Nierenischämie-Reperfusionsverletzungen sind mit hoher Morbidität und Mortalität bei hospitalisierten Patienten verbunden. Hier stellen wir ein einfaches und effektives Mausmodell der einseitigen renalen Ischämie-Reperfusionsverletzung vor und geben einen sequentiellen Überblick über repräsentative pathologische Veränderungen, die in der Niere beobachtet wurden.
Die Ischämie-Reperfusionsverletzung (IRI) ist die Hauptursache für akutes Nierenversagen und trägt wesentlich zur verzögerten Transplantatfunktion bei. Tiermodelle sind die einzigen verfügbaren Ressourcen, die die Komplexität der IRI-assoziierten Schäden nachahmen, die in vivo aufgetreten sind. Dieses Papier beschreibt ein effektives Mausmodell der einseitigen renalen IRI, das hochgradig reproduzierbare Daten liefert. Ischämie wird durch Verschließen des rechten Nierenpedikels für 30 Minuten induziert, gefolgt von einer Reperfusion. Zusätzlich zum chirurgischen Eingriff wird ein sequenzieller Überblick über die erwarteten physiologischen und histopathologischen Veränderungen nach renaler IRI durch den Vergleich von Daten aus sieben verschiedenen Reperfusionszeiten (4 h, 8 h, 16 h, 1 Tag, 2 Tage, 4 Tage und 7 Tage) gegeben. Kritische Daten für die Planung von Experimenten, wie die mittlere Operationszeit, der durchschnittliche Anästhesieverbrauch und Änderungen des Körpergewichts im Laufe der Zeit, werden ausgetauscht. Diese Arbeit wird den Forschern helfen, ein zuverlässiges renales IRI-Modell zu implementieren und die geeignete Reperfusionszeit auszuwählen, die mit ihren beabsichtigten Untersuchungszielen übereinstimmt.
Die Nieren gehören zu den am höchsten durchbluteten Organen im Körper und sind extrem anfällig für Veränderungen der Blutdurchblutung1. Nierenischämie-Reperfusions-Verletzung (IRI) bleibt die Hauptursache für akutes Nierenversagen 2,3 und ist mit hoher Morbidität und hoher Mortalität bei hospitalisierten Patientenverbunden 4. Da nur begrenzte therapeutische Optionen zur Verfügung stehen,4,5 Die renale IRI steht derzeit im Mittelpunkt mehrerer Forschungsanstrengungen in der Biomedizin6,7, die auf die Entwicklung neuartiger therapeutischer Ziele und die Charakterisierung früher und sensitiver Marker für Nierenschädigungen abzielen 8,9,10 . Die Identifizierung eines zuverlässigen, zeit- und kosteneffizienten Tiermodells wird als wesentlich angesehen, um diese Anforderungen zu erfüllen. Dieses Papier stellt ein einfaches und effektives Mausmodell der einseitigen renalen IRI vor. Ischämie wird durch Klemmen des rechten Nierenpedikels für 30 min11,12 induziert. Ein entscheidender Teil dieses Modells ist die Auswahl der am besten geeigneten Reperfusionszeit, die die pathologischen Ereignisse von Interesse wie tubuläre Nekrose, polymorphe infiltration von Entzündungszellen oder Fibrose reproduziert. Daher erhalten die Forscher diesen sequentiellen Überblick über repräsentative pathologische Veränderungen, die in der IRI-Niere erwartet werden.
Nieren-IRI-Modelle für Maus sind in der biomedizinischen Forschung aufgrund ihrer relativ niedrigen Betriebskosten und der Verfügbarkeit verschiedener transgener Modellebeliebt 12. Das hier vorgestellte einseitige renale IRI-Modell ahmt charakteristische pathologische Veränderungen nach, die bei der renalen IRI beim Menschen beobachtet wurden, wie tubuläre Dilatation, Nekrose und Fibrose13. Diese Ergebnisse basieren auf unterschiedlichen Reperfusionszeiten.
Zu den kritischen Schritten dieses Protokolls gehören die Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur und die korrekte Platzierung der Gefäßklemme im Nierenstammwasser. Die Körpertemperatur beeinflusst den Stoffwechsel des Tieres14 und verändert die experimentellen Ergebnisse sowohl auf physiologischer als auch auf zellulärer Ebene15. Bei diesem Modell wurde die Körpertemperatur vor der Operation mit rektalen und Pad-Sensorsonden stabilisiert. Darüber hinaus wird eine kontinuierliche Überwachung der Körpertemperatur während des gesamten chirurgischen Eingriffs dringend empfohlen, insbesondere vor dem Einsetzen der Gefäßklemme, um eine Ischämie auszulösen.
