Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model.
El riñón normalmente funciona para mantener la homeostasis hemodinámica y es un sitio importante de daño causado por la toxicidad del fármaco. nefrotoxicidad inducida por medicamentos se estima que contribuye a 19- 25% de todos los casos clínicos de lesión renal aguda (IRA) en pacientes críticamente enfermos. detección de AKI se ha basado históricamente en métricas tales como la creatinina sérica (SCR) o nitrógeno de urea en sangre (BUN), que son manifiestamente inadecuada en plena evaluación de nefrotoxicidad en la fase temprana de la disfunción renal. Actualmente, no existe un método de diagnóstico robusto para detectar con precisión alteración hemodinámica en la fase temprana de AKI mientras que tales alteraciones en realidad podría preceder a la subida de los niveles de biomarcadores séricos. Dicha detección temprana puede ayudar a los médicos hacer un diagnóstico preciso y ayudar en la toma de la estrategia terapéutica decisión. Las ratas se trataron con cisplatino para inducir AKI. La nefrotoxicidad se evaluó durante seis días utilizando ecografía de alta frecuencia, la medición de SCR y sobre la histopatología deriñón. Evaluación hemodinámica utilizando imágenes 2D y Doppler-color se utiliza para estudiar en serie nefrotoxicidad en ratas, utilizando la ecografía. Nuestros datos muestran la lesión renal inducida por fármacos con éxito en ratas adultas mediante el examen histológico. Doppler-color basado en una evaluación ecográfica de AKI indicó que resistiva-índice (RI) y pulsátil-índice (PI) se incrementaron en el grupo de tratamiento; y la velocidad pico sistólica (mm / s), velocidad diastólica final (mm / s) y la velocidad en tiempo integral (VTI, mm) se redujeron en las arterias renales en el mismo grupo. Es importante destacar que estos cambios hemodinámicos evaluados por ecografía precedieron a la subida del nivel del SCR. índices basados en la sonografía como RI o PI pueden ser marcadores marcadores predictivos útiles de deterioro de la función renal en los roedores. A partir de nuestras observaciones basadas en la ecografía de los riñones de las ratas a las que se sometieron a AKI, demostramos que estas mediciones hemodinámicas invasivas pueden considerar como un método preciso, sensible y robusto para la detección de la disfunción renal en fase inicial. Tsu estudio también pone de relieve la importancia de las cuestiones éticas asociadas al uso de animales en la investigación.
La creatinina sérica (Crs) ha sido la métrica estándar de oro para evaluar la función renal durante más de dos décadas. Recientemente, muchos estudios han informado de que la lesión renal se produce mucho antes que los cambios en SCR 1. Sin embargo, no hay métodos robustos para la detección de los cambios hemodinámicos que ocurren temprano en el curso de la lesión renal, incluyendo la nefrotoxicidad inducida por el fármaco.
Disfunción hemodinámica renal aguda inducida por fármacos conduce a daños en el tejido renal y la progresión a la insuficiencia renal 2,3. En las últimas dos décadas, los estudios indican que las herramientas de imagen como la tomografía computarizada (TAC), imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) y la ecografía juegan un papel en la evaluación hemodinámica 4. En las herramientas de imagen actuales, la ecografía en escala de grises junto con técnicas de Doppler-color, son los más comúnmente utilizados para establecer y evaluar la situación anatómica del riñón 3,5,6. Sullivan et. al., y Bonnin et. al. informó recientemente de que la ecografía es una herramienta eficaz, potente y no invasiva en los cambios hemodinámicos de análisis en modelos animales de estrés vasoconstricción y la hipoxia 7,8. Esta técnica también se utiliza comúnmente para detectar estenosis arterial 9,10.
Los últimos avances técnicos en el campo de la ecografía de alta resolución han permitido a los investigadores para hacer frente a la toxicidad cardiovascular usando alta frecuencia (25-80 MHz) y sondas de alta resolución (<0,03 mm de resolución), in vivo 11. Nuestra hipótesis es que el uso de esta ecografía de alta resolución para estudiar los riñones proporcionará una oportunidad sin precedentes para un método no invasivo y sensible para la detección precoz de nefrotoxicidad.
El cisplatino se utiliza para tratar testicular, de ovario, vejiga, cabeza, de pulmón, y cáncer de cuello en combinación con otros fármacos 12-14. El cisplatino se había nefrotoxicidad bien documentado debido a la necrosis celular de ptúbulos roximal (PT) y los conductos colectores dieron como resultado el aumento de nitrógeno de urea en sangre (BUN) y SCR 15. En este documento, se proporciona una metodología detallada paso a paso de la utilización de la ecografía renal no invasivo para caracterizar la disfunción renal utilizando el modelo de rata de Drogas (cisplatino) inducida por la nefrotoxicidad.
