쥐에서 초음파 기술을 사용하여 약물 유발 신장 혈역학 적 부전의 조기 발견
Summary
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.
Abstract
신장은 일반적으로 혈역학 적 항상성을 유지하기 위해 기능 및 약물 독성에 의한 손상의 주요 사이트입니다. 약물에 의한 신 독성은 비판적으로 아픈 환자에서 급성 신장 손상 (AKI)의 모든 임상 케이스의 19- 25 %에 기여하는 것으로 추정된다. AKI 검출은 역사적으로 신장 기능 장애의 초기 단계에서 신 독성의 전체 평가에서 명백히 부적절 혈청 크레아티닌 (SCR) 또는 혈액 요소 질소 (BUN) 등의 통계에 의존하고있다. 현재, 이러한 변경이 실제로 혈청 바이오 마커 수준의 상승에 선행하는 반면 정확하게 AKI의 초기 단계에서 혈역학 적 변화를 검출하기 위해 더 강력한 진단 방법이 없다. 이러한 조기 발견은 의사가 정확한 진단을하고 치료 전략에 대한 의사 결정에의 도움이 도움이 될 수 있습니다. 쥐 AKI을 유도하는 시스플라틴 처리 하였다. 신 독성 고주파 초음파, SCR 측정하여 육일과 병리 따라 평가했다신장. 2D 및 칼라 도플러 이미지를 사용 혈역학 평가는 초음파를 이용하여 직렬 쥐 신장 독성을 연구하는데 사용되었다. 우리의 데이터는 조직 학적 검사에 의해 성인 쥐의 성공적인 약물에 의한 신장 손상을 보였다. AKI의 컬러 도플러 초음파 기반의 평가는 저항 인덱스 (RI)와 타악기-지수 (PI)가 처리 군에서 증가 된 것으로 나타났다; 피크 수축기 속도 (mm / s), 이완 기말 속도 (mm / S)와 속도 – 시간 적분 (VTI, mm)는 동일한 그룹에 신동맥 감소 하였다. 중요한 것은, 초음파 검사에 의해 평가 혈역학 이러한 변화는 SCR 레벨 상승 선행. 이러한 RI 또는 PI 등의 초음파 기반의 인덱스 따라서 설치류에서 신장 기능 감소의 유용한 예측 마커가 될 수 있습니다. AKI을받은 쥐의 신장에서 우리의 초음파 기반의 관측에서, 우리는 이러한 비 침습적 혈역학 적 측정은 초기 단계의 신장 기능 장애를 탐지, 정확한 민감하고 강력한 방법으로 고려할 수 있음을 보여 주었다. 티그의 연구는 동물 연구에서 사용과 관련된 윤리적 문제의 중요성을 강조한다.
Introduction
혈청 크레아티닌 (SCR)는 20 년 이상 신장 기능을 평가하기 위해 금 표준 측정되었습니다. 최근 많은 연구가 신 손상이 훨씬 이전에 SCR (1)의 변화보다 발생보고했다. 그러나, 초기 약물 – 유도 된 신 독성 신장 손상을 포함하는 과정에서 발생하는 혈류 변화의 검출을위한 견고한 방법이 없다.
약물에 의한 급성 신장의 혈역학 적 장애는 신부전 2,3에 신장 조직 손상 및 추가 진행에 연결됩니다. 지난 몇 십 년간, 연구는 컴퓨터 단층 촬영 (CAT), 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)와 초음파 검사와 같은 이미징 도구가 혈역학 적 평가 4 역할을한다는 것을 나타냅니다. 현재 이미징 도구에서 컬러 도플러 기술과 결합 된 그레이 스케일 초음파는 가장 일반적으로 신장 -3,5,6-의 해부학 적 상태를 설정하고 평가하는 데 사용됩니다. 설리반 등. 알. 그리고 Bonnin 개의 등. 알은. 최근 초음파 검사는 혈관 수축과 저산소증 스트레스 동물 모델 7,8의 분석 혈역학 적 변화에 효과적인 강력하고 비 침습적 도구 보도했다. 이 기술은 또한 일반적으로 동맥 협착 9,10를 검출하는데 사용된다.
고해상도 초음파 이미징 분야에서의 최근의 기술 진보는 생체 내 (11)에, 연구자들은 고주파 (25~80 MHz의) 높은 해상도 (<0.03 mm의 해상도) 프로브를 사용하여 심장 혈관 독성을 해결할 수있다. 우리는 신장을 연구하기 위해이 고해상도 초음파를 사용하여 신 독성의 조기 발견을위한 비 침습적 민감한 방법에 대한 전례없는 기회를 제공 할 것으로 가설.
