人肾动脉分支的多层次显微解剖和功能结构分析
2025年9月5日
本文提出了人肾动脉分支分离和功能评估的分步方案，促进了药物开发的临床前研究。
我们的研究旨在建立标准化方法来分离和功能评估人类肾动脉分支，揭示血管功能障碍的机制并指导靶向治疗。以前的研究依赖于动物模型或间接成像，其中我们的线肌成像直接反映了体外人类肾动脉功能。我们的方法能够进行精确的、人类特异性的血管分析，克服物种限制并改进转化药物开发。
首先，确保肾组织在运输过程中保持完全浸没在液体中，以保持组织活力和结构完整性。通过定位肾门并对齐切口以穿过肾盂和外侧凸缘来目视识别冠状平面。使用无菌手术刀，沿着这个冠状平面将肾脏一分为二，形成对称的两半，并暴露内部结构，例如肾锥体和肾柱。
在体视显微镜下，使用显微解剖剪刀和镊子在10厘米的黑底培养皿中仔细分离叶间动脉、弓状动脉和小叶间动脉。然后，在同一个 10 厘米的黑底培养皿中轻轻去除夹层动脉上的任何周围组织和脂肪，以彻底清洁它们。使用显微解剖剪刀，将清洁的动脉切成大约两毫米长的环，用于血管功能研究。
小心地将第一根导丝插入培养皿中的动脉环中。将导丝的一侧弯曲成 90 度角，并将带有导丝的动脉环转移到腔室中。在将动脉环固定在样品架上之前，请记录血管长度。
将环放在两个支架之间，读取千分尺刻度，其中一个刻度等于 10 微米。减去当支架相互接触时测量的初始刻度值，以计算动脉环的长度和宽度。然后，使用仪器提供的螺钉将动脉环固定到蛤式样品架上，顺时针方向拧紧。
然后，将第二根导丝穿过动脉环。将电线顺时针缠绕在两端的固定螺钉上，将其紧紧固定在样品架表面。从 DMT 菜单中选择归一化设置，并将目镜校准设置为每格 1 毫米，目标压力设置为 13.3 千帕，IC1/IC100 设置为 0.9，在线平均时间设置为 3 秒，延迟时间设置为 60 秒。
选择与目标动脉相对应的通道，然后从 DMT 菜单中打开归一化屏幕。在相应的字段中，输入组织终点，因为 a1 等于零，a2 等于测量的血管长度（以毫米为单位）。输入线径为 40 微米，然后输入刻度上的千分尺读数。
单击添加点以保存数据。现在应用被动拉伸并等待三分钟。输入新的千分尺读数作为下一个点，然后单击添加点。
向腔室中加入五毫升 60 钾离子溶液，以诱导钾介导的血管收缩。要洗掉 60 钾离子溶液，请分 3 次加入 5 毫升 Krebs 溶液。为了评估去氧肾上腺素诱导的浓度依赖性收缩，请以半对数增量应用累积去氧肾上腺素，从 10 的负 9 次方到 10 的负四磨牙的幂。
对于额外的药物测试，用温热的 5 毫升克雷布斯溶液清洗腔室至少五次，直到张力恢复到基线并保持稳定至少 10 分钟。叶间动脉成功从肾髓质中解剖，显示出厚厚的血管壁和周围脂肪组织，需要仔细切除以保持结构完整性。弓状动脉在皮质髓质交界处被隔离，表现出较薄的血管壁和拱形轨迹。
小叶间动脉线性穿过肾皮层，其壁非常薄，与皮质组织紧密结合。组织学分析表明，叶间动脉的血管壁最厚，外膜明显，而弓状动脉和小叶间动脉的血管壁逐渐变薄，平滑肌层较少。动脉正常化涉及重复的机械拉伸和钾诱导刺激，在样本之间建立稳定的基线张力条件。
去氧肾上腺素的累积添加量从 10 的负 9 次方到 10 的负四摩尔浓度的幂，以剂量依赖性方式诱导动脉环逐渐增强的收缩。在去氧肾上腺素预收缩动脉中，乙酰胆碱的浓度从 10 的负 8 次方增加到 10 的负 5 摩尔的 3 次方产生浓度依赖性血管舒张。
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概述
本文提出了一种详细的协议，用于分离和功能性评估人类肾动脉分支，以增强药物开发的临床前研究。该方法允许直接评估人类血管功能，解决了以往动物模型的局限性。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 血管生物学
- 药物开发
背景
- 以往的研究依赖于动物模型或间接成像技术。
- 线肌图法提供了对人类肾动脉功能的直接体外评估。
- 理解血管功能障碍对开发靶向治疗至关重要。
- 标准化的方法对于准确的功能评估是必要的。
研究目的
- 建立分离人类肾动脉分支的协议。
- 评估这些动脉的功能特性。
- 通过使用人类特定模型改善药物开发的转化性。
使用的方法
- 使用显微解剖技术分离肾动脉。
- 通过线肌图法进行功能评估。
- 使用钾离子溶液和苯肾上腺素诱导收缩。
- 对动脉结构进行组织学分析。
主要结果
- 成功解剖小叶间、弓状和小叶间动脉。
- 表现出对苯肾上腺素的剂量依赖性收缩。
- 在样本中建立了稳定的基线张力条件。
- 在预先收缩的动脉中观察到乙酰胆碱引起的血管舒张。
结论
- 该协议允许对人类肾动脉进行精确的功能分析。
- 研究结果有助于理解血管功能障碍的机制。
- 增强了在肾血管疾病中开发靶向治疗的潜力。
常见问题
Executive Industry Relevance
Standardized microdissection and functional profiling of human renal arterial branches address a critical gap in translational vascular research, enabling direct interrogation of human-specific mechanisms underlying renal vascular dysfunction. This approach enhances predictive confidence for target validation and mechanistic de-risking in early-stage drug discovery, particularly for renal and cardiovascular portfolios. By providing reproducible, quantitative vascular reactivity data, the protocol supports risk-adjusted advancement decisions and portfolio triage.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct functional assessment of human renal arteries, overcoming species translation barriers.