En la última década, muchos avances se han producido en la tecnología ecográfica incluyendo el desarrollo de sondas mecánicas de alta frecuencia, que ofrecen datos ecográficos de alta calidad, sensibilidad y precisión. Estas sondas pueden proporcionar aproximadamente 50 micras de resolución axial a una profundidad de penetración de 5 a 12 mm y altas tasas de marco (más de 200 imágenes / segundo), por lo que puede servir como una herramienta robusta para estudiar pequeños animales como las ratas y los ratones 18, 19. Además, también permite recoger imágenes ecográficas en animales sedados o ligeramente conscientes de los signos vitales, en niveles fisiológicos. Además, esta modalidad no invasiva también proporciona la oportunidad para llevar a cabo la evaluación longitudinal de los cambios estructurales y funcionales durante la progresión de la enfermedad, sin sacrificar los animales 19.
En 1959, los Dres. Rusell y Pincel describieron por primera vez las tres reglas "R" (reemplazo, reducción y refinamiento) para elevar awareness de cuestiones éticas en el uso de animales en la investigación. El protocolo propuesto muestra por primera vez que no invasiva ecografía pequeño animal puede utiliza un número mínimo de animales bajo pena menos, sufrimiento o angustia en el estudio Nephorotoxicity. Por lo tanto, es una modalidad eficaz potencial para satisfacer las tres reglas "R" para animales de experimentación.
Muchos estudios ecográficos se han centrado en aplicaciones cardíacas; las evaluaciones de la función renal a menudo se derivan de las mediciones de la función cardiaca en lugar de un estudio directo de los riñones 20-25. Hemos establecido una metodología de formación de imágenes para visualizar los cambios anatómicos y funcionales en los riñones y en tiempo real. Se utilizó un conjunto preseleccionado de ventanas acústicas complementarias, de modo / B en escala de grises y Doppler-color, específicas para la vista del riñón. Se utilizó el RI y los índices de PI para evaluar la relación entre estos índices y los cambios en la función renal en el modelo de la toxicidad inducida por cisplatino.
<p class="Jove_content"> Sin embargo, hay pocos problemas y limitaciones de los métodos de imagen propuestos como sigue: 1) la elección apropiada de agente anestésico y el grado de la anestesia son cruciales para la estabilidad cardiaca y respiratoria. fenómeno fisiológico inconsistente (incluyendo las fluctuaciones de la frecuencia cardíaca y respiratoria) afecta el flujo de la arteria renal, la calidad de la evaluación de imagen y la función renal. Utilizaremos aprobado por el IACUC agente anestésico inyectable, pentobarbital (50 mg / kg de peso corporal, ip), como nuestro agente anestésico copia de seguridad para garantizar la correcta función fisiológica normal durante la evaluación de imagen y la función renal; 2) La depilación es un paso crítico, como la presencia de pelo en el pecho afecta a la calidad de las imágenes ecográficas; 3) Si bien la ecografía de los riñones es relativamente sencillo para un operador entrenado; para el operador promedio, es crítica para adaptarse a la anatomía única técnica de animal individual y hacer manipulaciones menores; 4) Si el tamaño de las ratas es bastante grande (por encima de 350 gramos), una sonda de frecuencia más baja (menos de utilizado en este estudio 21 MHz) pueden ser necesarios para formación de imágenes óptima. Puede ser que sea prudente tomar un curso de formación antes de la operación propuesta del sistema de imagen.La novedad en la detección de la nefrotoxicidad inducida por fármacos utilizando la metodología propuesta ecográfica y el protocolo derivado es su temprana detección robusta de los cambios hemodinámicos en caso de lesión renal. Los resultados indican que los intra-renales cambios hemodinámicos vasculares, de hecho, preceden a la creciente SCR. Estos datos como referencia el estándar de oro convencional usando análisis histológico y demuestran que los pequeños animales ecografía es una modalidad no invasiva, sensible y reproducible, que tiene requisito mínimo del uso de animales. Por lo tanto, es una herramienta eficaz para la detección precoz de nefrotoxicidad inducida por fármacos usando el modelo de rata.
The authors have nothing to disclose.
We thank Fred Roberts for exemplary technical support. We thank Brigham Women’s Hospital Cardiovascular Physiology Core for providing with the instrumentation and the funds for this work. This work was supported in part by NHLBI grants HL093148, HL086967, and Departmental Funds from (SUNDRY).
Depilatory cream | Miltex, Inc. | Surgi-Prep | Apply 24 hours prior to imaging |
cis-Diamineplatinum(II) dichloride | Sigma | 479306 | To induce acute kidney injury at small animals. |
Isoflurane | Baxter International Inc. | NDC 10019-773-40 | 2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute |
Table of equipments | |||
Material Name | Company | Catalogue Number | Comments |
High Frequency Ultrasound | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | |
High-frequency Mechanical Transducer | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | MS250, MS550D, MS400 | |