גילוי מוקדם של הפרעות בתפקוד הכליות המודינמי סמים באמצעות טכנולוגיה Sonographic בחולדות
11 במרץ 2016
תפקוד המודינמי בשלב מוקדם הוא קריטי להתפתחות מחלת כליות. עם זאת, מתודולוגיות הזיהוי מוגבלות. ההתקדמות האחרונה בסונוגרפיה מספקת אפשרות לא פולשנית ומדויקת לגילוי מוקדם של פגיעה בכליות. מחקר זה מתאר מתודולוגיה סונוגרפית שלב אחר שלב לאיתור תפקוד לקוי של הכליות באמצעות מודל נפרוטוקסיות של חולדות הנגרמות על ידי תרופות.
המטרה הכללית של הליך זה היא לספק מתודולוגיה סונוגרפית שלב-אחר-שלב לגילוי תפקוד לקוי של הכליות באמצעות מודל חולדה לנפרוטוקסיסיות המושרה על ידי תרופה. הדבר מבוצע תחילה על ידי מיקום גשש האולטרסאונד באמצעות מערכת המסילה ובידוד האורטה. לאחר מכן, זווית הגשש מכווננת כדי לקבל תצוגה מלאה של הכליה במרכז המסך, ותמונת ה-B-mode נשמרת בשימוש בקצב הפריימים הגבוה ביותר האפשרי.
לאחר מכן, נפתח חלון האקוסטיקה של דופלר צבע על מנת לבודד את העורק הכליתי ואת הווריד הכליתי. לבסוף, נעשה שימוש בקו האינדיקטור הצהוב של גל פועם (PW) כדי להעריך את הזרימה בעורק הכליתי הימני, ונעזרנו ב-sinistore לאיסוף הנתונים בקצב הפרמיים הגבוה ביותר האפשרי. בסופו של דבר, נעשה שימוש בדימות אולטרה-סאונד ברזולוציה גבוהה כדי להראות שינויים המודינמיים בכליה בעקבות פגיעה כלייתית חריפה המושרית על ידי Cisplatin.
שיטה זו יכולה לספק תשובות לשאלות מפתח בתחום ניטור התפקוד הכליתי, כגון שינויים המודינמיים הנגרמים מפגיעה בכליות. אף על פי ששיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי המודינמיקה הכלית, ניתן ליישמה גם על מערכות אחרות, כגון מודלים של עכברים. ביום 0, לאחר הרדמת בעלי החיים בהתאם לפרוטוקול הכתוב ומריחת משחה לעיניים, השתמש בלהב מס' 40 ובקרם להסרת שיער כדי להסיר את הפרווה מאזור החזה.
בעודכם מנטרים את מדדי החיים של בעל החיים, הגדירו מערכת אולטרסאונד MS250 ברזולוציה גבוהה עם תדר מרכזי של 21 MHz המחוברת לפורט הפעיל, כאשר הגדרת היישום (preset) מכוונת לכליה. הניחו את בעל החיים המורדם במצב גב (supine) על הפלטפורמה, ובעזרת מערכת המסילות, מקמו את מתמר האולטרסאונד בקו האמצע של בעל החיים בזווית של 90 מעלות לקו הפאראסטרנלי השמאלי כדי לבודד את האורטה. ממיקום זה, ההליקו את הפלטפורמה עם בעל החיים כך שהמתמר יהיה בגובה העורק הכליתי השמאלי או הימני.
באמצעות המיקרו-מניפולטורים, צפו בעורק הכליה. לאחר מכן, התאימו את זווית הגשוש (probe) על ידי הטיה קלה לאורך ציר Y של הגשוש, כדי לקבל תצוגה מלאה של הכליה במרכז המסך. לאחר שצולמה אגן הכליה והעורק הכליתי, שמרו את התמונות בקצב הפריימים הגבוה ביותר שמאפשר הגשוש שבשימוש.
בשלב הבא, לחץ על מקש ה-color doppler במקלדת כדי להפעיל את חלון האקוסטיקה של ה-color doppler. ודא שמיקום המיקוד (focus depth) נמצא במרכז הכליה. השתמש ב-sinistore כדי להקליט את הנתונים בקצב הפריימים הגבוה ביותר האפשרי.
