نموذج فعال للفأر لإصابة نقص التروية الكلوية أحادية الجانب
Summary
ترتبط إصابة نقص التروية الكلوية بارتفاع معدلات المراضة والوفيات لدى المرضى في المستشفيات. هنا ، نقدم نموذجا بسيطا وفعالا للفأر لإصابة نقص التروية الكلوية أحادية الجانب ونقدم نظرة عامة متسلسلة للتغيرات المرضية التمثيلية التي لوحظت في الكلى.
Abstract
تعد إصابة نقص التروية (IRI) السبب الرئيسي للفشل الكلوي الحاد وهي مساهم كبير في وظيفة الكسب غير المشروع المتأخرة. النماذج الحيوانية هي الموارد الوحيدة المتاحة التي تحاكي تعقيدات الأضرار المرتبطة بالمعهد الجمهوري الدولي التي تواجهها في الجسم الحي. تصف هذه الورقة نموذجا فعالا للفأر من IRI الكلوي الأحادي الجانب الذي يوفر بيانات قابلة للتكرار للغاية. يحدث نقص التروية عن طريق انسداد عنيق الكلى الأيمن لمدة 30 دقيقة تليها إعادة التروية. بالإضافة إلى الإجراء الجراحي ، سيتم توفير نظرة عامة متسلسلة على التغيرات الفسيولوجية والنسيجية المرضية المتوقعة بعد IRI الكلوي من خلال مقارنة البيانات من سبعة أوقات مختلفة لإعادة التروية (4 ساعات ، 8 ساعات ، 16 ساعة ، 1 يوم ، 2 أيام ، 4 أيام ، و 7 أيام). سيتم مشاركة البيانات الهامة للتخطيط للتجارب المقبلة ، مثل متوسط الوقت الجراحي ، ومتوسط استهلاك التخدير ، وتغيرات وزن الجسم بمرور الوقت. سيساعد هذا العمل الباحثين على تنفيذ نموذج IRI الكلوي الموثوق به واختيار وقت إعادة التروية المناسب الذي يتماشى مع أهداف التحقيق المقصودة.
Introduction
الكلى هي من بين أعلى الأعضاء المنصهرة في الجسم وهي عرضة للغاية للتغيرات في تروية الدم1. لا تزال إصابة نقص التروية الكلوية (IRI) السبب الرئيسي للفشل الكلوي الحاد 2,3 وترتبط بارتفاع معدلات الاعتلال وارتفاع معدل الوفيات في المرضى في المستشفى4. مع وجود خيارات علاجية محدودة متاحة ، 4,5 IRI الكلوي هو حاليا محور العديد من الجهود البحثية في الطب الحيوي6,7 تهدف إلى تطوير أهداف علاجية جديدة وتوصيف العلامات المبكرة والحساسة لإصابة الكلى 8,9,10 . ويعتبر تحديد نموذج حيواني موثوق به وفعال من حيث الوقت وفعال من حيث التكلفة أمرا ضروريا لتلبية هذه الاحتياجات. تقدم هذه الورقة نموذجا بسيطا وفعالا للفأر من IRI الكلوي الأحادي الجانب. يحدث نقص التروية عن طريق تثبيت عنيق الكلى الأيمن لمدة 30 دقيقة11,12. جزء حاسم من هذا النموذج هو اختيار الوقت الأنسب لإعادة التروية التي من شأنها إعادة إنتاج الأحداث المرضية ذات الأهمية ، مثل النخر الأنبوبي ، أو تسلل الخلايا الالتهابية متعددة الأشكال ، أو التليف. لذلك ، يتم تزويد الباحثين بهذه النظرة العامة المتسلسلة للتغيرات المرضية التمثيلية المتوقعة في كلية IRI.
