يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

استخدام فائقة MRI الميداني في القوارض الصغيرة نماذج من مرض الكلى المتعدد الكيسات ل

11.1K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/52757

⸱

يونيو 23, 2015

 ,  ,  , 
1Department of Internal Medicine, Division of Nephrology, Mayo Clinic, 2Department of Biochemistry and Molecular Biology, Mayo Clinic

في هذه المقالة

ملخص

يتم وصف استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي فائق المجال كطريقة غير جراحية للحصول على معلومات النمط الظاهري لنماذج القوارض لمرض الكلى المتعدد الكيسات ومراقبة التدخلات. بالمقارنة مع النهج النسيجي التقليدي ، يمكن الحصول على صور التصوير بالرنين المغناطيسي في الجسم الحي ، مما يسمح بالمتابعة الطولية.

الملخص

تستخدم العديد من الدراسات قبل السريرية في الجسم الحي في مرض الكلى المتعدد الكيسات (PKD) نماذج القوارض المتعامدة لتحديد ودراسة الآليات الجينية والجزيئية المسؤولة عن المرض ، وهي مريحة جدا للفحص السريع للأدوية واختبار العلاجات الواعدة. غالبا ما يكون العامل المحدد في هذه الدراسات هو عدم وجود طرق فعالة وغير جراحية لتحليل التغيرات التشريحية والوظيفية في الكلى بالتسلسل. التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هو تقنية التصوير القياسية الذهبية الحالية لمتابعة مرضى أمراض الكلى المتعددة الكيسات الوراثية السائدة (ADPKD) ، مما يوفر تباينا ممتازا في الأنسجة الرخوة وتفاصيل تشريحية ويسمح بقياسات الحجم الكلي الكلي (TKV). تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للتصوير بالرنين المغناطيسي في نماذج القوارض من PKD في إمكانية التصوير في الجسم الحي مما يسمح بإجراء دراسات طولية تستخدم نفس وبالتالي تقليل العدد الإجمالي للحيوانات المطلوبة. في هذه المخطوطة ، سنركز على استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي فائق المجال (UHF) للحصول على صور غير جراحية في الجسم الحي لنماذج القوارض ل PKD. الهدف الرئيسي من هذا العمل هو إدخال استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي كأداة للتوصيف الظاهري في الجسم الحي ومراقبة المخدرات في نماذج القوارض ل PKD.

المقدمة

مرض الكلى المتعدد الكيسات (PKD) يتضمن مجموعة من الاضطرابات أحادية المنشأ تتميز تطوير الكيسات الكلوية. فيما بينها هي من جسمي قاهر مرض الكلى المتعدد الكيسات (ADPKD) وراثي متنحي تكيس أمراض الكلى (ARPKD)، والتي تمثل الأنواع الأكثر شيوعا 1،2. ADPKD، الشكل الأكثر شيوعا من أمراض الكلى الكيسي وراثية، ونشأت عن طفرات في PKD1 أو PKD2 الجينات. ويتميز هذا في وقت متأخر من البداية، متعددة الكيسات الكلوية الثنائية، يرافقه متغير الخراجات خارج الكلى، فضلا عن تشوهات الهيكل العظمي القلب والأوعية الدموية والعضلات. ARPKD، الأكثر شيوعا التي تؤثر على الأطفال حديثي الولادة والأطفال الصغار، والتي تسببها طفرات في PKHD1 ويتميز الكلى مولد للصدى تضخم وتليف كبدي خلقي 3.

الأهم من ذلك، يتميز ADPKD من قبل التجانس، سواء في الجين (الجيني) وطفرة (أليلية) المستويات، مما يؤدي إلى ص كبيرتقلب henotypic. ترتبط طفرات في الجين PKD1 مع العرض شديد السريري (العديد من الخراجات، والتشخيص المبكر وارتفاع ضغط الدم، وبيلة ​​دموية)، فضلا عن التقدم السريع لإنهاء مرحلة المرض الكلوي (قبل 20 سنة من المرضى الذين يعانون من الطفرات PKD2) 4. مرض شديد تكيس الكبد (الملعوبة) وتشوهات الأوعية الدموية يمكن أن تترافق مع طفرات في كل من PKD1 وPKD2 5. غالبية المضاعفات الكلوية من ADPKD تنشأ أساسا نتيجة للتوسع الكيس جنبا إلى جنب مع التهاب وتليف المرتبطة بها. تبدأ تطوير الكيس داخل الرحم وتستمر خلال فترة حياة المريض. الكلى عادة الحفاظ على شكل كلوي الشكل على الرغم من أنهم يمكن أن تصل إلى أكثر من 20 أضعاف حجم الكلى العادي. معظم المرضى الحالي توزيع الثنائي من الكيسات الكلوية، ولكن في بعض الحالات غير عادية، والكيس قد تتطور في نمط أحادي الجانب أو غير المتماثلة.

