大鼠使用超声技术药物引起的肾血流动力学障碍的早期检测
2016年3月11日
早期血流动力学功能障碍对肾脏疾病的发展至关重要。然而，检测方法有限。超声检查的最新进展为肾损伤的早期检测提供了一种无创、准确的选择。本研究概述了一种使用药物诱导的肾毒性大鼠模型检测肾功能障碍的分步超声方法。
该程序的总体目标是提供一种分步超声方法，用于使用药物诱导的肾毒性大鼠模型检测肾功能障碍。这是通过首先使用导轨系统定位超声探头并隔离主动脉来实现的。接下来，调整探头角度以在屏幕中央获得完整的肾脏视图，并使用尽可能高的帧速率存储 B 模式图像。
然后，打开彩色多普勒声窗以隔离肾动脉和肾静脉。最后，脉冲波或 PW 黄色指示线用于评估右肾动脉中的血流，并使用 sinistore 以尽可能高的帧速率收集数据。最终，高分辨率超声成像用于显示顺铂诱导的急性肾损伤后肾脏的血流动力学变化。
该方法可以回答肾功能监测领域的关键问题，例如肾损伤引起的血流动力学变化。虽然这种方法可以提供对肾血流动力学的见解，但它也可以应用于其他系统，例如小鼠模型。第 0 天，根据文本方案麻醉动物并涂抹眼膏后，使用 40 号刀片和脱毛膏去除胸部毛发。
在监测动物生命体征的同时，设置一个中心频率为 250 MHz 的高分辨率 MS21 超声系统连接到活动端口，并在肾脏上预设应用程序。将麻醉的动物仰卧在平台上，并使用导轨系统，将超声探头中线与隔离主动脉的左侧胸骨旁线成 90 度角放置在动物上。从这个位置，与动物一起滑动平台，使探针与左肾动脉或右肾动脉齐平。
使用显微作器，观察肾动脉。然后沿探头的 Y 轴略微倾斜来调整探头角度，以获得屏幕中央的完整肾脏视图。对肾盂和肾动脉进行成像后，使用所用探头允许的最高帧速率存储图像。
接下来，按键盘上的彩色多普勒键以打开彩色多普勒声学窗口。确保焦点深度位于肾脏的中心。使用 sinistore 以尽可能高的帧速率录制数据。
要以脉冲波或 PW 视图捕获图像，请单击 PW 键在屏幕上显示一条黄色指示线。使用 PW 角度键，将黄线放在肾动脉中，使其与流经血管的方向平行，确保多普勒角小于 60 度。在此模式下，隔音窗分为上半部分和下半部分。
使用 sinistore 捕获波形图像，这些波形指示动脉血流在收缩期和舒张期峰值的速度。成像后，将动物放在胸骨卧位干净恢复区域的加热灯下。持续监测动物的生命体征，直到从麻醉中完全恢复，然后再将其送回饲养设施。
进行基线成像后 24 小时，对治疗动物单次给药每公斤顺铂 10 毫克腹腔注射。给对照动物施用生理盐水。按照此处显示的时间表，在监测动物的生命体征的同时，按照视频前面所示进行超声成像。
根据文本协议中的准则进行数据分析。本研究中提供的图像由一名作员拍摄，成像数据由一名研究人员分析。结果显示，顺铂处理的动物在第 6 天的血清肌酐范围为 0.5 至 2.1。
肌酐的正常水平低于 1.1。超声图像对以下研究中显示的组织学数据具有很高的灵敏度。在第 6 天，组织学显示与正常盐水处理的动物相比，顺铂处理的肾脏急性肾小管间质损伤模式一致。
使用高分辨率超声成像测量肾脏血流动力学变化，未接受顺铂治疗的动物在第 0 天和第 6 天之间形态没有变化，而在第 6 天在顺铂治疗的动物中检测到细小脉形态。RI 代表电阻指数，PI 代表脉动指数。大鼠正常 RI 和 PI 的上限分别为 0.7 和 1.15。
测量这些指标以评估肾脏的血流动力学变化，表明顺铂治疗的动物在第 6 天显着增加。在尝试此程序时，重要的是要确保动物在麻醉下具有正常的生命体征。该技术开发后，为急性肾损伤后肾脏超声血流动力学变化领域的研究人员铺平了道路。
看完这个视频后，你应该对如何使用急性肾损伤的小动物模型对肾脏进行成像有了很好的了解。
概述
本研究提出了一种详细的超声方法，用于在药物诱导的肾毒性大鼠模型中检测肾功能障碍。利用高分辨率超声成像，该方法旨在提供急性肾损伤后血流动力学变化的见解。
关键研究组成部分
科学领域
- 肾脏病学
- 超声成像
- 动物模型
背景
- 肾脏疾病的发展与早期血流动力学功能障碍相关。
- 当前肾脏损伤的检测方法有限。
- 超声技术的进步提供了一种非侵入性检测选择。
- 本研究专注于大鼠模型，以探索这些方法。
研究目的
- 概述检测肾功能障碍的步骤式超声方法。
- 评估顺铂治疗后肾脏的血流动力学变化。
- 为研究中的肾功能监测提供框架。
使用的方法
- 超声探头的定位和主动脉的隔离。
- 调整探头角度以获得最佳的肾脏成像。
- 利用彩色多普勒评估肾动脉和肾静脉流量。
- 给予顺铂并监测随时间变化的血流动力学变化。
主要结果
- 顺铂处理的动物表现出血清肌酐水平升高。
- 高分辨率超声显示显著的血流动力学变化。
- 组织学分析确认了急性小管间质损伤。
- 处理后的动物的电阻指数和脉动指数显著改变。
结论
- 所提出的超声方法对检测肾功能障碍有效。
- 它提供了关于损伤后肾脏血流动力学的宝贵见解。
- 这种技术可以适用于肾脏研究中的其他动物模型。
常见问题
Executive Industry Relevance
Early detection of drug-induced renal hemodynamic dysfunction addresses a critical gap in preclinical safety assessment, where traditional biomarkers like serum creatinine lag behind physiological changes. This sonographic approach enables mechanistic de-risking by identifying vascular alterations prior to structural damage, supporting predictive confidence in lead optimization. For biopharma R&D, integrating noninvasive hemodynamic monitoring improves translational continuity and reduces late-stage attrition due to unanticipated nephrotoxicity.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking compound exposure to early hemodynamic shifts in renal function.
- Operational Value: Provides a noninvasive, serial monitoring capability that reduces animal use and supports longitudinal study designs.
- Predictive Value: Resistive Index (RI) and Pulsatile Index (PI) serve as quantifiable biomarkers that precede serum creatinine elevation, improving early safety signal detection.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes standardized hemodynamic parameters (RI, PI, peak-systolic velocity, end-diastolic velocity, VTI) for reproducible compound screening in rodent models.
