High-Frequency Ultrasound Echocardiography om zebravissen cardiale functie te beoordelen

De zebravis(Danio rerio) is een gevestigd eikmodel voor studies naar ontwikkelingsprocessen en menselijke ziekten¹. Zebravissen hebben een hoge genetische gelijkenis met de mens (70%), genetische traktatabiliteit, hoge vruchtbaarheid, en optische transparantie tijdens de embryonale ontwikkeling, die het mogelijk maakt directe visuele analyse van organen en weefsels, met inbegrip van het hart. Ondanks het feit dat slechts een atrium en een ventrikel, de zebravissen hart (Figuur 1) is fysiologisch vergelijkbaar met zoogdier vier-kamerharten. Belangrijk is dat de zebravis hartslag, elektrocardiogram morfologie, en actie potentiële vorm lijken op die van de mens meer dan murine soorten². Deze kenmerken hebben zebravissen een uitstekend model voor cardiovasculair onderzoek en hebben belangrijke⁵inzichten in hartontwikkeling^43,,4 , regeneratie 5 , en pathologische aandoeningen^1,3,4, met inbegrip van aderverkalking, cardiomyopathies, hartritmestoornissen, aangeboren hartziekten, en amyloïde lichtketen cardiotoxiciteit^1,4,6. Beoordeling van de hartfunctie is mogelijk geweest tijdens de embryonale fase (1-daagse na bevruchting) door middel van directe video-analyse met behulp van high-speed video microscopie^7,8. Zebravissen verliezen echter hun transparantie na het embryonale stadium, waardoor functionele evaluaties van normale volwassen harten en late hartaandoeningen worden beperkt. Om deze beperking te overwinnen, echocardiografie is met succes gebruikt als een hoge resolutie, real-time, niet-invasieve beeldvorming alternatief voor de evaluatie van volwassen zebravissen hartfunctie^{9,10,11,12,13,14,15}.

Bij zebravis bevindt het hart zich ventrally in de borstholte onmiddellijk achterstelijk aan de kieuwen met het atrium gelegen rugspier aan de ventrikel. Het atrium verzamelt veneuze bloed uit de sinus venosus en brengt het over naar de ventrikel waar het verder wordt gepompt naar de bulbus arteriosus (Figuur 1). Hier beschrijven we een fysiologisch, onderwaterprotocol om de cardiale functie bij volwassen zebravissen te beoordelen aan de hand van niet-invasieve echocardiografie met behulp van een lineaire array echografiesonde met een middenfrequentie van 50 MHz voor B-modus beeldvorming met een resolutie van 30 μm. Aangezien ultrasone golven gemakkelijk door water kunnen reizen, biedt het houden van de nabijheid tussen de vissen en de scansonde onderwater genoeg contactoppervlak voor hartdetectie zonder behoefte aan ultrasone gel en is over het algemeen minder belastend voor de vissen. Hoewel alternatieve zebravissen echocardiografie systemen werden gemeld door verschillende auteurs^9,12,13, hier presenteren we de algemene en meest gebruikte setup die van toepassing is op hoge frequentie echografie bij dieren.

De methode maakt hoge resolutie beeldvorming van de volwassen zebravissen hart, het traceren van hartstructuren, en kwantificering van piek-snelheden van Doppler bloedstroom metingen. We tonen betrouwbare in vivo kwantificering van belangrijke systolische en diastolische parameters, zoals uitwerpfractie (EF), fractionele gebiedsverandering (FAC), ventriculaire bloedinstroom en uitstroomsnelheden, hartslag (HR) en cardiale output (CO). We dragen bij aan het vaststellen van een betrouwbaar scala aan normale gezonde volwassen zebravissen cardiale functionele en dimensionale parameters om een meer nauwkeurige evaluatie van pathologische toestanden mogelijk te maken. Over het algemeen bieden we een robuuste methode om de hartfunctie bij zebravissen te beoordelen, die zeer nuttig is gebleken bij het vaststellen en valideren van zebravissen hart-en vaatziekten modellen^6,,16,hartletsel en herstel^10,13, en regeneratie^11,12, en kan verder worden gebruikt om potentiële geneesmiddelen te evalueren.