Échocardiographie à ultrasons à haute fréquence pour évaluer la fonction cardiaque des poissons zèbres
Summary
Nous décrivons un protocole pour évaluer la morphologie et la fonction de coeur dans le poisson zèbre adulte utilisant l’échocardiographie à haute fréquence. La méthode permet la visualisation du cœur et la quantification ultérieure des paramètres fonctionnels, tels que la fréquence cardiaque (HR), le débit cardiaque (CO), le changement fractionnel de zone (FAC), la fraction éjection (EF), et les vitesses d’affluence et d’écoulement du sang.
Abstract
Le poisson zèbre (Danio rerio) est devenu un organisme modèle très populaire dans la recherche cardiovasculaire, y compris les maladies cardiaques humaines, en grande partie en raison de sa transparence embryonnaire, la tractabilité génétique, et les commodités à des études rapides et à haut débit. Cependant, la perte de transparence limite l’analyse de la fonction cardiaque à l’étape adulte, ce qui complique la modélisation des affections cardiaques liées à l’âge. Pour surmonter ces limitations, l’échocardiographie à haute fréquence par ultrasons chez le poisson zèbre apparaît comme une option viable. Ici, nous présentons un protocole détaillé pour évaluer la fonction cardiaque dans le poisson zèbre adulte par échocardiographie non-invasive utilisant l’ultrason de haute fréquence. La méthode permet la visualisation et l’analyse de la dimension cardiaque du poisson zèbre et la quantification d’importants paramètres fonctionnels, y compris la fréquence cardiaque, le volume des accidents vasculaires cérébraux, la sortie cardiaque et la fraction d’éjection. Dans cette méthode, les poissons sont anesthésiés et gardés sous l’eau et peuvent être récupérés après la procédure. Bien que l’échographie à haute fréquence soit une technologie coûteuse, la même plate-forme d’imagerie peut être utilisée pour différentes espèces (p. ex., poissons murins et zèbres) en adaptant différents transducteurs. L’échocardiographie des poissons zèbres est une méthode robuste pour le phénotypage cardiaque, utile dans la validation et la caractérisation des modèles de maladies, en particulier les maladies tardives; les écrans de drogue; et des études sur les lésions cardiaques, la récupération et la capacité régénératrice.
Introduction
Le poisson zèbre (Danio rerio) est un modèle vertébré bien établi pour les études des processus de développement et des maladies humaines1. Les poissons zèbres ont une grande similitude génétique avec les humains (70%), la tractabilité génétique, la fécondité élevée et la transparence optique pendant le développement embryonnaire, ce qui permet une analyse visuelle directe des organes et des tissus, y compris le cœur. Bien qu’il n’ait qu’un atrium et un ventricule, le cœur du poisson zèbre(figure 1) est physiologiquement semblable aux cœurs à quatre chambres des mammifères. Fait important, la fréquence cardiaque des poissons zèbres, la morphologie de l’électrocardiogramme, et la forme potentielle d’action ressemblent à ceux des humains plus que les espèces murines2. Ces caractéristiques ont fait du poisson zèbre un excellent modèle de recherche cardiovasculaire et ont fourni des aperçus majeurs sur le développement cardiaque3,4, la régénération5, et les conditions pathologiques1,3,4, y compris l’artériosclérose, cardiomyopathies, arythmies, maladies cardiaques congénitales, et la cardiotoxicité de la chaîne de lumière amyloïde1,4,6. L’évaluation de la fonction cardiaque a été possible au cours de l’étape embryonnaire (1-jours après la fécondation) grâce à l’analyse vidéo directe à l’aide de la microscopie vidéo haute vitesse7,8. Cependant, les poissons zèbres perdent leur transparence au-delà du stade embryonnaire, limitant les évaluations fonctionnelles des cœurs matures normaux et des affections cardiaques tardives. Pour surmonter cette limitation, l’échocardiographie a été utilisée avec succès comme une alternative d’imagerie à haute résolution, en temps réel, non invasive pour évaluer la fonction cardiaque des poissons zèbres adultes9,10,11,12,13,14,15.
Chez les poissons zèbres, le cœur est situé ventrally dans la cavité thoracique immédiatement postérieure aux branchies avec l’atrium situé dorsale au ventricule. L’atrium recueille le sang veineux du sinus venosus et le transfère au ventricule où il est ensuite pompé au bulbus artériiosus(figure 1). Ici, nous décrivons un protocole physiologique, sous-marin, pour évaluer la fonction cardiaque chez le poisson zèbre adulte par échocardiographie non invasive à l’aide d’une sonde à ultrasons de tableau linéaire avec une fréquence centrale de 50 MHz pour l’imagerie en mode B à une résolution de 30 m. Étant donné que les ondes ultrasons peuvent facilement se déplacer dans l’eau, le maintien de la proximité entre le poisson et la sonde de balayage sous-marine fournit suffisamment de surface de contact pour la détection cardiaque sans besoin de gel ultrason et est globalement moins stressant pour le poisson. Bien que les systèmes alternatifs d’échocardiographie de poisson zèbre aient été rapportés par plusieurs auteurs9,12,13, ici nous présentons la configuration générale et la plus couramment utilisée qui s’applique à l’ultrason de haute fréquence chez les animaux.
La méthode permet l’imagerie à haute résolution du cœur adulte du poisson zèbre, le traçage des structures cardiaques, et la quantification des vitesses de pointe des mesures de flux sanguin Doppler. Nous montrons la quantification in vivo fiable des paramètres systoliques et diastoliques importants, tels que la fraction d’éjection (EF), le changement fractionnel de secteur (FAC), l’afflux de sang ventriculaire et les vitesses d’écoulement, la fréquence cardiaque (HR), et la sortie cardiaque (CO). Nous contribuons à établir une gamme fiable de paramètres fonctionnels et dimensionnels adultes en bonne santé du poisson zèbre pour permettre une évaluation plus précise des états pathologiques. Dans l’ensemble, nous fournissons une méthode robuste pour évaluer la fonction cardiaque chez le poisson zèbre, qui s’est avéré extrêmement utile dans l’établissement et la validation des modèles de maladies cardiaques du poisson zèbre6,16, les dommages cardiaques et la récupération10,13, et la régénération11,12, et peut être davantage utilisé pour évaluer les médicaments potentiels.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous décrivons une méthode systématique pour l’imagerie échocardiographique et l’évaluation de la fonction cardiaque dans le poisson zèbre adulte. L’échocardiographie est la seule méthode non invasive et la plus robuste disponible pour l’imagerie cardiaque et l’analyse fonctionnelle des poissons adultes vivants, et elle est de plus en plus populaire dans la recherche cardiovasculaire des poissons zèbres. Le temps nécessaire est court et permet des études longitudinales et à haut débit. Cependant, i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions le soutien technique et la révision du manuscrit par Fred Roberts.
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 |
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