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斑马鱼因其繁殖迅速、成本低廉、易于操作，并且具有与哺乳动物相似的生理和发育过程。广泛用于遗传发育类疾病、心血管疾病和神经系统疾病等诸多领域。斑马鱼心脏毒性模型是一种用于评估药物和其他化学物质对心脏功能的潜在影响的实验模型。斑马鱼心脏毒性模型因其高透明度和快速发育，特别适合于实时、动态地观察心脏的发育和功能变化。斑马鱼心脏毒性模型可以用于快速筛选药物的心脏毒性，能够在短时间内对大量药物进行初步筛选，可以利用斑马鱼心脏毒性模型深入探究心脏毒性的发病机制。该模型还可用于筛选和开发心脏保护药物。

斑马鱼心脏毒性模型：

药物诱导法是最常见的建立斑马鱼心脏毒性模型的方法之一。通过向斑马鱼养殖水体中添加具有潜在心脏毒性的药物来诱导心脏毒性。例如，阿霉素是一种广泛用于癌症治疗的药物，但它具有心脏毒性。将斑马鱼胚胎或成年斑马鱼暴露于一定浓度的阿霉素溶液中（如浓度为1-10 μmol/L），可以观察到斑马鱼心脏出现明显的毒性反应；使用三苯氧胺也可以诱导斑马鱼心脏毒性，这种药物通常用于治疗乳腺癌，但会对心脏产生不良影响；利用基因编辑技术，如CRISPR Cas9系统，对斑马鱼的特定基因进行编辑，使斑马鱼产生先天性心脏毒性相关的基因突变。例如，通过敲除或突变与心肌细胞收缩功能密切相关的基因（如tbx5基因），可以构建具有遗传性心脏毒性的斑马鱼模型。

80尾斑马鱼随机分为对照组、模型组、给药组，每组20尾。应用0.16 mg/mL三卡因麻醉斑马鱼，吸水纸吸干鱼身表面水分，称重，采用微量进样针向麻醉的成年斑马鱼腹腔进行注射，针与身体成45°插入腹鳍之间的中线，深度约为 1～2 mm。第 1～7 天，对照组和模型组给药，随后在养殖系统中静养 4周。静养4周后，将各组斑马鱼进行麻醉、称重，显微镜下在冰浴 PBS 溶液中取出心脏组织，取出的各组斑马鱼心脏根据后续实验需求，在4%多聚甲醛、OCT 包埋试剂和TriZol试剂中分别保存完整的心脏组织。

模型特点：

在心脏毒性模型中，斑马鱼心脏的形态会发生明显变化。心脏可能会出现心房和心室的扩张，正常的心脏结构比例失调。心脏瓣膜也可能出现异常，如瓣膜增厚、变形或关闭不全。这些变化可以通过显微镜观察斑马鱼的心脏切片或使用活体成像技术来检测。可以通过检测心脏的血流动力学参数来评估斑马鱼心脏的泵血功能，如心率、心输出量、血流速度等。在心脏毒性模型中，心率可能会出现减慢或不规则变化。正常斑马鱼胚胎的心率约为120-180次/分钟，成年斑马鱼心率约为100-140次/分钟，当出现心脏毒性时，心率可能会降低到正常水平的50%-70%。

指标及评估：

给药注射后每隔7 d观察各组斑马鱼存活情况，计算存活率。取材后，使用体式显微镜观察斑马鱼的心脏形态并拍照，根据最后存活情况测量心室面积，并计算心室面积/体质量；

通过高分辨率成像技术，如超声心动图或共聚焦显微镜，监测斑马鱼心脏的收缩功能和心率，以评估药物对心脏功能的影响；

观察斑马鱼在药物处理后的运动能力和行为变化，如游泳速度和活动量，这些可能间接反映心脏功能的变化。

显微镜下心脏图

微流体装置能够诱导斑马鱼产生光动反应（optomotor response），这是一种视觉引导的游泳行为，以及通过流体动力压力控制来固定斑马鱼的位置。使用计算机动画生成移动的网格图案，作为视觉刺激，以激发斑马鱼的光动反应。这些视觉刺激通过内部控制界面产生，该界面由斑马鱼的幼虫光动反应驱动。结合压力吸引控制系统，以确保斑马鱼在微流体装置中的正确位置，以便进行精确的成像和行为评估。利用微流体装置提供的稳定平台，对斑马鱼的内部循环（如心脏跳动和血管结构）和外部行为（如胸鳍跳动）进行综合评估。可能涉及到使用高速摄像技术或其他成像方法来捕捉斑马鱼的实时生理和行为反应。监测斑马鱼对心血管参数变化的响应，包括心率、血流速度、血管舒缩等。将选定的化学物质（如乙醇和咖啡因）用于处理斑马鱼，以研究这些物质对斑马鱼行为和心血管功能的影响。分析获得的数据，以确定心脏参数和行为终点之间的联系，以及药物处理对这些参数的影响。

微流体装置制造过程中涉及的一系列步骤（从I到vi）的示意图

(b) 视觉光图案1和2的移动方向示意图。

(c) 微流体通道中不同成像部分的几何设计细节示意图。

(d) 不同成像部分—心脏、胸鳍跳动和血管的示意图。

这种方法在非麻醉的状态下对斑马鱼进行实时、连续的心血管和行为评估，提供了一种研究心血管药理学和行为反应的有力工具。

参考文献：

  • Kithcart A, MacRae CA. Using Zebrafish for HighThroughput Screening of Novel Cardiovascular Drugs. JACC Basic Transl Sci. 2017 Feb 27;2(1):112.

  • DING Y H，SUN X J，HUANG W，et al. Haploinsufficiency of target of rapamycin attenuates cardiomyopathies in adult zebrafish ［J］. Circ Res，2011，109（6）：658669.

  • 曾来凤,林久茂,叶锦霞,等.基于斑马鱼模型研究活心丸对阿霉素心脏毒性的预防和作用机制[J].福建中医药,2024,55(02):3640.

  • Subendran, S., Wang, YC., Lu, YH. et al. The evaluation of zebrafish cardiovascular and behavioral functions through microfluidics. Sci Rep 11, 13801 (2021).

  • Eimon, P. M. & Rubinstein, A. L. The use of in vivo zebrafish assays in drug toxicity screening. Expert Opin. Drug Metab. Toxicol. 5, 393–401 (2009).

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