تقييم عبر الجلد من وظيفة الكلى في القوارض واعية
Summary
Determination of glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard to assess overall kidney function. However, traditional procedures to measure this parameter are cumbersome and require a large investment of time. Here we describe a faster and minimally invasive method to determinate GFR transcutaneously.
Abstract
Glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard to assess overall kidney function. However, traditional methods to evaluate GFR are cumbersome and time-consuming. In addition, serial blood or urine samples are required, with the associated stress for the experimental animals. A recent technique significantly reduces the investment in time and resources, minimizing the invasiveness and the animal stress, but being equally valid as the traditional approaches. The method measures transcutaneously renal function. Using an optical device and the exogenous renal marker fluorescein isothiocyanate (FITC)-sinistrin, this technique is capable of measuring the elimination kinetics of the marker through the skin. With neither blood nor urine samples nor the associated laboratory assays needed, the results of the transcutaneous measurement are almost instantaneously available. The method has been already validated in different species and successfully applied in several models of renal pathology. Moreover, due to its minimally invasive characteristics, it is suitable for sequential measurements within the same animal. Here is provided a detailed protocol to carry out the transcutaneous assessment of renal function in rodents.
Introduction
معدل الترشيح الكبيبي (GFR) هو أفضل معلمة لتقييم وظائف الكلى بشكل عام. المعيار الذهبي لتحديد معدل الترشيح الكبيبي يعتمد على إزالة البول أو البلازما من علامات الكلى الخارجية، مثل حبوب 1. ومع ذلك، فإن هذه الإجراءات هي مضيعة للوقت ومعقدة، وتتطلب جمع الدم التسلسلي و / أو عينات البول وفحوصات المختبر الخلفي لتحليلها. وبالإضافة إلى ذلك، وهذه الأساليب هي الغازية والمجهدة للحيوانات، مما يحد من عدد المرات وتردد فيه القياسات يمكن أن تتكرر. وقد تم تطوير عدد من النهج البديلة لتبسيط الإجراءات التقليدية لتحديد معدل الترشيح الكبيبي، لكنها لا تزال تعتمد على البول والبلازما أخذ العينات 2-4 و / أو تتطلب التخدير العميق 5،6، والذي يعرف للتأثير على ديناميكا الدم الكلوي وظيفة 7، 8. المنتجات النهائية من عملية التمثيل الغذائي، مثل الكرياتينين، كما تستخدم على نطاق واسع لتقدير وظيفة الكلى. ومع ذلك، فمن المعروف أن accurACY من هذه العلامات الذاتية ليس الأمثل، وعلاوة على ذلك، لتحليلها، البول أو أخذ عينات الدم أمر لا غنى عنه أيضا.
نحن هنا وصف منهجية عبر الجلد لتقييم وظيفة الكلى في الحيوانات واعية. هذا الأسلوب هو أبسط وأسرع من الطرق التقليدية وكذلك فقط الغازية الحد الأدنى. مع هذه التقنية، وذلك باستخدام جهاز بصري المنمنمة و-sinistrin خارجية المنشأ الكلوي علامة فلوريسئين ثيوسيانات (FITC)، فمن الممكن لتحديد وظائف الكلى تقريبا في الوقت الحقيقي دون الحاجة إلى البلازما أو أخذ عينات البول ودون القسطرة الجراحية لإدارة المواد المخدرة. ونظرا لهذه الخصائص، فإن هذه الطريقة مناسبة لإجراء قياسات متتابعة في نفس الحيوان.
FITC-sinistrin هو علامة الكلى تصفيتها بحرية الكبيبة، مع عدم استيعاب أنبوبي أو إفراز. الجزء البصري للجهاز المنمنمة يتكون من اثنين من الثنائيات الباعثة للضوء (LED)، والتي تثيرعلامة تدار والضوئي للكشف عن مضان المنبعثة من خلال الجلد. يتم تخزين البيانات المسجلة في الذاكرة الداخلية المدمجة في الجهاز والتي يمكن استخدامها لتوليد حركية القضاء منحنى FITC sinistrin. يتم توفير الطاقة بواسطة بطارية صغيرة يثيوم قابلة للشحن. للحصول على معلومات أكثر تفصيلا عن الجهاز ومكوناته الفردية الرجوع إلى شرايبر وآخرون. 9. هي التي شنت الجهاز بسهولة في جسم الحيوان باستخدام رقعة لاصقة على الوجهين يحمل نافذة شفافة للمكونات البصرية. وهنا النتائج متوفرة بسهولة بعد فترة تسجيل قد انتهت.
مع أسلوب وبروتوكول المقدمة هنا، ونحن نقدم تكنولوجيا واعدة والتي يمكن أن تحل محل معيار الذهب الحالي لتحديد معدل الترشيح الكبيبي، وليس فقط في مجال البحوث ولكن أيضا في مجال السريري.