- Supports mechanistic de-risking by quantifying vasomotor responses to pharmacological agents.
- Facilitates robust target validation through reproducible, quantitative contractility and relaxation data.
- Provides structural-functional correlation for pathway clarification in renal vascular disease.
Screening & Assay Development
- Establishes validated, human-relevant vascular assay systems for compound evaluation.
- Standardizes normalization and measurement protocols to ensure reproducibility across studies.
- Generates quantitative outputs suitable for comparative screening of vasoactive compounds.
- Enables scalability and platform reuse for diverse pharmacological interventions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns functional vascular readouts with disease-relevant human tissue, enhancing translational continuity.
- Supports biomarker development by linking structural and functional vessel characteristics.
- Reduces late-stage biological risk by providing human-specific preclinical data.
- Informs risk-adjusted progression of renal and cardiovascular therapeutic candidates.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery continuum from early mechanistic studies through preclinical validation, providing a bridge between target identification and translational research in renal vascular disease.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing and pathway clarification via direct human vessel analysis.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative contractility and relaxation data for compound profiling.
- Analytics: Provides standardized measurements of vasomotor responses and vessel structure.
- Translational Research: Ensures continuity by using human tissue models relevant to clinical endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for functional vascular assessment across multiple programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in renal vascular research.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable functional assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital allocation by providing robust human data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of renal and cardiovascular assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microdissection, histology, and wire myography instrumentation.
- Demands access to high-quality human renal tissue and specialized analytical infrastructure.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of normalization and measurement protocols.
- May require adaptation for different arterial branch sizes and tissue conditions.
- Dependent on tissue viability and precise anatomical identification for reproducible results.
