Introduction
La recherche dans le domaine de la néphrologie a considérablement amélioré le bien-être des personnes touchées par les maladies rénales. Cependant, les maladies rénales restent un problème de santé majeur qui touche plus de 10 % de la population et est responsable de l’augmentation des coûts des soins de santé et de la mortalité dans le monde1. Malheureusement, les mécanismes précis menant à la maladie rénale n’ont pas été entièrement élucidés. Cette collection de méthodes JoVE met en évidence les stratégies récentes pour définir la physiopathologie rénale. Plus précisément, les groupes de recherche présentent un nouveau modèle animal et des méthodes pour évaluer ou traiter les maladies rénales à l’aide de modèles expérimentaux ou d’échantillons cliniques. Les travaux présentés dans cette collection constituent une autre série d’excellentes contributions au domaine de la néphrologie et pourraient fournir de nouvelles voies pour prévenir, diagnostiquer ou traiter les maladies rénales à l’avenir.
Un modèle animal translationnel d’insuffisance rénale aiguë
L’insuffisance rénale aiguë (IRA) est une forme courante de maladie rénale2. Plusieurs modèles expérimentaux ont été utilisés pour étudier les lésions d’ischémie/reperfusion rénale (I/R) 3,4,5. Cependant, la traduction de ces résultats pour améliorer le cadre clinique a posé de nombreux défis car il existe des différences significatives entre les espèces6. Doulamis et al. ont développé un modèle I/R rénal porcin à l’aide d’un cathéter à ballonnet bilatéral pour résoudre ce problème7. Leur modèle était hautement reproductible, entraînait une réduction du débit urinaire et une estimation du débit de filtration glomérulaire, ainsi qu’une augmentation des niveaux de créatinine plasmatique et d’azote uréique du sang chez les animaux. De plus, l’examen macroscopique des tissus et l’examen histologique ont révélé un infarctus et une hémorragie dans les reins. Ce nouveau modèle est cliniquement pertinent et pourrait aider à mieux comprendre l’IRA chez l’homme.
Stratégies pour examiner les mécanismes cellulaires impliqués dans les maladies rénales
Les cytokines peuvent contribuer aux lésions rénales et à la réparation8. Ainsi, il est important d’identifier la source et le rôle des cytokines dans le rein. Taguchi et al. ont développé une technique pour comprendre la sécrétion de protéines en utilisant la brefeldine A (BFA), un inhibiteur de la sécrétion de protéines, dans des modèles murins d’IRA et de maladie rénale chronique9. Ils ont injecté du BFA dans la veine de la queue de souris et ont ensuite évalué leurs reins à l’aide d’une coloration par immunofluorescence. Ils ont déterminé que la BFA inhibait la sécrétion de protéines et provoquait l’accumulation de cytokines dans certains types de cellules à l’aide de marqueurs spécifiques aux cellules. Ce protocole innovant pourrait être utilisé pour étudier la sécrétion de protéines dans plusieurs pathologies rénales.
Un autre mécanisme proposé qui contribuerait aux maladies rénales est les microARN (miARN)10, qui sont connus pour dégrader et inhiber la transcription de l’ARNm. Il a été rapporté qu’il existe une corrélation entre l’expression des miARN dans les tissus et le sérum chez l’homme11. Cependant, il n’existe aucune méthode pour purifier et quantifier à la fois les reins de souris et les miARN sériques. Yanai et al. ont optimisé une méthode quantitative d’amplification en chaîne de la polymérase en temps réel pour évaluer l’expression des miARN dans le rein et le sérum de souris atteintes d’insuffisance rénale dépendante de l’âge12. Ils ont également établi une corrélation entre les deux niveaux de miARN. Ce protocole est à haut débit et pourrait être applicable à de nombreuses conditions pathologiques.