يشكل تحديا كبيراشركة جنرال الكتريك لالكلى عقب المرضى الذين يعانون من ADPKD أو تنفيذ العلاجات هو التاريخ الطبيعي للمرض. خلال معظم مجراه، تبقى وظيفة الكلى طبيعية وبحلول الوقت الذي تبدأ وظيفة الكلى في الانخفاض، فإن معظم الكلى قد حلت محلها الخراجات. عندما يتم تنفيذ العلاجات في مراحل لاحقة، فإنه من غير المحتمل أن تكون ناجحة منذ المريض قد بالفعل قد وصلت إلى نقطة اللاعودة في مرض الكلى المزمن. في المقابل، عندما بدأ العلاج في المراحل المبكرة، فإنه من الصعب تحديد استجابة تستند فقط على معدل الترشيح الكبيبي. ونتيجة لذلك، فإن فكرة حجم الكلى كعلامة من تطور المرض اكتسبت اهتمام.

وقد أظهرت التجمع من أجل إشعاعي الدراسات التصوير من مرض الكلى المتعدد الكيسات الدراسة (CRISP) أنه في المرضى الذين يعانون من ADPKD الزيادة في الكلى والكيس كميات يرتبط بشكل مباشر مع الكلوي تدهور وظيفة، مع التشديد على أهمية إجمالى حجم التداول الكلى (TKV) كماعلامة urrogate لتطور المرض 6،7. ونتيجة لذلك، يتم استخدام TKV حاليا منصب نقطة النهاية الأولية أو الثانوية في تجارب سريرية متعددة لADPKD 2،8،9.

ألقت نماذج الفئران متعددة بما في ذلك الطفرات العفوية وراثيا الضوء على التسبب في PKD 10،11. أصبحت PKD1 أو Pkd2 نماذج (الطفرات في أي PKD1 أو Pkd2) الأكثر شعبية، لأنها الأمراض التي تصيب البشر تقليد تماما. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام نماذج القوارض مع الطفرات في جينات أخرى من PKD1 أو Pkd2 الجينات باعتباره منصة تجريبية لتوضيح مسارات الإشارات المتعلقة بهذا المرض. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام العديد من هذه النماذج لاختبار العلاجات المحتملة. ومع ذلك، فإن العامل المحدد في العديد من الدراسات القوارض لPKD هو في كثير من الأحيان عدم وجود طرق غير الغازية فعالة لتحليل بالتتابع التغيرات التشريحية والوظيفية في الكلى.

ص المغناطيسيالتصوير esonance (MRI) هو الأسلوب الحالية التصوير معيار الذهب لمتابعة المرضى ADPKD، وتوفير ممتازة النقيض من الأنسجة الرخوة والتفاصيل التشريحية، والسماح للقياسات TKV. على الرغم من أن التصوير بالرنين المغناطيسي هي راسخة للتصوير التشريحية في الحيوانات والبشر أكبر، القوارض الصغيرة التصوير في الجسم الحي تنطوي على تحديات تقنية إضافية، حيث القدرة على الحصول على صور عالية الدقة قد يحد من فائدته. مع إدخال الحقل فائق (UHF) MRI (7-16،4 T) وتطوير التدرجات أقوى، أصبح من الممكن الآن لتحقيق أعلى إشارة إلى نسبة الضوضاء والتحليل المكاني للصور MRI مع نوعية التشخيص مماثلة لتلك التي التي تم الحصول عليها في البشر. ونتيجة لذلك، أصبح استخدام UHF MRI للتصوير في الجسم الحي من نماذج القوارض الصغيرة لPKD أداة قوية للباحثين.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

قبل البدء في أي إجراءات مع الحيوانات الحية، يجب أن تتم الموافقة على البروتوكولات التجريبية من قبل لجنة رعاية الحيوان واستخدام المؤسسية (IACUC).