Die Exposition der Niere und die richtige Platzierung der Gefäßklemme sind ebenfalls entscheidend für den Erfolg des Experiments. Eine Schädigung der Nierenkapsel durch unsachgemäße Handhabung der Pinzette während der Exposition der Niere durch den chirurgischen Schnitt führt zu perirenalen Blutungen und Entzündungen. Die Gefäßklemme sollte auf den Nierenpedikel gelegt werden, der die Nierenarterie und die Nierenvene verdeckt, ohne den Harnleiter und die Nebennierenarterien zu beeinträchtigen. Entscheidend für diesen Schritt ist die sorgfältige Dissektion des Fettgewebes, das das Nierenhilum 14,16 umgibt.
Dieses Modell ist kostengünstig und zeitsparend. Der Anästhesieverbrauch pro Maus betrug 156,47 ± 37,88 μL (Mittelwert ± SD, n = 17) eines vorverdünnten Ketamin/Xylazin-Cocktails (1:10 Ketamin, 1:50 Xylazin, in Kochsalzlösung; Stammlösungskonzentration, jeweils 100 mg/ml). Die Operation kann in relativ kurzer Zeit durchgeführt werden. Die Gesamtoperationszeit pro Maus betrug 53 ± 5,23 min (Mittelwert ± SD, n = 17). Mit geschultem Personal können mehrere Operationen gleichzeitig durchgeführt werden. In unserer Gruppe führte ein erfahrener Forscher die Operation durch, bis die Klemme aus dem Nierenstamm gelöst wurde, während ein zweiter vom Wundverschluss bis zur Genesung der Maus übernahm. Mit diesem Ansatz konnten wir eine hohe Anzahl von Operationen an einem einzigen Tag durchführen. In diesem Modell verwendeten wir den dorsolateralen Ansatz, der im Vergleich zum Mittellinienansatz16 zu weniger Traumata und reduziertem Flüssigkeits- und Wärmeverlust aus der Bauchhöhle führt.
Zuvor veröffentlichte Protokolle haben die Nieren-Pedikelklemmtechnik beschrieben, um eine akute Nierenschädigung bei Mäusen zu induzieren17,18,19. In diesen Studien wurde jedoch zusätzlich zur einseitigen IRI eine kontralaterale Nephrektomie mit ischämischen Zeiten von 15 bis 26 min durchgeführt. In diesem Protokoll induzierten wir eine einseitige Ischämie für 30 Minuten, während die kontralaterale Niere erhalten blieb. Dies führte zu einer Überlebensrate von 100%. Dieses Modell ist jedoch nicht geeignet, azotemische Nierenschäden zu induzieren, was zum Teil auf die kompensatorische Wirkung der nicht chirurgisch intervenierten kontralateralen Niere zurückzuführen ist. Eine Niere beim selben Tier unberührt zu lassen, bietet jedoch den Vorteil, längere Ischämiezeiten mit einer höheren Überlebensrate zu verwenden. Darüber hinaus kann die kontralaterale Niere verwendet werden, um mögliche Nebenwirkungen von Testmedikamenten oder Behandlungen, die während des experimentellen Verfahrens angewendet werden, zu beurteilen und Nieren-Nieren-Übersprecheffektezu untersuchen 20,21. Zum Beispiel war dieses Modell nützlich, um reaktive Sauerstoffspezies-induzierte Veränderungen auf zellulärer Ebene sowohl im IRI als auch in der kontralateralen, nicht chirurgisch intervenierten Niere11 zu zeigen.
Dieses Modell hat eine potenzielle Anwendung in Studien, die darauf abzielen, Marker für einseitige Nierenschäden, renale Crosstalk-Effekte, postrenale IRI-induzierte hämodynamische Veränderungen und potenzielle nephrotoxische Wirkungen von Arzneimittelkandidaten zur Verwendung in renaler IRI zu identifizieren und zu charakterisieren. Diese detaillierte Beschreibung der wichtigsten pathologischen Veränderungen dient als wertvolles Werkzeug, um den am besten geeigneten Zeitpunkt für die Untersuchung spezifischer zellulärer Prozesse auszuwählen, von Entzündungen und Nekrosen (4 h bis 2 Tage) bis hin zu Regeneration (4 Tage) und Fibrose (7 Tage und später).
The authors have nothing to disclose.
Ein Teil der in diesem Artikel gezeigten Arbeit wurde vom Center of Integrative Mammalian Research der Ross University School of Veterinary Medicine (RUSVM), St. Kitts und Nevis, gegründet. Die finanzielle Unterstützung des Department of Veterinary Biomedical Sciences des Long Island University College of Veterinary Medicine wird sehr geschätzt.
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 |