Protocol
Representative Results
Discussion
تحظى نماذج IRI الكلوية للفئران بشعبية في الأبحاث الطبية الحيوية بسبب تكاليفها التشغيلية المنخفضة نسبيا وتوافر نماذج متنوعة معدلة وراثيا12. يحاكي نموذج IRI الكلوي الأحادي الجانب المقدم هنا التغيرات المرضية المميزة التي لوحظت في IRI الكلوي البشري مثل التمدد الأنبوبي والنخر والتليف13. وتستند هذه النتائج إلى أوقات إعادة التروية المختلفة.
وتشمل الخطوات الحاسمة لهذا البروتوكول الحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة ووضع صحيح للمشبك الوعائي في عنيق الكلى. تؤثر درجة حرارة الجسم على عملية التمثيل الغذائي للحيوان14 ، مما يغير النتائج التجريبية على المستويين الفسيولوجي والخلوي15. في هذا النموذج ، تم تثبيت درجة حرارة الجسم قبل الجراحة باستخدام مجسات استشعار المستقيم والوسادة. بالإضافة إلى ذلك ، يوصى بشدة بالمراقبة المستمرة لدرجة حرارة الجسم أثناء العملية الجراحية بأكملها ، خاصة قبل وضع المشبك الوعائي للحث على نقص التروية.
التعرض للكلى والوضع السليم للمشبك الوعائي هي أيضا حاسمة لنجاح التجربة. الأضرار التي لحقت كبسولة الكلى عن طريق التعامل غير السليم مع الملقط أثناء التعرض للكلية من خلال شق جراحي سيؤدي إلى نزيف حول الكلى والالتهاب. يجب وضع المشبك الوعائي على عنيق الكلى الذي يسد الشريان الكلوي والوريد الكلوي دون التأثير على الحالب والشرايين فوق الكلوية. من الأهمية بمكان لهذه الخطوة التشريح الدقيق للأنسجة الدهنية المحيطة ب hilum الكلوي14,16.
هذا النموذج فعال من حيث التكلفة والوقت. كان استهلاك التخدير لكل فأر 156.47 ± 37.88 ميكرولتر (متوسط ±SD ، n = 17) من كوكتيل الكيتامين / الزيلازين المخفف (1:10 الكيتامين ، 1:50 xylazine ، في محلول الملح ؛ تركيز محلول المخزون ، 100 ملغ / مل على حد سواء). يمكن إجراء الجراحة في فترة قصيرة نسبيا. كان إجمالي وقت الجراحة لكل فأر 53 ± 5.23 دقيقة (متوسط ± SD ، n = 17). مع الموظفين المدربين ، يمكن إجراء العديد من العمليات الجراحية في نفس الوقت. في مجموعتنا ، أجرى أحد الباحثين ذوي الخبرة الجراحة حتى تم إطلاق المشبك من عنيق الكلى ، في حين تولى باحث ثان من إغلاق الجرح حتى استعادة الفأر. مع هذا النهج ، تمكنا من إجراء عدد كبير من العمليات الجراحية في يوم واحد. في هذا النموذج ، استخدمنا النهج الظهري الجانبي ، مما يؤدي إلى صدمة أقل وتقليل فقدان السوائل والحرارة من تجويف البطن مقارنة بنهج خط الوسط16.
وقد وصفت البروتوكولات المنشورة سابقا تقنية لقط عنيق الكلى للحث على إصابة الكلى الحادة في الفئران17،18،19. ومع ذلك ، في تلك الدراسات ، تم إجراء استئصال الكلية المقابل بالإضافة إلى IRI من جانب واحد مع أوقات نقص تروية تتراوح من 15 إلى 26 دقيقة. في هذا البروتوكول ، قمنا بتحفيز نقص التروية من جانب واحد لمدة 30 دقيقة مع الحفاظ على الكلى المقابلة. وقد أدى ذلك إلى معدل بقاء على قيد الحياة بنسبة 100٪. ومع ذلك ، فإن هذا النموذج غير مناسب للحث على تلف الكلى الآزوتيمي ويرجع ذلك جزئيا إلى التأثير التعويضي الذي تمارسه الكلى المقابلة غير المتداخلة جراحيا. ومع ذلك ، فإن الحفاظ على كلية واحدة غير متأثرة في نفس الحيوان يوفر ميزة استخدام أوقات نقص تروية أطول مع معدل بقاء أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الكلى المقابلة لتقييم الآثار الجانبية المحتملة لعقاقير الاختبار أو العلاجات المطبقة أثناء الإجراء التجريبي ودراسة آثار الكلى والكلى المتقاطعة20,21. على سبيل المثال ، كان هذا النموذج مفيدا في إظهار التغيرات التفاعلية التي تسببها أنواع الأكسجين على المستوى الخلوي في كل من IRI والكلى المقابلة وغير المتداخلة جراحيا11.