1. تكوين الماسح الضوئي

  1. قبل البدء، تأكد من أن سخان هو في موقف OFF.
  2. حدد التدرج التصوير صغير و38 ملم لفائف RF وحامل التصوير المصغر.
  3. في تجويف المركزي للحامل تثبيت التجميع درجة حرارة متغيرة.

2. إعداد الحيوان

  1. للتجارب التصوير بالرنين المغناطيسي، وتحقيق التخدير الأمثل باستخدام الأيزوفلورين المتبخرة. لتحريض التخدير، ووضع الحيوان في غرفة الاستقراء واصطف مع الأنسجة الماصة. ضبط مقياس الجريان من المرذاذ الأيزوفلورين إلى 2،0-2،5 لتر / دقيقة، والأيزوفلورين إلى 3٪ في الأكسجين.
  2. إزالة أي علامة معدنية أو جسم معدني آخر في هذه المرحلة. تطبيق البيطري مرهم على عيون الحيوان لمنع جفاف بينما تحت التخدير.
  3. مرة واحدة الحيوانوصلت الطائرة من التخدير الجراحي (أي فقدان الانسحاب المنعكس إلى أخمص قدميه قرصة)، ووضع الحيوان على حامل مع أنفها إدراجه ضمن مخروط الأنف. ضبط تدفق الهواء التخدير في التحقيق إلى 2،0-2،5 مل / دقيقة وتركيز الأيزوفلورين إلى 1،5-2،0٪ في الأكسجين. وسيتم تسليم التخدير من خلال مخروط الأنف أثناء العملية. دوري ضبط تركيز الأيزوفلورين اعتمادا على عمر الحيوان والوزن للحفاظ على معدل التنفس من ~ 40 نبضة في الدقيقة.
  4. استخدام أصحاب الحيوانات لتأمين الحيوانات في مكان ومنع الحركة أثناء التجربة MRI. تختلف نوع من صاحب الحيوان اعتمادا على المنطقة الجسم التي يتم مسحها ضوئيا.
    ملاحظة: يمكن جعل أصحاب مخصص من مختبر البلاستيك (البولي بروبلين، تفلون، البوليسترين، البولي) لاستيعاب تجربة محددة وتتناسب مع حجم الحيوان (من الماوس الجديد إلى 160 غ الفئران).
  5. وضع ميزان حرارة المستقيم في الحيوان لمراقبة درجة حرارة الجسم الحيوان. خلال إكسبeriment، والحفاظ على الحيوانات في 35-37 درجة مئوية، وذلك باستخدام تيار من الهواء الدافئ. ضبط درجة حرارة الهواء (30-38 درجة مئوية) وتدفق (1،200-2،000 L / ساعة) على أساس درجة حرارة الجسم ردود فعل الحيوان.
  6. إرفاق بالون التنفسي استشعار الضغط على البطن الحيوان لمراقبة معدل التنفس.
  7. تأمين الحيوان في وسط لفائف RF ووضع بعناية لفائف RF مع الحيوان إلى التصوير بالرنين المغناطيسي الماسح الضوئي.