כדי להוציא תמונות במצב גל פולסי (pulsed wave) או במבט PW, לחצו על מקש ה-PW כדי להעלות קו אינדיקציה צהוב על המסך. באמצעות מקש זווית ה-PW, מקמו את הקו הצהוב בעורק הכליה בזווית המקבילה לכיוון הזרימה בכלי הדם, תוך וידוא שזווית הדופלר היא פחות מ-60 מעלות. במצב זה, החלון האקוסטי מתפצל לחלקים עליון ותחתון.
השתמש ב-sinistore כדי ללכוד את תמונת גלי הצורה המציינים את מהירות הזרימה העורקית בשיא הסיסטולה והדיאסטולה. לאחר ההדמיה, מקם את החיה תחת מנורת חימום באזור התאוששות נקי במצב שכיבה על הבטן (sternal recumbency). עקב המשך אחר הסימנים החיוניים של החיה עד להתאוששות מלאה מההרדמה לפני השבתה למתקן הגידול.
עשרים וארבע שעות לאחר ביצוע ההדמיה הבסיסית, הגש זריקה תוך-peritoneal של 10 milligrams per kilogram של Cisplatin במינון בודד לבעלי החיים בקבוצת הטיפול. הגש תמיסת סליין נורמלית לבעלי החיים בקבוצת הביקורת. בהתאם ללוח הזמנים המוצג כאן, ובמקביל לניטור הסימנים החיוניים של בעל החיים, בצע הדמיית אולטרסאונד כפי שהודגם קודם לכן בסרטון.
בצעו את ניתוח הנתונים בהתאם להנחיות בפרוטוקול הטקסט. התמונות המוצגות במחקר זה צולמו על ידי מפעיל יחיד ונתוני ההדמיה נותחו על ידי חוקר יחיד. התוצאות הראו כי לבעלי חיים שטופלו ב-Cisplatin הייתה רמת קראטינין בנסיוב שנע בין 0.5 ל-2.1 ביום 6.
הרמה הנורמלית של creatinine היא פחות מ-1.1. תמונות האולטרסאונד מציעות רגישות גבוהה יותר מאשר נתונים היסטולוגיים שהוצגו במחקרים הבאים. ביום 6, היסטולוגיה הדגימה דפוסים עקביים של פגיעות tubule interstitial חריפות בכליות שטופלו ב-Cisplatin בהשוואה לבעלי חיים שטופלו בתמיסת saline נורמלית.
בשימוש בדימות אולטרסאונד ברזולוציה גבוהה למדידת שינויים המודינמיים בכליה, לא נצפה שינוי במורפולוגיה בבעלי חיים שלא טופלו ב-Cisplatin בין היום ה-0 ליום ה-6, בעוד שבבעלי חיים שטופלו ב-Cisplatin נצפתה מורפולוגיה של pulsus parvus ביום ה-6. RI מייצג את ה-Resistive Index ו-PI מייצג את ה-Pulsatile Index. הגבולות העליונים עבור RI ו-PI תקינים בחולדות הם 0.7 ו-1.15, בהתאמה.
מדידה של מדדים אלו להערכת השינויים ההמודינמיים בכליה, הראתה עלייה משמעותית בשתי קבוצות בעלי החיים שטופלו ב-Cisplatin ביום ה-6. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לוודא שלבעל החיים יש סימנים חיוניים תקינים תחת הרדמה. לאחר פיתוחה, סללה טכניקה זו את הדרך עבור חוקרים בתחום השינויים ההמודינמיים באולטרסאונד של הכליה בעקבות פגיעה כלייתית חריפה.
לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לכם הבנה טובה של אופן דימוי הכליה באמצעות מודל של בעל חיים קטן עם פגיעה כלייתית חריפה.