هذا النموذج له تطبيق محتمل في الدراسات التي تهدف إلى تحديد وتوصيف علامات الضرر الكلوي من جانب واحد ، وتأثيرات التداخل الكلوي ، والتغيرات الديناميكية الدموية التي يسببها المعهد الجمهوري الدولي بعد الكلى ، والآثار السامة للكلية المحتملة للأدوية المرشحة لاستخدامها في IRI الكلوي. هذا الوصف التفصيلي للتغيرات المرضية الرئيسية بمثابة أداة قيمة لاختيار الوقت الأنسب لدراسة عمليات خلوية محددة ، من الالتهاب والنخر (4 ساعات إلى 2 أيام) إلى التجديد (4 أيام) والتليف (7 أيام وما بعدها).
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تأسيس جزء من العمل الموضح في هذه المقالة من قبل مركز أبحاث الثدييات التكاملية التابع لكلية الطب البيطري بجامعة روس (RUSVM) ، سانت كيتس ونيفيس. إن المساعدات المالية التي يقدمها قسم العلوم الطبية الحيوية البيطرية في كلية الطب البيطري بجامعة لونغ آيلاند تحظى بتقدير كبير.
Materials
| Atipamezole hydrochloride | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | PVS8700 | 5 mg/mL |
| Buprenorphine | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | PRMBURPEN22 | 0.3 mg/mL |
| Commercial euthanasia solution | various suppliers | na | e.g., Euthasol Virbac (sodium pentobarbital 390 mg/mL + sodium phenytoin 50 mg/mL) |
| Eye ointment Puralube | Dechra Veterinary Products, KS, USA | na | 3.5 g (1/8 oz) |
| Heating pad RightTempJr | Kent Scientific, CT, USA | RT-JR-20 | Consider the one with two temperature probes |
| Ketamine hydrochloride | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | VED1220 | 100 mg/ml |
| S&T Vascular clamp | Fine Science Tools, Inc., Germany | 00398-02 | Jaw dimensions: 5.5 x 1.5 mm; length: 11 mm |
| Sterile Disposable Towel Drapes | Kent Scientific, CT, USA | SURGI-5023-3 | Disposable, individualy packed |
| Surgical instruments (Graefe forceps, Halsted-Mosquito hemostat, scissors, etc) | Fine Science Tools, Inc., Germany | Various | Consider the extra fine straight scissor and the angled Graefe forceps |
| Vicryl suture | Ethicon US, LLC | J493G | Size 5-0 |
| Xylazine hydrochloride | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | VAM4821 | 100 mg/mL |
Riferimenti
- Ray, S. C., Mason, J., O’Connor, P. M. Ischemic renal injury: can renal anatomy and associated vascular congestion explain why the medulla and not the cortex is where the trouble starts. Seminars in Nephrology. 39 (6), 520-529 (2019).
- Weight, S. C., Bell, P. R., Nicholson, M. L. Renal ischaemia–reperfusion injury. The British Journal of Surgery. 83 (2), 162-170 (1996).
- Ratliff, B. B., Abdulmahdi, W., Pawar, R., Wolin, M. S. Oxidant mechanisms in renal injury and disease. Antioxidants & Redox Signaling. 25 (3), 119-146 (2016).