3. MRI التجربة

  1. لحن، وتتناسب مع لفائف RF قبل بدء التجارب للحد من قوة RF المستخدمة وتعظيم نسبة الإشارة إلى الضوضاء. لبدء مطابقة / ضبط:
    1. فتح أداة التحكم مطياف بالنقر على أيقونة أدوات.
    2. في أداة التحكم مطياف انقر اقتناء → تمايل. تفتح نافذة ACQ / ريكو عرض منحنى تمايل.
    3. بدلا من ذلك ضبط ضبط ومطابقة المكثفات (باستخدام ضبط ومطابقة قضبان) في خطوات صغيرة حتى السلطة RF تنعكستم تصغير. الهدف هو أن نرى منحنى مع حد أدنى على المحور الرأسي المتمركزة صفر على المحور الأفقي.
    4. عندما تم تحقيقه معايرة من لفائف بنجاح، اضغط على زر الإيقاف في إطار ACQ / ريكو.
  2. الحصول على صور الكشفية في طائرات المتعامدة الثلاثة لخلق صور المحوري، الاكليلية والسهمي. استخدام تسلسل الصور السريعة مثل بوابة البينية السريعة انخفاض زاوية اطلاق النار (IG-FLASH) للحصول على الصور الكشفية 12. استخدام الصور الكشفية لضبط هندسة المناسبة للتصوير الفعلي.
  3. تبعا لأهداف بحثية محددة، حدد السليم تسلسل الصور والمعلمات وبدء المسح الضوئي مع ضوء حركة المرور. وهذا معايرة قناة RF، شيم المغناطيس، تعيين تردد الناقل على صدى للمياه وضبط كسب المتلقي، كل تلقائيا.
    1. للدراسات التشريحية والصور T2 المرجحة، والحصول على شريحة متعددة في 2D أو 3D واسطة. لاختصار الوقت تجربة لقرار المكاني معين، والحفاظ على الميدان-of الرؤية (فوف) صغيرة ممكن ولكن كبيرة بما يكفي لتجنب القطع الأثرية التفاف حول (2،56 حتي 3،2 سم).
  4. تستمر دائرة تسلسل اختيار أقصر قليلا من دورة تنفس الحيوان عن طريق الانتقاء السليم لوقت التكرار (TR) و / أو عدد شرائح. وهذا يضمن أن البيانات يتم جمعها خلال فترة هدوء الحيوانات.
    1. على سبيل المثال، للصور في البطن، والحفاظ على معدل التنفس الحيوان في ~ 30 نبضة في الدقيقة. هذا هو حوالي 2000 ميللي ثانية في التنفس. استخدام توربو سرعة اقتناء مع تعزيز الاسترخاء (نادر) تسلسل واكتساب 11-19 شرائح الاكليلية، مع TR / TE 1500/9 ميللي ثانية، عامل نادر 8 و (مصفوفة 256 × 256، FOV 2.56 X 2.56 سم، وسمك شريحة 0.75 مم) .
      ملاحظة: من خلال تعديل TR إلى 1500 ميللي ثانية، والحفاظ على معدل التنفس الحيوان ~ 30 نبضة في الدقيقة (2000 ميللي ثانية في التنفس)، ونحن تأكد من أن البيانات التي تم جمعها خلال فترة هدوء الحيوانات.
  5. بعد أن تم الانتهاء من جميع الحصول على الصور، ضع الحيوان الممسوحة ضوئياعلى لوحة ساخنة ورصد حتى الإسعافية. بعد الشفاء، والعودة الحيوان إلى القفص ورصد ما لا يقل عن 1 ساعة قبل أن تعود إلى منشأة الحيوان.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

في هذه المخطوطة، ونحن نهدف لإظهار فائدة UHF MRI كأداة لفي الجسم الحي توصيف phenotypical أو مراقبة المخدرات في نماذج القوارض لPKD وأمراض الكلى الأخرى. وكانت جميع التجارب جزءا من البروتوكولات التجريبية التي وافق عليها IACUC.

في الجسم الحي phenotyping من نماذج القوارض الصغيرة لPKD باستخدام UHF MRI:

أجريت جميع الدراسات التصوير على الح...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

وتظهر هذه المخطوطة جدوى استخدام UHF MRI كأداة لفي الجسم الحي توصيف phenotypical أو مراقبة المخدرات في نماذج القوارض لPKD.

وصفنا التجارب القيام به في 16.4 T مع تحمل واسعة سميت بال المقدمة III عالية الدقة NMR مطياف مجهزة مع الملحقات التصوير الصغيرة والأصغر. ويعزى مطياف من اقتناء وتجهيز البرامج TopSpin2.0PV التي تسيطر عليها Paravision 5.1 برامج التصوير. لأن حجم القوارض يختلف في الدراسات الطولية، وكنا الملحق...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

نشكر الدكتورين شياوفانغ وانغ وكاثرينا هوب على مساعدتهما التي لا تقدر بثمن في النماذج الحيوانية. تم دعم هذا العمل بمنح من المعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى ، المعاهد الوطنية للصحة (DK090728 ، DK058816).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
AVANCEIII-700 (16.4 T)BrukerBH067206مطياف متعدد النواة ذو تجويف عريض مزود بملحقات تصوير مصغرة ودقيقة لتصوير القوارض الصغيرة in vivo < / em> تصوير القوارض
الصغيرة TopSpin2.0PVBrukerH9088TA2مطياف
برنامج معالجة Paravision 5.1BrukerT10314L5Imaging sofware
VTU BVT 3000 Digitalجهاز التحكم في درجة الحرارةW1101095
Bruker