- Quantitative Output: Generates continuous, numerical readouts that enable dose-response modeling and threshold-based go/no-go decisions.
- Platform Scalability: Compatible with high-frequency ultrasound systems and adaptable to mouse models, supporting cross-species validation in discovery pipelines.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models clinically relevant acute kidney injury (AKI) hemodynamic precursors, aligning with human pathophysiology where vascular changes precede biomarker rise.
- Translational Continuity: Bridges discovery and preclinical stages by providing functionally relevant readouts that predict later histopathological outcomes.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions based on hemodynamic deterioration, reducing progression of compounds with latent nephrotoxic potential.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery-to-preclinical continuum, specifically enhancing lead identification and preclinical safety assessment by providing early hemodynamic biomarkers that inform compound selection and advancement.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by revealing compound-induced alterations in renal blood flow before overt toxicity manifests.
- Screening: Enables assay standardization through reproducible Doppler-derived metrics, facilitating high-confidence compound profiling.
- Analytics: Delivers quantitative hemodynamic indices (RI, PI, velocity metrics) that allow objective comparison across treatment groups and time points.
- Translational Research: Connects early vascular dysfunction to histopathological injury, strengthening the predictive value of preclinical models.
- Enterprise Reuse: Represents a noninvasive, serial imaging platform applicable across multiple therapeutic areas and target classes requiring renal safety evaluation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in nephrotoxicity assessment by detecting functional changes before structural damage or biomarker elevation.
- Operational Value: Enhances reproducibility and reduces variability through standardized probe positioning, Doppler settings, and serial imaging protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling earlier termination of nephrotoxic candidates, minimizing investment in high-risk leads.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by identifying compounds with early hemodynamic liability, informing safer advancement decisions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal ultrasound imaging and Doppler hemodynamics interpretation.
- Dependent on high-resolution ultrasound systems (21 MHz or higher) with color and pulsed wave Doppler capabilities.
- Necessitates standardization of animal positioning, probe angle, and acquisition settings across studies and operators.
- Adaptation across models (e.g., rats to mice) may require frequency and depth adjustments due to anatomical differences.
- Practical limitations include operator dependency and the need for controlled physiological conditions (e.g., anesthesia stability) to ensure measurement validity.
