심근 기계 변형의 변위 분석 (DIAMOND) 배아 제브라피시에 있는 심장 기능의 분할 이질성을 제시합니다

Junjie Chen; René R. Sevag Packard

doi:10.3791/60547

Method Article

심근 기계 변형의 변위 분석 (DIAMOND) 배아 제브라피시에 있는 심장 기능의 분할 이질성을 제시합니다

DOI:

10.3791/60547

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February 6th, 2020

Junjie Chen¹ , René R. Sevag Packard¹^,²^,³

¹Division of Cardiology, Department of Medicine, David Geffen School of Medicine at University of California, Los Angeles, ²Ronald Reagan UCLA Medical Center, ³Veterans Affairs West Los Angeles Medical Center

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 프로토콜의 목적은 생리적 및 병리학적 조건 모두에서 배아 제브라피시의 분절 심장 기능 평가를 위한 새로운 방법을 자세히 설명하는 것입니다.

Abstract

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제브라피쉬는 심근병증과 재생을 위한 모델 유기체로 점점 더 많이 활용되고 있습니다. 심장 기능을 평가하는 현재의 방법은 세그먼트 역학을 안정적으로 감지하지 못하며 제브라피시에서는 쉽게 실현 가능하지 않습니다. 여기에서 우리는 4차원 (4D) 세그먼트 심장 기능의 정량적 평가를 위한 반자동, 오픈 소스 방법을 제시합니다: 심근 기계적 변형의 변위 분석 (DIAMOND). 형질전환 배아 제브라피쉬는 4D 심장 운동 동기화를 이용하여 광시트 형광 현미경 시스템을 사용하여 생체 내에서 영상을 생성했다. 획득한 3D 디지털 하트는 엔드 시스톨 및 엔드 디아스톨에서 재구성되었으며, 심실은 수동으로 이진 데이터 세트로 분할되었습니다. 그 후, 심장의 방향을 조정하고 진정한 짧은 축을 따라 이소열성 으로 재샘플링하고, 심실은 짧은 축을 따라 8 개의 부분 (I-VIII)으로 균등하게 분할되었다. 끝 수축기와 끝 확장기의 다른 리샘플링 평면과 행렬로 인해 리샘플링된 수축기 및 확장기 이미지 행렬 사이의 원래 공간 관계를 복원하기 위해 이미지 등록에 변환 행렬이 적용되었습니다. 이미지 등록 후, 각 세그먼트의 변위 벡터를 엔드 시스톨에서 엔드 디아스톨까지 3차원(3D)의 질량 중심의 변위를 기준으로 계산하였다. DIAMOND는 방실 운하에 인접한 기저 심근 세그먼트가 가장 높은 기계적 변형을 겪고 독소루비신에 의한 심장 손상에 가장 취약하다는 것을 보여줍니다. 전반적으로, DIAMOND는 생리적 및 병리학적 조건 모두에서 전통적인 배출 분획 (EF)을 넘어 제브라피시 배아의 분할 심장 역학에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

Introduction

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화학요법 유도된 심장 독성 및 계속되는 심부전은 화학요법 중단을 위한 주된 이유 의 한개입니다^1. 따라서, 심장 기능 평가는 심장 독성의 식별에 중요한 역할을하고, 더 중요한 것은, 화학 요법 다음 초기 심장 부상의 예측에^2. 그러나, 심장 기능 평가에 대한 현재의 접근법은 한계를 만난다. 좌심실 배출 분율(LVEF)과 같은 방법은 부상 후 전 세계적으로 종종 지연되는 심장^역학만을제공합니다^3,^4. 조직 도플러 화상 진찰은 세그먼트 심근 변형 정보를 제공하지만 중요한 관찰자 및 관찰자 간 가변성으로 고통받고, 부분적으로 초음파 빔 각도 의존성 으로 인해^5. 2차원(2D) 반점 추적은 이론적으로 각도 의존성을 제거하는 심초음파의 B 모드를 이용하지만, 그 정확도는 평면 외 모션^6에의해 제한됩니다. 따라서, 세그먼트 심장 기능을 정량화하기위한 엄격한 접근은 연구 및 임상 설정 모두에서 부족하다.

이러한 맥락에서, 우리는 3D 공간에서 심근 질량 중심의 변위 벡터를 결정하기 위....