סקירה כללית
מחקר זה מציג מתודולוגיה סונוגרפית מפורטת לגילוי תפקוד כליות לקוי במודל של נפרוטוקסיות מושרית תרופתית בחולדות. באמצעות דימוי אולטרסאונד ברזולוציה גבוהה, שיטה זו שואפת לספק תובנות לגבי שינויים המודינמיים בעקבות פגיעה כלייתית חריפה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- נפרולוגיה
- הדמיית אולטרסאונד
- מודלים של בעלי חיים
רקע
- התפתחות מחלות כליות קשורה לתפקוד המודינמי לקוי בשלבים מוקדמים.
- שיטות הגילוי הנוכחיות לפגיעה כלייתית הן מוגבלות.
- התקדמויות בסונוגרפיה מציעות אפשרות לגילוי לא פולשני.
- מחקר זה מתמקד במודל של חולדה כדי לבחון מתודולוגיות אלו.
מטרת המחקר
- להגדיר מתודולוגיה סונוגרפית שלב-אחרי-שלב לזיהוי תפקוד לקוי של הכליות.
- להעריך שינויים המודינמיים בכליה לאחר טיפול ב-Cisplatin.
- לספק מסגרת לניטור תפקוד כלייתי במחקר.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- מיקום מתמר האולטרסאונד ובידוד האורטה.
- התאמת זוויות המתמר להדמיה אופטימלית של הכליות.
- שימוש ב-color Doppler להערכת זרימה בעורקים ובוורידים הרנליים.
- מתן Cisplatin ומעקב אחר שינויים המודינמיים לאורך זמן.
תוצאות עיקריות
- בעלי חיים שטופלו ב-Cisplatin הראו רמות מוגברות של קרCreatinine בנסיוב.
- אולטרסאונד ברזולוציה גבוהה הראה שינויים המודינמיים משמעותיים.
- ניתוח היסטולוגי אישש פגיעות אינטרסטיציאליות טובולריות חריפות.
- ה-Resistive Index וה-Pulsatile Index השתנו באופן משמעותי בבעלי החיים שטופלו.
מסקנות
- השיטה הסונוגרפית המוצעת יעילה לזיהוי תפקוד לקוי של הכליות.
- היא מספקת תובנות בעלות ערך לגבי המודינמיקה הרנלית לאחר פגיעה.
- ניתן להתאים טכניקה זו למודלים אחרים של בעלי חיים במחקרי כליות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
זיהוי מוקדם של הפרעה המודינמית כלייתית המושרית על ידי תרופות נותן מענה לפער קריטי בהערכת בטיחות פרה-קלינית, שבה סמנים ביולוגיים מסורתיים כמו קראטינין בנסיוב מפגרים אחרי השינויים הפיזיולוגיים. גישה סונוגרפית זו מאפשרת הפחתת סיכונים מתוך הבנת המנגנון על ידי זיהוי שינויים וסקולריים לפני גרימת נזק מבני, ובכך תומכת בביטחון חיזוי בתהליך אופטימיזציה של תרכובות מובילות. עבור מו"פ בביופרמה, שילוב של ניטור המודינמי לא פולשני משפר את הרצף התרגומי ומפחית את שיעורי הנשירה בשלבים מאוחרים עקב נפרוטוקסיות בלתי צפויה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי קישור חשיפה לתרכובת לשינויים המודינמיים מוקדמים בתפקוד הכליות.
- ערך תפעולי: מספק יכולת ניטור סדרתי לא פולשני המפחיתה את מספר בעלי החיים בשימוש ותומכת במערכי מחקר אורך.
- ערך ניבוי: מדד התנגדות (RI) ומדד פולסטילי (PI) משמשים כסמנים ביולוגיים כמותיים הקודמים לעלייה בקריאטינין בנסיוב, ובכך משפרים את הגילוי המוקדם של אותות בטיחות.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מוכנות הבדיקה: קובעת פרמטרים המודינמיים סטנדרטיים (RI, PI, מהירות סיסטולית שיא, מהירות דיאסטולית סופית, VTI) לצורך סריקת תרכובות הניתנת לשחזור במודלים של מכרסמים.
- פלט כמותי: מייצר קריאות מספריות רציפות המאפשרות מידול תגובה למנה וקבלת החלטות go/no-go מבוססות סף.