المراجع

  1. Torres, V. E., Harris, P. C. Autosomal dominant polycystic kidney disease: the last 3 years. Kidney Int. 76, 149-168 (2009).
  2. Chapman, A. B., et al. Kidney volume and functional outcomes in autosomal dominant polycystic kidney disease. Clinical journal of the American Society of Nephrology : CJASN. 7, 479-486 (2012).
  3. Torres, V. E., Harris, P. C. Polycystic kidney disease: genes, proteins, animal models, disease mechanisms and therapeutic opportunities. J Intern Med. 261, 17-31 (2007).
  4. Hateboer, N., et al. Comparison of phenotypes of polycystic kidney disease types 1 and 2 European PKD1-PKD2 Study Group. Lancet. 353, 103-107 (1999).
  5. Rossetti, S., et al. Association of mutation position in polycystic kidney disease 1 (PKD1) gene and development of a vascular phenotype. Lancet. 361, 2196-2201 (2003).
  6. Chapman, A. B., et al. Renal structure in early autosomal-dominant polycystic kidney disease (ADPKD): The Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease (CRISP) cohort. Kidney international. 64, 1035-1045 (2003).
  7. Grantham, J. J., et al. Volume progression in polycystic kidney disease. N Engl J Med. 354, 2122-2130 (2006).
  8. Schrier, R. W., et al. Blood Pressure in Early Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease. The New England journal of medicine. , (2014).
  9. Torres, V. E., et al. Angiotensin Blockade in Late Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease. The New England journal of medicine. , (2014).
  10. Wilson, P. D. Mouse models of polycystic kidney disease. Curr Top Dev Biol. 84, 311-350 (2008).
  11. Happe, H., Peters, D. J. Translational research in ADPKD: lessons from animal models. Nature reviews. Nephrology. , (2014).
  12. Frahm, J., Haase, A., Matthaei, D. Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 3, 321-327 (1986).
  13. Bae, K. T., et al. Magnetic resonance imaging evaluation of hepatic cysts in early autosomal-dominant polycystic kidney disease: the Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease cohort. Clin J Am Soc Nephrol. 1, 64-69 (2006).
  14. Hossack, K. F., Leddy, C. L., Johnson, A. M., Schrier, R. W., Gabow, P. A. Echocardiographic findings in autosomal dominant polycystic kidney disease. N Engl J Med. 319, 907-912 (1988).
  15. Lumiaho, A., et al. Mitral valve prolapse and mitral regurgitation are common in patients with polycystic kidney disease type 1. American journal of kidney diseases : the official journal of the National Kidney Foundation. 38, 1208-1216 (2001).
  16. Vallee, J. P., Ivancevic, M. K., Nguyen, D., Morel, D. R., Jaconi, M. Current status of cardiac MRI in small animals. Magma. 17, 149-156 (2004).
  17. Epstein, F. H. MR in mouse models of cardiac disease. NMR Biomed. 20, 238-255 (2007).
  18. Bloomgarden, D. C., et al. Global cardiac function using fast breath-hold MRI: validation of new acquisition and analysis techniques. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 37, 683-692 (1997).
  19. Larson, A. C., et al. Self-gated cardiac cine MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 93-102 (2004).
  20. Smith, J. C., Corbin, T. J., McCabe, J. G., Bolon, B. Isoflurane with morphine is a suitable anaesthetic regimen for embryo transfer in the production of transgenic rats. Laboratory animals. 38, 38-43 (2004).
  21. Ahrens, E. T., Srinivas, M., Capuano, S., Simhan, H. N., Schatten, G. P. Magnetic resonance imaging of embryonic and fetal development in model systems. Methods Mol Med. 124, 87-101 (2006).
  22. Zhou, R., Pickup, S., Glickson, J. D., Scott, C. H., Ferrari, V. A. Assessment of global and regional myocardial function in the mouse using cine and tagged MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 760-764 (2003).
  23. Stimpfel, T. M., Gershey, E. L. Selecting anesthetic agents for human safety and animal recovery surgery. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 5, 2099-2104 (1991).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

التصوير بالرنين المغناطيسيبروتوكول التخديرمراقبة التنفساكتساب الصورإجمالي حجم الكلية
استخدام فائقة MRI الميداني في القوارض الصغيرة نماذج من مرض الكلى المتعدد الكيسات ل
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.