Früherkennung von Medikamenten-induzierten Nieren hämodynamischen Dysfunktion Mit sonographische Technologie bei Ratten
March 11th, 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 präsentiert eine detaillierte sonografische Methodik zur Erkennung von Nierenfunktionsstörungen in einem rattenmodell für medikamenteninduzierte Nephrotoxizität. Unter Verwendung hochauflösender Ultraschallbildgebung zielt die Methode darauf ab, Einblicke in hämodynamische Veränderungen nach einer akuten Nierenverletzung zu gewinnen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Nephrologie
- Ultraschallbildgebung
- Tiermodelle
Hintergrund
- Die Entwicklung von Nierenerkrankungen ist mit frühzeitigen hämodynamischen Störungen verbunden.
- Die derzeitigen Methoden zur Erkennung von Nierenverletzungen sind begrenzt.
- Fortschritte in der Sonographie bieten eine nichtinvasive Erkennungsmöglichkeit.
- Diese Studie konzentriert sich auf ein Rattenmodell, um diese Methoden zu untersuchen.
Zweck der Studie
- Eine schrittweise sonografische Methodik zur Erkennung von Nierenfunktionsstörungen zu entwickeln.
- Hämodynamische Veränderungen in der Niere nach Cisplatin-Behandlung zu bewerten.
- Einen Rahmen für die Überwachung der Nierenfunktion in der Forschung zu bieten.
Verwendete Methoden
- Positionierung der Ultraschallsonde und Isolierung der Aorta.
- Anpassung der Sondenwinkel für optimale Nierenbildgebung.
- Verwendung von Farbdoppler zur Beurteilung des Nierenarterien- und Venenflusses.
- Verabreichung von Cisplatin und Überwachung der hämodynamischen Veränderungen im Laufe der Zeit.
Hauptergebnisse
- Bei Cisplatin-behandelten Tieren zeigten sich erhöhte Serumkreatininwerte.
- Hochauflösendes Ultraschall zeigte signifikante hämodynamische Veränderungen.
- Die histologische Analyse bestätigte akute tubuläre interstitielle Verletzungen.
- Der Resistive Index und der Pulsatile Index waren bei behandelten Tieren signifikant verändert.
Schlussfolgerungen
- Die vorgeschlagene sonografische Methode ist effektiv zur Erkennung von Nierenfunktionsstörungen.
- Sie bietet wertvolle Einblicke in die Nierenhämodynamik nach einer Verletzung.
- Diese Technik kann für andere Tiermodelle in der Nierenforschung angepasst werden.
Häufig gestellte Fragen
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.
