Früherkennung von Medikamenten-induzierten Nieren hämodynamischen Dysfunktion Mit sonographische Technologie bei Ratten
11. März 2016
Eine hämodynamische Dysfunktion im Frühstadium ist entscheidend für die Entwicklung von Nierenerkrankungen. Die Nachweismethoden sind jedoch begrenzt. Jüngste Fortschritte in der Sonographie bieten eine nicht-invasive, genaue Option zur Früherkennung von Nierenschäden. Diese Studie skizziert eine schrittweise sonographische Methodik zum Nachweis von Nierenfunktionsstörungen unter Verwendung eines medikamenteninduzierten Nephrotoxizitätsmodells an Ratten.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, eine schrittweise sonographische Methodik zur Erkennung von Nierenfunktionsstörungen unter Verwendung eines medikamenteninduzierten Nephrotoxizitätsmodells an Ratten bereitzustellen. Dazu wird zunächst die Ultraschallsonde mit Hilfe des Schienensystems positioniert und die Aorta isoliert. Als nächstes wird der Sondenwinkel angepasst, um eine vollständige Nierenansicht in der Mitte des Bildschirms zu erhalten, und das Bild im B-Modus wird mit der höchstmöglichen Bildrate gespeichert.
Dann wird das akustische Farbdopplerfenster geöffnet, um die Nierenarterie und die Nierenvene zu isolieren. Schließlich wird die gepulste Welle oder die gelbe PW-Indikatorlinie verwendet, um den Fluss in der rechten Nierenarterie zu beurteilen, und sinistore wird verwendet, um die Daten mit der höchstmöglichen Bildrate zu sammeln. Letztendlich wird die hochauflösende Ultraschallbildgebung verwendet, um hämodynamische Veränderungen in der Niere nach einer Cisplatin-induzierten akuten Nierenschädigung zu zeigen.
Diese Methode kann wichtige Fragen im Bereich der Überwachung der Nierenfunktion beantworten, wie z. B. hämodynamische Veränderungen, die durch Nierenschäden verursacht werden. Obwohl diese Methode Einblicke in die renale Hämodynamik geben kann, kann sie auch auf andere Systeme, wie z. B. Mausmodelle, angewendet werden. Am Tag 0, nachdem Sie die Tiere gemäß dem Textprotokoll betäubt und Augensalbe aufgetragen haben, verwenden Sie eine Klinge Nr. 40 und eine Enthaarungscreme, um die Haare von der Brust zu entfernen.
Richten Sie bei der Überwachung der Vitalparameter des Tieres ein hochauflösendes MS250-Ultraschallsystem mit einer Mittenfrequenz von 21 MHz ein, das an den aktiven Port angeschlossen ist, und richten Sie die Anwendung auf der Niere voreingestellt ein. Legen Sie das anästhesierte Tier in Rückenlage auf die Plattform und positionieren Sie die Ultraschallsonde in der Mittellinie des Tieres in einem 90-Grad-Winkel zur linken parasternalen Linie, um die Aorta zu isolieren. Schieben Sie aus dieser Position die Plattform mit dem Tier so, dass die Sonde auf Höhe der linken oder rechten Nierenarterie ist.
Betrachten Sie mit den Mikromanipulatoren die Nierenarterie. Passen Sie dann den Sondenwinkel an, indem Sie ihn leicht entlang der Y-Achse der Sonde neigen, um eine vollständige Nierenansicht in der Mitte des Bildschirms zu erhalten. Nachdem das Nierenbecken und die Nierenarterie abgebildet wurden, speichern Sie die Bilder mit der höchsten Bildrate, die mit der verwendeten Sonde zulässig ist.
Drücken Sie anschließend die Farbdoppler-Taste auf der Tastatur, um das akustische Farbdoppler-Fenster zu aktivieren. Stellen Sie sicher, dass die Fokustiefe in der Mitte der Niere liegt. Verwenden Sie sinistore, um die Daten mit der höchstmöglichen Bildrate aufzuzeichnen.