Protocol
Representative Results
Discussion
تصف هذه الورقة الإجراء لتحديد وظائف الكلى في القوارض واعية باستخدام جهاز المنمنمة وخارجي علامة الكلى FITC-sinistrin. كما ذكر من قبل، وهذا الأسلوب له العديد من المزايا مقارنة مع الإجراءات التقليدية لإزالة البول والبلازما. واحد منهم هو الاستقلال عن اخذ عينات من الدم والبول مما يؤدي إلى تحقيق وفورات كبيرة من حيث المواد الاستهلاكية، والوقت، وبطبيعة الحال، والإجهاد الحيوان.
كما هو مبين في الجدول رقم 2، ودخيلة علامة الكلى FITC-sinistrin وقياس حركية القضاء عليه من خلال الجلد تسمح للتأثير أمراض الكلى على وظيفة الكلى لدراستها 9،10،14-18. جمع التسلسلي للعينات الدم اللازمة لتقييم إزالة البلازما أو المؤشرات الحيوية لأمراض الكلى والمجهدة للحيوان، مرهقة وللباحثين تستغرق وقتا طويلا. لذلك، كانت قياسات متتابعة في نفس الحيوان ليمited من رفاهية الحيوانات وأسباب منهجية. وثبت استنساخ داخل الحيوان من قياس عبر الجلد 13 يجعلها الأسلوب الأمثل للكشف عن تغيرات في وظائف الكلى بسبب تطور المرض أو الشيخوخة. لنفس السبب، كما يمكن أن يكون مفيدا للغاية لدراسة فعالية المناهج العلاجية.
اثنين من الخطوات الحاسمة لنجاح تطبيق هذه التكنولوجيا هي تثبيت الجهاز البصري على الحيوان والإدارة الصحيحة للعلامة. يجب أن يكون الجهاز ثابتة بشكل مناسب لتجنب القطع الأثرية الحركة. لهذا الغرض، ومنع الحجز ومفرزة من التصحيح لاصقة على الوجهين أمر بالغ الأهمية لأنها يمكن أن تؤدي إلى فقدان خصائصه لاصق وفي نهاية المطاف إلى تثبيت غير مناسب على الحيوان. كما ورد في البروتوكول، تجميد وحماية الجهاز البصري من خلال تغطية ذلك مع شريط لاصق هو نهج فعال لضمان ADEQUATه التثبيت. عند تنفيذ FITC-sinistrin حقن البلعة من الأهمية بمكان لإدارة كل مادة عن طريق الوريد وليس تحت الجلد. الافراج عن علامة في الأنسجة تحت الجلد يمكن التعرف عليها بسهولة من قبل عصابة الصفراء تحلق ذيل الحيوان التي تنتجها اللون FITC-sinistrin نفسه. وحقن تحت الجلد يظهر عادة ما منحنى تملق ولفترة طويلة وقت علامة الإفراز. الحد الممكن من هذا الأسلوب هو أكثر صلة لعلامة تستخدم من مع التكنولوجيا في حد ذاتها. وعندما تكون موجودة في جلد حيوان ذمة، لن أوصى التقييم عبر الجلد وظيفة الكلى، كما أن هناك حجرة إضافية التي يمكن أن تغير ديناميات إفراز FITC-sinistrin. وبالمثل، يمكن أن الجلد المصطبغ تحد من استخدام هذه التقنية نظرا لتداخل الإثارة وانبعاث أطياف FITC-sinistrin والميلانين. ومع ذلك، في الحيوانات مع تصبغ الجلد في البقع، ويتم حل المشكلة عن طريق وضع البصريةجزء من الجهاز في منطقة unpigmented.
ومن الممكن تعديل الجوانب المختلفة للتقييم عبر الجلد وظيفة الكلى من أجل التكيف مع الإجراء لمختلف أنواع الحيوانات و / أو النهج. على سبيل المثال، والجرعة الموصى بها FITC-sinistrin أو طول قياس يمكن تعديلها حسب الهدف من التجربة فضلا عن الأنواع المختلفة أو النماذج الحيوانية. وقد تم بالفعل تأكدت هذه القدرة على التكيف من الطريقة التي التطبيق الناجح في أنواع مختلفة من القوارض وعدة أنواع من سلالات يعانون من ظروف صحية متنوعة. وبالإضافة إلى ذلك، تم التحقق من صحة التقييم عبر الجلد وظيفة الكلى مؤخرا في الكلاب والقطط 12 مع نتائج ممتازة. نظرا للاختلافات لا شك بين هذه الحيوانات والقوارض، تحدد هذه الدراسة الجرعة المناسبة من FITC-sinistrin على حد سواء، والكلاب والقطط، وإنه أجرى قتا أطول بكثير قياس، 4 ساعات بدلا من ساعة 1 أو 2 استخدامد في القوارض.