- Schrier, R. W., Wang, W., Poole, B., Mitra, A. Acute renal failure: definitions, diagnosis, pathogenesis, and therapy. The Journal of Clinical Investigation. 114 (1), 5-14 (2004).
- Fernández, A. R., Sánchez-Tarjuelo, R., Cravedi, P., Ochando, J., López-Hoyos, M. Review: Ischemia reperfusion injury-a translational perspective in organ transplantation. International Journal of Molecular Sciences. 21 (22), 8549 (2020).
- Wu, C. -. L., et al. Tubular peroxiredoxin 3 as a predictor of renal recovery from acute tubular necrosis in patients with chronic kidney disease. Scientific Reports. 7 (1), 43589 (2017).
- Nishida, K., et al. Systemic and sustained thioredoxin analogue prevents acute kidney injury and its-associated distant organ damage in renal ischemia reperfusion injury mice. Scientific Reports. 10 (1), 20635 (2020).
- Mishra, J., et al. Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) as a biomarker for acute renal injury after cardiac surgery. Lancet. 365 (9466), 1231-1238 (2005).
- Han, W. K., Bailly, V., Abichandani, R., Thadhani, R., Bonventre, J. V. Kidney injury molecule-1 (KIM-1): A novel biomarker for human renal proximal tubule injury. Kidney International. 62 (1), 237-244 (2002).
- Coca, S. G. Kidney injury biomarkers with clinical utility: has Godot finally arrived. American Journal of Nephrology. 50 (5), 357-360 (2019).
- Godoy, J. R., et al. Segment-specific overexpression of redoxins after renal ischemia and reperfusion: protective roles of glutaredoxin 2, peroxiredoxin 3, and peroxiredoxin 6. Free Radical Biology & Medicine. 51 (2), 552-561 (2011).
- Wei, Q., Dong, Z. Mouse model of ischemic acute kidney injury: technical notes and tricks. American Journal of Physiology – Renal Physiology. 303 (11), 1487-1494 (2012).
- Gaut, J. P., Liapis, H. Acute kidney injury pathology and pathophysiology: a retrospective review. Clinical Kidney Journal. 14 (2), 526-536 (2021).
- Le Clef, N., Verhulst, A., D’Haese, P. C., Vervaet, B. A. Unilateral renal ischemia-reperfusion as a robust model for acute to chronic kidney injury in mice. PLoS One. 11 (3), 0152153 (2016).
- Pelkey, T. J., et al. Minimal physiologic temperature variations during renal ischemia alter functional and morphologic outcome. Journal of Vascular Surgery. 15 (4), 619-625 (1992).
- Kennedy, S. E., Erlich, J. H. Murine renal ischaemia-reperfusion injury. Nephrology. 13 (5), 390-396 (2008).
- Skrypnyk, N. I., Harris, R. C., de Caestecker, M. P. Ischemia-reperfusion model of acute kidney injury and post injury fibrosis in mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (78), e50495 (2013).
- Hesketh, E. E., et al. Renal ischaemia reperfusion injury: a mouse model of injury and regeneration. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (88), e51816 (2014).
- Wei, J., et al. New mouse model of chronic kidney disease transitioned from ischemic acute kidney injury. American Journal of Physiology. Renal Physiology. 317 (2), 286-295 (2019).
- Basile, D. P., Leonard, E. C., Tonade, D., Friedrich, J. L., Goenka, S. Distinct effects on long-term function of injured and contralateral kidneys following unilateral renal ischemia-reperfusion. American Journal of Physiology – Renal Physiology. 302 (5), 625-635 (2012).
- Polichnowski, A. J., et al. Pathophysiology of unilateral ischemia-reperfusion injury: importance of renal counterbalance and implications for the AKI-CKD transition. American Journal of Physiology. Renal Physiology. 318 (5), 1086-1099 (2020).