Um Bilder in der Impulswellen- oder PW-Ansicht aufzunehmen, klicken Sie auf die PW-Taste, um eine gelbe Anzeigelinie auf dem Bildschirm anzuzeigen. Platzieren Sie die gelbe Linie in der Nierenarterie mit dem PW-Winkelschlüssel in einem Winkel, der der Richtungsrichtung des Flusses durch das Gefäß entspricht, und stellen Sie sicher, dass der Dopplerwinkel weniger als 60 Grad beträgt. In diesem Modus teilt sich das akustische Fenster in einen oberen und einen unteren Bereich.
Verwenden Sie sinistore, um das Bild der Wellenformen aufzunehmen, die die Geschwindigkeit des arteriellen Flusses bei maximaler Systole und Diastole anzeigen. Nach der Bildgebung legen Sie das Tier unter eine Heizlampe in einem sauberen Aufwachbereich in sternaler Liege. Überwachen Sie kontinuierlich die Vitalparameter des Tieres, bis es sich vollständig von der Narkose erholt hat, bevor Sie es in die Haltungseinrichtung zurückbringen.
Vierundzwanzig Stunden nach der Durchführung der Baseline-Bildgebung ist den Behandlungstieren eine interperitoneale Injektion von 10 Milligramm pro Kilogramm Cisplatin in einer Einzeldosis zu verabreichen. Den Kontrolltieren normale Kochsalzlösung verabreichen. Führen Sie gemäß dem hier gezeigten Zeitplan und während Sie die Vitalfunktionen des Tieres überwachen, eine Ultraschallbildgebung durch, wie zuvor im Video gezeigt.
Führen Sie eine Datenanalyse gemäß den Richtlinien im Textprotokoll durch. Die in dieser Studie präsentierten Bilder wurden von einem einzigen Bediener aufgenommen und die Bilddaten von einem einzigen Untersucher analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass mit Cisplatin behandelte Tiere an Tag 6 Serumkreatinin zwischen 0,5 und 2,1 aufwiesen.
Der normale Kreatininspiegel liegt bei weniger als 1,1. Die Ultraschallbilder bieten eine hohe Sensitivität gegenüber den histologischen Daten, die in den folgenden Studien gezeigt wurden. An Tag 6 zeigte die Histologie konsistente Muster akuter interstitieller Tubulusverletzungen bei Nieren, die mit Cisplatin behandelt wurden, im Vergleich zu normalen, mit Kochsalzlösung behandelten Tieren.
Unter Verwendung hochauflösender Ultraschallbildgebung zur Messung hämodynamischer Veränderungen in der Niere gab es bei Tieren ohne Cisplatin-Behandlung zwischen Tag 0 und 6 keine Veränderung der Morphologie, während die Pulsus-parvus-Morphologie bei mit Cisplatin behandelten Tieren an Tag 6 festgestellt wurde. RI steht für Resistive Index und PI steht für Pulsatile Index. Die Obergrenzen für normale RI und PI liegen bei Ratten bei 0,7 bzw. 1,15.
Die Messung dieser Indizes zur Beurteilung der hämodynamischen Veränderungen in der Niere zeigte einen signifikanten Anstieg bei beiden mit Cisplatin behandelten Tieren an Tag 6. Bei diesem Verfahren ist es wichtig sicherzustellen, dass das Tier unter Narkose normale Vitalfunktionen hat. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der hämodynamischen Veränderungen des Nierenultraschalls nach akutem Nierenversagen.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man eine Niere anhand eines Kleintiermodells für akute Nierenschäden abbildet.
Übersicht
Diese Studie stellt eine detaillierte sonographische Methodik zur Detektion einer Nierenfunktionsstörung in einem auf Medikamenten basierenden Nephrotoxizitäts-Rattenmodell vor. Mithilfe der hochauflösenden Ultraschallbildgebung zielt die Methode darauf ab, Einblicke in hämodynamische Veränderungen nach einer akuten Nierenschädigung zu gewinnen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Nephrologie
- Sonographie
- Tiermodelle
Hintergrund
- Die Entstehung von Nierenerkrankungen steht in Zusammenhang mit einer frühen hämodynamischen Dysfunktion.
