Introducción
La investigación en el campo de la nefrología ha mejorado significativamente el bienestar de las personas afectadas por la enfermedad renal. Sin embargo, la enfermedad renal sigue siendo un problema de salud importante que afecta a más del 10% de la población y es responsable del aumento de los costos de atención médica y la mortalidad en todo el mundo1. Desafortunadamente, los mecanismos precisos que conducen a la enfermedad renal no se han dilucidado por completo. Esta colección de métodos JoVE destaca estrategias recientes para definir la fisiopatología renal. En concreto, los grupos de investigación presentan un nuevo modelo animal y métodos para evaluar o tratar la enfermedad renal utilizando modelos experimentales o muestras clínicas. El trabajo presentado en esta colección es otra serie de excelentes contribuciones al campo de la nefrología y puede proporcionar nuevas vías para prevenir, diagnosticar o tratar la enfermedad renal en el futuro.
Un modelo animal traslacional de lesión renal aguda
La lesión renal aguda (LRA) es una forma común de enfermedad renal2. Se han utilizado varios modelos experimentales para estudiar la lesión por isquemia/reperfusión renal (I/R) 3,4,5. Sin embargo, traducir estos hallazgos para mejorar el entorno clínico ha planteado muchos desafíos, ya que existen diferencias significativas entre las especies6. Doulamis et al. desarrollaron un modelo de I/R renal porcino utilizando un catéter de balón bilateral para abordar este problema7. Su modelo fue altamente reproducible, causó una reducción del gasto urinario y la tasa de filtración glomerular estimada, y aumentó los niveles de creatinina plasmática y nitrógeno ureico en sangre en animales. Además, el tejido macroscópico y el examen histológico revelaron infarto y hemorragia dentro de los riñones. Este nuevo modelo es clínicamente relevante y puede ayudar a comprender mejor la LRA en humanos.
Estrategias para examinar los mecanismos celulares implicados en la enfermedad renal
Las citocinas pueden contribuir a la lesión renal y a la reparación8. Por lo tanto, es importante identificar la fuente y el papel de las citocinas dentro del riñón. Taguchi et al. desarrollaron una técnica para comprender la secreción de proteínas utilizando brefeldina A (BFA), un inhibidor de la secreción de proteínas, en modelos de ratón con LRA y enfermedad renal crónica9. Inyectaron BFA en la vena de la cola de ratones y posteriormente evaluaron sus riñones mediante tinción de inmunofluorescencia. Determinaron que BFA inhibía la secreción de proteínas y causaba la acumulación de citoquinas en ciertos tipos de células utilizando marcadores específicos de células. Este innovador protocolo podría utilizarse para estudiar la secreción de proteínas en varias patologías renales.
Otro mecanismo propuesto que se cree que contribuye a la enfermedad renal son los microARN (miARN)10, que se sabe que degradan e inhiben la transcripción del ARNm. Se ha informado que existe una correlación entre la expresión de miARN en el tejido y el suero en humanos11. Sin embargo, no existe un método para purificar y cuantificar tanto los riñones de ratón como el miARN sérico. Yanai et al. optimizaron un método cuantitativo de reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real para evaluar la expresión de miARN en el riñón y el suero de ratones con insuficiencia renal dependiente de la edad12. También establecieron una correlación entre ambos niveles de miARN. Este protocolo es de alto rendimiento y podría ser aplicable a muchas condiciones patológicas.
Nuevas técnicas de imagen para evaluar la enfermedad renal
Las imágenes no invasivas del riñón pueden evaluar defectos estructurales y funcionales. Sin embargo, existen algunas limitaciones con los métodos actuales. Para evitar esto, Holmes et al. desarrollaron una técnica de imagen 3D simple y rentable basada en tecnología de ultrasonido robótico (US) para cuantificar la función renal, hepática y cardíaca13. Su protocolo proporcionó imágenes de alta calidad de manera constante y podría usarse para estudios en los que se pudiera monitorear el tejido macroscópico, el tamaño del tumor o los beneficios de las terapias. La mayor fortaleza de este método es la alta salida de datos. Por ejemplo, se pueden obtener imágenes de tres ratas a la vez, o se pueden obtener imágenes de 20 a 30 ratones por hora. Este protocolo es una alternativa rápida a las modalidades tradicionales de imágenes no invasivas.
Otro grupo de investigación de la colección utilizó imágenes para estudiar la obstrucción ureteral unilateral (UUO), un modelo de lesión que induce glomérulos superficiales. Wagner et al. utilizaron microscopía intravital de dos fotones para monitorear la UUO en ratas que desarrollan glomérulos superficiales y aquellas que no desarrollan glomérulos superficiales14. La microscopía de dos fotones proporciona una mayor profundidad de penetración y examen de diferentes regiones del riñón. Los autores encontraron que la UUO indujo inflamación y fibrosis, y también disminuyó el flujo de glóbulos rojos en los riñones de rata. La cuantificación del flujo sanguíneo, la vasoconstricción y la dilatación en respuesta a los medicamentos y la inflamación son algunos de los beneficios que proporciona este método. En conjunto, estos estudios proporcionan nuevas estrategias de imagen para estudiar varios tejidos.
Estimación de la nanocristaluria como predictor de enfermedad renal
Se ha propuesto que la evaluación de los cristales urinarios podría ser útil para predecir el riesgo de cálculos renales15. Desarrollamos un protocolo para cuantificar los nanocristales urinarios (≤1 μm) de adultos sanos antes y después de consumir una carga de oxalato en la dieta que se sabe que induce niveles de oxalato urinario16. Aislamos y analizamos nanocristales urinarios que contienen calcio utilizando un fluoróforo de calcio y un análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA). Determinamos que el NTA puede detectar específicamente nanocristales que contienen calcio en la orina, y los resultados fueron consistentes con nuestros hallazgos anteriores17. Este protocolo se puede utilizar para estudiar nanocristales urinarios en formadores de cálculos o en varios campos de investigación donde ocurren cristalopatías.
Enfoques terapéuticos para tratar la enfermedad renal
Se han sugerido imitadores de miARN sintetizados artificialmente como un posible tratamiento para la enfermedad renal. Sin embargo, la ARNasa sérica puede degradar los imitadores de miARN exógenos18. Yanai et al. produjeron vectores no virales basados en nanopartículas de polietilenimina de polímero lineal (PEI-NP), para administrar de manera segura un imitador de miARN a los riñones de ratones18. Demostraron que el imitador era eficaz para sobreexpresar el miARN objetivo. Las limitaciones de este método incluyen la cantidad sustancial de PEI-NP requeridas para modelos animales más grandes y la falta de especificidad para los riñones. Sin embargo, según el éxito de las vacunas de ARN, los imitadores de miARN podrían ser una opción terapéutica ideal para la enfermedad renal.
Observaciones finales
La investigación exhaustiva presentada aquí presenta un nuevo modelo animal y técnicas para estudiar los problemas prevalentes relacionados con la nefrología. Es importante tener en cuenta que algunos de estos métodos podrían aplicarse a otras áreas fuera de la nefrología. Los próximos pasos lógicos serán investigar cómo se podrían probar estos métodos en modelos animales más grandes y ensayos clínicos. Esperamos que el intercambio de estos protocolos amplíe nuestro conocimiento sobre la fisiopatología renal y genere nuevas ideas para mitigar la enfermedad renal en las personas.