- ניתנות להרחבה של הפלטפורמה: תואמת למערכות אולטרסאונד בתדר גבוה וניתנת להתאמה למודלים של עכברים, ובכך תומכת בתיקוף בין-מיני בקווי תהליך של גילוי.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רלוונטיות למחלה: מדמה סממנים המודינמיים מקדימים של פגיעה חריפה בכליות (AKI) בעלת רלוונטיות קלינית, בהתאמה לפתופיזיולוגיה אנושית שבה שינויים וסקולריים קודמים לעלייה בסממנים ביולוגיים.
- המשכיות תרגומית: מגשר בין שלבי הגילוי לשלבים הפרה-קליניים על ידי אספקת מדדים רלוונטיים תפקודית המנבאים תוצאות היסטופתולוגיות מאוחרות יותר.
- קידום מותאם סיכונים: תומך בהחלטות של המשך או הפסקת פיתוח (go/no-go) על בסיס הידרדרות המודינמית, ובכך מפחית את קידומה של תרכובות בעלות פוטנציאל נפרוטוקסי חבוי.
אינטגרציית תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
שיטה זו משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני, ובאופן ספציפי משפרת את זיהוי המולקולות המובילות (lead identification) ואת הערכת הבטיחות הפרה-קלינית, על ידי אספקת סממנים המודינמיים מוקדמים המכווינים את בחירת התרכובות ואת קידומן.
- ביולוגיה של הגילוי: תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי חשיפת שינויים בזרימת הדם הכלית המושרים על ידי תרכובות, עוד לפני הופעת רעילות גלויה.
- סקר (Screening): מאפשרת סטנדרטיזציה של הבדיקה באמצעות מדדים הנגזרים מדופלר הניתנים לשחזור, ובכך מקלה על אפיון תרכובות ברמת ביטחון גבוהה.
- אנליטיקה: מספקת מדדים המודינמיים כמותיים (RI, PI, מדדי מהירות) המאפשרים השוואה אובייקטיבית בין קבוצות טיפול ונקודות זמן שונות.
- מחקר תרגומי: מקשרת בין תפקוד כלי דם לקוי בשלב מוקדם לבין פגיעה היסטופתולוגית, ובכך מחזקת את הערך הניבוי של מודלים פרה-קליניים.
- שימוש חוזר ארגוני: מהווה פלטפורמת דימות סריאלית לא פולשנית, ישימה במגוון תחומים טיפוליים ומחלקות מטרה הדורשות הערכת בטיחות כלית.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בהערכת נפירוטוקסיות על ידי זיהוי שינויים תפקודיים לפני נזק מבני או עלייה בביומארקרים.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות ומפחית את השונות באמצעות מיקום סטנדרטי של המתמר, הגדרות דופלר ופרוטוקולי דימות סדרתי.
- ערך אסטרטגי: משפר את יעילות ההון על ידי מתן אפשרות לסיום מוקדם של בדיקת מועמדים נפירוטוקסיים, ובכך ממזער את ההשקעה במובילים בעלי סיכון גבוה.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים על ידי זיהוי תרכובות עם פגיעות המודינמית מוקדמת, מה שמסייע לקבלת החלטות בטוחות יותר לגבי קידום התהליך.
שיקולים ביישום
- דורש מומחיות בדימות אולטרסאונד של בעלי חיים קטנים ובפירוש המודינמיקה של דופלר.
- תלוי במערכות אולטרסאונד ברזולוציה גבוהה (21 MHz ומעלה) בעלות יכולות דופלר צבעוני ודופלר גלי פולס (pulsed wave Doppler).
- מחייב סטנדרטיזציה של מיקום בעל החיים, זווית הפרוב והגדרות הרכישה בין מחקרים ומבצעים שונים.
- התאמה בין מודלים (למשל, מחולדות לעכברים) עשויה לדרוש התאמות של התדר והעומק בשל הבדלים אנטומיים.
- מגבלות מעשיות כוללות תלות במבצע את הבדיקה והצורך בתנאים פיזיולוגיים מבוקרים (למשל, יציבות ההרדמה) כדי להבטיח את תקפות המדידות.