시스플라틴은 다른 약제와 조합하여 12-14 고환, 난소, 방광, 머리, 폐 및 목의 암을 치료하는데 사용된다. 시스플라틴으로 인해 페이지의 세포 괴사에 신 독성을 잘 설명했다roximal 세관 (PT) 및 수집 덕트 혈액 요소 질소 (BUN) 및 SCR (15)를 상승 결과. 여기서, 우리는 유도 된 신 독성 약물 (시스플라틴)의 쥐 모델을 사용하여 신장 기능 부전을 특징 비파괴 초음파 검사를 이용하여 신장에 대한 상세한 단계별 방법을 제공한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
지난 10 년간 많은 발전은 고품질, 감도 및 정밀도 초음파 데이터를 제공 고주파 기계 프로브의 개발을 포함한 초음파 기술에서 발생했다. 이 프로브는, 따라서는 쥐와 생쥐 (18) 등의 작은 동물을 연구하는 강력한 도구 역할을 할 수 있습니다, 5-12mm 높은 프레임 속도 (이상 200 프레임 / 초)의 침투 깊이에서 약 50 μm의 축 해상도를 제공 할 수 있습니다 19. 또한, 그것은 또한 생리 학적 수준에서 생체 신호으로 가볍게 진정 또는 의식 동물 초음파 이미지를 수집 할 수 있습니다. 또한,이 비 침습적 양상은 동물 19 희생없이 질병 진행 동안 구조적 및 기능적 변화를 종 평가를 수행 할 수있는 기회를 제공한다.
1959 년, 박사. Rusell 및 브러쉬 먼저 awar을 높이기 위해 세 가지 "R"규칙 (교체, 감소 및 정제를) 설명연구에서 동물 사용의 윤리적 문제의 eness. 제안 된 프로토콜은 비 침습적 작은 동물 초음파 검사 할 수 Nephorotoxicity 연구에서 최소 통증, 고통 또는 고통에서 동물의 최소한의 번호를 사용하는 것이 처음이다. 따라서, 실험 동물에 대한 세 개의 "R"규칙을 충족하는 효율적인 전위 양상이다.
대부분의 초음파 연구는 심장 응용 프로그램에 초점을 맞추고있다; 신장 기능 평가는 종종 심장 상태보다는 신장 20-25의 직접적인 연구의 측정으로부터 유래 하였다. 우리는 실시간으로 신장의 해부학 적 및 기능적 변화를 시각화하는 이미징 방법을 설립했다. 우리는 신장보기에 대한 구체적인 보완 음향 창, 그레이 스케일 / B 형 모드와 컬러 도플러의 미리 선택된 세트를 사용했다. 우리는 이들 지표와 시스플라틴 유발 독성 모델에서 신장 기능의 변화 사이의 관계를 평가하기 위해 RI 및 PI 인덱스를 사용했다.
<p class="jove_content"> 그러나, 다음과 같이 제안 이미징 방법에 대한 몇 가지 도전과 제한 사항이 있습니다 : 1) 적절한 마취제의 선택과 마취의 정도는 심장과 호흡 안정성을 위해 매우 중요하다가. (호흡과 심장 박동 변동 포함) 일관성 생리 현상은 신장 동맥 흐름, 이미징 및 신장 기능 평가의 품질에 영향을 미칩니다. 우리 IACUC 이미징 및 신장 기능 평가를 수행하는 동안 적절한 정상적인 생리 기능을 보장하기 위해 우리의 백업 마취제로서 주사 마취제, 펜토 바르 비탈 (50 mg / kg 체중, IP)을 사용하는 승인; 가슴 털의 존재는 초음파 영상의 품질에 영향을 미치는로 2) 탈모는 중요한 단계입니다; 3) 신장의 초음파 검사는 훈련 된 작동 비교적 간단하지만, 평균 오퍼레이터를 들어, 각각의 동물의 독특한 해부학 기술을 적용 및 보조 조작을 위해 중요하다; 4) 래트의 크기는 약간 큰 경우 (3 위50g), 저 주파수 용 프로브 (본 연구에 사용 된 21 메가 헤르츠 이하)이 최적 이미징을 위해 요구 될 수있다. 이미징 시스템의 제안 작업 전에 교육 과정을 신중 수 있습니다.제안 된 방법과 초음파 유도 프로토콜을 이용하여 약물 – 유도 된 신 독성 검출의 신규성은 신장 손상의 경우 혈류 변화의 초기 강력한 검출이다. 결과는 사실 내 신장 혈관의 혈역학 적 변화가 상승 SCR 앞에 나타냅니다. 이 데이터는 조직 학적 분석을 사용하는 종래의 황금 표준에 대한 벤치마킹과 작은 동물 초음파 동물 사용의 최소한의 요구 사항을 가지고, 비 침습적 민감하고 재현 양상이라고 설명한다. 따라서 그것은 쥐 모델을 사용하여 유도 된 신 독성 약물의 조기 검출을위한 효과적인 수단이다.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).
Materials
| 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 | |
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