De nouvelles techniques d’imagerie pour évaluer les maladies rénales
L’imagerie non invasive du rein permet d’évaluer les défauts structurels et fonctionnels. Cependant, les méthodes actuelles présentent certaines limites. Pour contourner ce problème, Holmes et al. ont mis au point une technique d’imagerie 3D simple et rentable basée sur la technologie des ultrasons robotiques (US) pour quantifier les fonctions rénales, hépatiques et cardiaques13. Leur protocole a fourni des images de haute qualité constante et a pu être utilisé pour des études où les tissus macroscopiques, la taille des tumeurs ou les avantages des traitements pouvaient être surveillés. La plus grande force de cette méthode est la production élevée de données. Par exemple, trois rats peuvent être imagés à la fois, ou 20 à 30 souris peuvent être imagées par heure. Ce protocole est une alternative rapide aux modalités d’imagerie non invasives traditionnelles.
Un autre groupe de recherche de la collection a utilisé l’imagerie pour étudier l’obstruction urétérale unilatérale (UUO), un modèle de blessure qui induit des glomérules de surface. Wagner et al. ont utilisé la microscopie intravitale à deux photons pour surveiller l’UUO chez les rats qui développent des glomérules de surface et ceux qui ne développent pas de glomérulesde surface 14. La microscopie à deux photons permet d’augmenter la profondeur de pénétration et d’examiner différentes régions du rein. Les auteurs ont constaté que l’UUO induisait l’inflammation et la fibrose, et diminuait également le flux de globules rouges dans les reins de rat. La quantification du flux sanguin, de la vasoconstriction et de la dilatation en réponse aux médicaments et à l’inflammation sont quelques-uns des avantages de cette méthode. Collectivement, ces études fournissent de nouvelles stratégies d’imagerie pour étudier divers tissus.
Estimation de la nanocristallurie comme prédicteur de la maladie rénale
Il a été proposé que l’évaluation des cristaux urinaires pourrait être utile pour prédire le risque de calculs rénaux15. Nous avons développé un protocole pour quantifier les nanocristaux urinaires (≤1 μm) d’adultes en bonne santé avant et après avoir consommé une charge alimentaire d’oxalate connue pour induire des niveaux d’oxalate urinaire16. Nous avons isolé et analysé des nanocristaux urinaires contenant du calcium à l’aide d’un fluorophore de calcium et d’une analyse de suivi des nanoparticules (NTA). Nous avons déterminé que le NTA peut détecter spécifiquement les nanocristaux contenant du calcium dans l’urine, et les résultats étaient cohérents avec nos résultats précédents17. Ce protocole peut être utilisé pour étudier les nanocristaux urinaires dans les formateurs de calculs ou dans divers domaines de recherche où des cristalopathies se produisent.
Approches thérapeutiques pour traiter les maladies rénales
Des mi-ARN synthétisés artificiellement ont été suggérés comme traitement possible des maladies rénales. Cependant, l’ARNAase sérique peut dégrader les miARN exogènes18. Yanai et al. ont produit des vecteurs non viraux à base de polymères linéaires, des nanoparticules de polyéthylénimine (PEI-NPs), pour délivrer en toute sécurité un mi-ARN dans les reins de souris18. Ils ont prouvé que l’imitation était efficace pour surexprimer le miARN ciblé. Les limites de cette méthode comprennent la quantité importante de PEI-NP requise pour les modèles animaux de plus grande taille et le manque de spécificité pour les reins. Cependant, sur la base du succès des vaccins à ARN, les mi-ARN pourraient être une option thérapeutique idéale pour les maladies rénales.
Remarques finales
La recherche exhaustive présentée ici présente un nouveau modèle animal et des techniques pour étudier les problèmes courants liés à la néphrologie. Il est important de noter que certaines de ces méthodes pourraient s’appliquer à d’autres domaines en dehors de la néphrologie. La prochaine étape logique consistera à étudier comment ces méthodes pourraient être testées dans des modèles animaux plus vastes et des essais cliniques. Nous espérons que le partage de ces protocoles élargira nos connaissances sur la physiopathologie rénale et donnera naissance à de nouvelles idées pour atténuer les maladies rénales chez les individus.