- Die derzeitigen Nachweismethoden für Nierenschädigungen sind begrenzt.
- Fortschritte in der Sonographie bieten eine nichtinvasive Detektionsmöglichkeit.
- Diese Studie konzentriert sich auf ein Rattenmodell, um diese Methoden zu untersuchen.
Zweck der Studie
- Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die sonographische Methodik zur Erkennung von Nierenfunktionsstörungen zu erarbeiten.
- Die hämodynamischen Veränderungen in der Niere nach einer Cisplatin-Behandlung zu beurteilen.
- Einen Rahmen für die Überwachung der Nierenfunktion in der Forschung bereitzustellen.
Verwendete Methoden
- Positionierung der Ultraschallsonde und Isolierung der Aorta.
- Einstellen der Sondewinkel für eine optimale Nierenbildgebung.
- Nutzung der Farbdopplersonographie zur Beurteilung des Flusses in Nierenarterie und Nierenvene.
- Gabe von Cisplatin und Überwachung hämodynamischer Veränderungen über die Zeit.
Hauptergebnisse
- Tiere, die Cisplatin erhalten hatten, wiesen erhöhte Serumkreatininwerte auf.
- Ultraschalluntersuchungen mit hoher Auflösung zeigten signifikante hämodynamische Veränderungen.
- Die histologische Analyse bestätigte akute tubulointerstitielle Schädigungen.
- Der Resistenzindex und der Pulsatilitätsindex waren bei behandelten Tieren signifikant verändert.
Schlussfolgerungen
- Die vorgeschlagene sonographische Methode ist wirksam zur Erkennung einer Nierenfunktionsstörung.
- Sie liefert wertvolle Erkenntnisse über die renale Hämodynamik nach einer Verletzung.
- Diese Technik kann für andere Tiermodelle in der Nierenforschung angepasst werden.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die frühe Erkennung drogeninduzierter renaler hämodynamischer Dysfunktion schließt eine entscheidende Lücke in der präklinischen Sicherheitsbewertung, bei der herkömmliche Biomarker wie Kreatinin im Serum hinter den physiologischen Veränderungen zurückbleiben. Dieser sonographische Ansatz ermöglicht eine mechanistische Risikominimierung, indem er vaskuläre Veränderungen vor strukturellem Schaden identifiziert und so die Vorhersagegenauigkeit bei der Optimierung von Leitverbindungen unterstützt. Für die biopharmazeutische Forschung und Entwicklung verbessert die Integration einer nichtinvasiven hämodynamischen Überwachung die translationale Kontinuität und verringert die Ausscheidung in späteren Stadien aufgrund unvorhergesehener Nephrotoxizität.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen, indem die Exposition gegenüber Wirkstoffen mit frühen hämodynamischen Veränderungen der Nierenfunktion verknüpft wird.
- Operationaler Wert: Bietet eine nichtinvasive, wiederholte Überwachungsmöglichkeit, die den Tierversuchseinsatz verringert und Längsschnittstudien unterstützt.
- Prädiktiver Wert: Der Resistive Index (RI) und der Pulsatile Index (PI) dienen als quantifizierbare Biomarker, die einem Anstieg der Serumkreatinin-Konzentration vorausgehen, und verbessern so die frühe Erkennung von Sicherheitssignalen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Assay-Bereitschaft: Etabliert standardisierte hämodynamische Parameter (RI, PI, systolische Spitzengeschwindigkeit, enddiastolische Geschwindigkeit, VTI) für reproduzierbare Wirkstoff-Screenings in Nagetiermodellen.
- Quantitative Ausgabe: Erzeugt kontinuierliche, numerische Messwerte, die Dosis-Wirkungs-Modellierungen und schwellenbasierte Go/No-Go-Entscheidungen ermöglichen.
