات التدفق، ومعدل ضربات القلب (HR)، وناتج القلب (CO). نحن نساهم في إنشاء مجموعة موثوقة من المعلمات القلبية والوظائف والأبعاد الصحية للبالغين العاديين للسماح بإجراء تقييم أكثر دقة للحالات المرضية. عموما، ونحن نقدم طريقة قوية لتقييم وظيفة القلب في حمار وحشي، والتي أثبتت مفيدة للغاية6في إنشاء والتحقق من صحة نماذج أمراض القلب حمار وحشي6،16،إصابة القلب والانتعاش10،,13،وتجديد11،,12،ويمكن استخدامها كذلك لتقييم الأدوية المحتملة.
Protocol
Representative Results
Discussion
نحن نصف طريقة منهجية لتصوير صدى القلب وتقييم وظيفة القلب في سمك الحمار الوحشي الكبار. تخطيط صدى القلب هو الأسلوب الوحيد المتاح غير الغازية والأكثر قوة لتصوير القلب الأسماك البالغة الحية والتحليل الوظيفي، وأنها أصبحت شعبية متزايدة في أبحاث القلب والأوعية الدموية حمار وحشي. مقدار الوقت ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر دعم فريد روبرتس التقني وتنقيحه للمخطوطة.
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 |
References
- 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).