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Protocol

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여기에 설명된 모든 방법은 UCLA 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았으며, 실험은 UCLA 동물 연구국에서 승인한 프로토콜에 따라 수행되었습니다.

1. 사육 Tg (cmlc2:mCherry) 얼룩말 물고기와 배아의 수집

이전에 확립된 축산 및 사육 관행에 설명된 대로 주택, 사육 및 배아 수집 절차를 따르십시오. 자세한 내용은 메서슈미트 외^9를참조하십시오.
수집된 배아를 0.003% 1-페닐-2-티오레아(PTU)로 치료하여 E3 배지 18시간 후 추론하여 LSFM 이미징을 위한 배아의 투명도를 유지한다.

2. 심장 손상을 유도하는 독소루비신 치료

3 일 후 풍부화 (dpf)에서 E3 어항 수질 배지에서 10 μM의 농도로 독소 루비신으로 배아를 치료하십시오. 4 dpf로 24 시간 처리 한 후, 독소 루비신 배지를 신선한 E3 배지로 대체하십시오.
주의: 독소루비신은 화학요법 약물입니다. 적절한 개인 보호 장비(PPE)가 필요하며 폐기물은 생물학적 위험 폐기물 용기에 폐기해야 합니다.

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Results

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3D 분절 심장 기능을 평가하기 위해 DIAMOND가 개발된 프로세스는 그림 1에제시되어 있습니다. LSFM 이미지 획득 및 배아 제브라피시 심장의 3D로의재구성(그림 1A)에이어, 실제 단축 평면은 수직 및 수평 긴 축에 수직인 평면으로 결정하였으며, 둘 다 다중 평면 뷰어에서 결정된다(그림1B). 심장은 짧은 축 평면을 따라샘플링(도 1C)및 내측심실 공동의 중심을 내실 운하의 중심으로 연결하는 가상 분할 선(빨간색 점선)에 따라 균등한 각도로 구성된 8개의 동등한 세그먼트로 나누었다(그림1E). 식별된 세그먼트의 3D 묘사는 단면도(도 1<.......

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Discussion

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세그먼트 심근 기능의 정량화를 위한 엄격한 전략은 심근^상해의무감각하고 지연된 표시기로 알려져 있는 전통적인 EF를 넘어 심장 역학을 평가하기 위하여 중요합니다^1,^4,^12. 따라서, 초기 심근 변화의 마커에 대한 관심이 증가하고 있으며, 심실 기능 장애를 예측하는 초기 지표로서 심근 변형 매개 변수를 지원하는 문헌의^{증가체가 4,}^13. 좌심실(LV) 균주의 심초음파 측정은 심근 변형^{측정(13)의}확립된 방법을 제공한다. 그러나, 조직 도플러 계 균주 영상은 각도 의존성 및 관찰자 내 및 관찰자 간^{가변성(14)으로}인해 다수의 결점으로부터 고통받고 있다. 반점 추적 심초음파(STE)는.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 이해 상충이 존재하지 않는다고 선언했다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

본 작품은 미국 심장 협회 보조금 16SDG30910007 및 18CDA34110338, 그리고 건강의 국가 학회 보조금 HL083015, HL111437, HL118650 및 HL129727에 의해 지원되었습니다.

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Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Amira6	FEI		이미지 분석 소프트웨어
DAPT	Millipore Sigma	D5942-5MG
독소루비신 염산염	Millipore Sigma	D1515-10MG
에틸 3-아미노벤조에이트 메탄설포네이	Millipore Sigma	E10521-10G	Tricaine
MATLAB	MathWorks		프로그래밍 환경
MATLAB Image Processing Toolbox	MathWorks		이미지 프로세싱 툴박스

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References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ewer, M. S., Ewer, S. M. Cardiotoxicity of anticancer treatments. Nature Reviews Cardiology. 12 (9), 547-558 (2015).
Thavendiranathan, P., Wintersperger Bernd, J., Scott, F. D., Thomas D, M. H. Cardiac MRI in the Assessment of Cardiac Injury and Toxicity ....

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심근 기계 변형의 변위 분석 (DIAMOND) 배아 제브라피시에 있는 심장 기능의 분할 이질성을 제시합니다

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