معا، واستخدام هذه التقنية يمكن أن تساعدنا على الحصول على رؤى أكثر دقة في علاج امراض الكلى، بما في ذلك فهم أفضل لتطور المرض الكلوي وتأثير العلاج. خصائص التقييم عبر الجلد وظيفة الكلى يضعه كتقنية مناسبة ليتم تطبيقها في المجالات الطبية البشرية والبيطرية في المستقبل، وينبغي النظر فيها باعتبارها تكنولوجيا واعدة لتحل محل الطرق التقليدية.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ZHP was supported by the Marie-Curie project: NephroTools.
Materials
| NIC-Kidney device | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Software, batteries and chargers are provided together with the device/s. Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
| FITC-sinistrin | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
| Double-sided adhesive patch | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
| Isis Rodent electric shaver | Braun Aesculap | GT420 | |
| Isoflurane | Abbott GmbH | PZN4831850 | |
| Leukosilk adhesive tape | BSN medical | 102200 | |
| Tubular elastic gauze bandage | MaiMed Medical GmbH | 73012 | There are different sizes available. Size 1 is recommended for mice. |
| Veet depilation cream | Reckitt Benckiser | PZN7768307 | Sensitive skin formulation is recommended as is more gentle with the skin of the animals |
| Micro USB cable | Samsung | APCBU10BBE | |
| Deltajonin Physiologic solution | AlleMan Pharma GmbH | 3366954 | Alternatively, it can be used saline or PBS |
Riferimenti
- Stevens, L. A., Levey, A. S. Measured GFR as a confirmatory test for estimated GFR. J Am Soc Nephrol. 20, 2305-2313 (2009).
- Katayama, R., et al. Calculation of glomerular filtration rate in conscious rats by the use of a bolus injection of iodixanol and a single blood sample. J Pharmacol Toxicol Methods. 61, 59-64 (2010).
- Reinhardt, C. P., et al. Functional immunoassay technology (FIT), a new approach for measuring physiological functions: application of FIT to measure glomerular filtration rate (GFR). Am J Physiol Renal Physiol. 295, F1583-F1588 (2008).
- Rieg, T. A high-throughput method for measurement of glomerular filtration rate in conscious mice. J Vis Exp. , e50330 (2013).
- Yu, W., Sandoval, R. M., Molitoris, B. A. Rapid determination of renal filtration function using an optical ratiometric imaging approach. Am J Physiol Renal Physiol. 292, F1873-F1880 (2007).
- Wang, E., Sandoval, R. M., Campos, S. B., Molitoris, B. A. Rapid diagnosis and quantification of acute kidney injury using fluorescent ratio-metric determination of glomerular filtration rate in the rat. Am J Physiol Renal Physiol. 299, F1048-F1055 (2010).
- Colson, P., et al. Does choice of the anesthetic influence renal function during infrarenal aortic surgery?. Anesth Analg. 74, 481-485 (1992).
- Fusellier, M., et al. Influence of three anesthetic protocols on glomerular filtration rate in dogs. Am J Vet Res. 68, 807-811 (2007).
- Schreiber, A., et al. Transcutaneous measurement of renal function in conscious mice. Am J Physiol Renal Physiol. 303, F783-F788 (2012).
- Schock-Kusch, D., et al. Transcutaneous measurement of glomerular filtration rate using FITC-sinistrin in rats. Nephrol Dial Transplant. 24, 2997-3001 (2009).
- Schock-Kusch, D., et al. Transcutaneous assessment of renal function in conscious rats with a device for measuring FITC-sinistrin disappearance curves. Kidney Int. 79, 1254-1258 (2011).
- Steinbach, S., et al. A pilot study to assess the feasibility of transcutaneous glomerular filtration rate measurement using fluorescence-labelled sinistrin in dogs and cats. PLoS One. 9, e111734 (2014).
- Schock-Kusch, D., et al. Reliability of transcutaneous measurement of renal function in various strains of conscious mice. PLoS One. 8, e71519 (2013).
- Cowley, A. W., et al. Progression of glomerular filtration rate reduction determined in conscious Dahl salt-sensitive hypertensive rats. Hypertension. 62, 85-90 (2013).
- Giani, J. F., et al. Renal angiotensin-converting enzyme is essential for the hypertension induced by nitric oxide synthesis inhibition. J Am Soc Nephrol. 25, 2752-2763 (2014).
- Sadick, M., et al. Two non-invasive GFR-estimation methods in rat models of polycystic kidney disease: 3.0 Tesla dynamic contrast-enhanced MRI and optical imaging. Nephrol Dial Transplant. 26, 3101-3108 (2011).
- Trudu, M., et al. Common noncoding UMOD gene variants induce salt-sensitive hypertension and kidney damage by increasing uromodulin expression. Nat Med. 19, 1655-1660 (2013).
- Zollner, F. G., et al. Simultaneous measurement of kidney function by dynamic contrast enhanced MRI and FITC-sinistrin clearance in rats at 3 tesla: initial results. PLoS One. 8, e79992 (2013).