- Plattform-Skalierbarkeit: Kompatibel mit Hochfrequenz-Ultraschallsystemen und anpassbar an Mausmodelle, unterstützt die Validierung über Arten hinweg in Entdeckungspipelines.
Translationale und präklinische Forschung
- Klinische Relevanz: Modelliert klinisch relevante hämodynamische Vorläufer einer akuten Nierenverletzung (AKI) und entspricht der menschlichen Pathophysiologie, bei der vaskuläre Veränderungen vor dem Anstieg von Biomarkern auftreten.
- Translationale Kontinuität: Verbindet Entdeckungs- und präklinische Phase, indem funktionell relevante Messgrößen bereitgestellt werden, die spätere histopathologische Ergebnisse vorhersagen.
- Risikoadjustierte Weiterentwicklung: Unterstützt Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch auf Grundlage hämodynamischer Verschlechterungen und verringert so die Weiterentwicklung von Substanzen mit latenter nephrotoxischer Wirkung.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese Methode fügt sich in den Kontinuum von der Entdeckung bis zur präklinischen Phase ein und verbessert insbesondere die Identifizierung von Leitverbindungen und die präklinische Sicherheitsbewertung, indem sie frühe hämodynamische Biomarker bereitstellt, die die Auswahl und Weiterentwicklung von Wirkstoffen unterstützen.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die mechanistische Risikominderung, indem sie verbindungsinduzierte Veränderungen des Nierenblutflusses vor dem Auftreten offensichtlicher Toxizität aufdeckt.
- Screening: Ermöglicht die Standardisierung von Assays durch reproduzierbare, dopplergestützte Messgrößen und erleichtert so die verlässliche Charakterisierung von Wirkstoffen.
- Analytik: Liefert quantitative hämodynamische Kenngrößen (RI, PI, Geschwindigkeitsparameter), die einen objektiven Vergleich zwischen Behandlungsgruppen und zu verschiedenen Zeitpunkten erlauben.
- Translationale Forschung: Verbindet frühe vaskuläre Dysfunktionen mit histopathologischen Schäden und stärkt dadurch die Vorhersagekraft präklinischer Modelle.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Stellt eine nichtinvasive, serielle Bildgebungstechnik dar, die in mehreren therapeutischen Bereichen und bei verschiedenen Zielstrukturen anwendbar ist, die eine Nierensicherheitsbewertung erfordern.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Bewertung von Nephrotoxizität, indem funktionelle Veränderungen erkannt werden, bevor strukturelle Schäden oder ein Anstieg von Biomarkern auftreten.
- Operationaler Wert: Verbessert die Reproduzierbarkeit und verringert die Variabilität durch standardisierte Positionierung der Sonde, Dopplereinstellungen und serielle Bildgebungsprotokolle.
- Strategischer Wert: Steigert die Kapitalnutzungseffizienz, indem toxische Kandidaten früher aussortiert werden, wodurch Investitionen in risikobehaftete Wirkstoffe minimiert werden.
- Portfolioauswirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung, indem Verbindungen mit früher hämodynamischer Belastung identifiziert werden, was sicherere Entscheidungen über die Weiterentwicklung ermöglicht.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Ultraschallbildgebung an Kleintieren und der Interpretation von Doppler-hämodynamischen Parametern.
- Benötigt hochauflösende Ultraschallsysteme (21 MHz oder höher) mit Farb- und gepulstem Wellen-Doppler.
- Erfordert die Standardisierung der Tierpositionierung, des Schallkopfwinkels und der Aufnahmeeinstellungen über verschiedene Studien und Bediener hinweg.
- Die Übertragung auf verschiedene Modelle (z. B. Ratten auf Mäuse) kann aufgrund anatomischer Unterschiede Anpassungen der Frequenz und Tiefe erfordern.
- Zu den praktischen Einschränkungen zählen die Abhängigkeit vom Bediener und die Notwendigkeit kontrollierter physiologischer Bedingungen (z. B. stabile Anästhesie), um die Gültigkeit der Messungen sicherzustellen.
