紹介
腎臓学の分野における研究により、腎臓病の影響を受けた個人の健康状態が大幅に改善されました。しかし、腎臓病は依然として人口の 10% 以上が罹患している主要な医療問題であり、世界中で医療費と死亡率の増加の原因となっています1。残念ながら、腎臓病につながる正確なメカニズムは完全には解明されていません。この JoVE メソッド コレクション は、腎臓の病態生理学を定義するための最近の戦略に焦点を当てています。具体的には、実験モデルや臨床サンプルを用いて腎臓病を評価・治療する新しい動物モデルや手法を紹介しています。このコレクションで紹介された研究は、腎臓学の分野への別の優れた貢献のシリーズであり、将来的に腎臓病を予防、診断、または治療するための新しい道を提供する可能性があります。
急性腎障害のトランスレーショナル動物モデル
急性腎障害 (AKI) は腎臓病の一般的な形態です2.腎虚血/再灌流 (I/R) 損傷を研究するために、いくつかの実験モデルが使用されてきました 3,4,5。しかし、これらの発見を臨床環境を改善するために翻訳することは、種間に大きな違いがあるため、多くの課題を引き起こしています6。この問題に対処するために、両側バルーンカテーテルを使用した豚腎I/Rモデルを開発しました7.彼らのモデルは再現性が高く、動物の尿量と推定糸球体濾過率の低下、血漿クレアチニンおよび血中尿素窒素レベルの上昇を引き起こしました。さらに、肉眼的組織検査と組織学的検査により、腎臓内の梗塞と出血が明らかになりました。この新しいモデルは臨床的に関連性があり、ヒトの AKI のさらなる理解に役立つ可能性があります。
腎臓病に関与する細胞メカニズムを調べるための戦略
サイトカインは腎臓の損傷と修復に寄与する可能性があります8.したがって、腎臓内のサイトカインの供給源と役割を特定することが重要です。Taguchiらは、AKIおよび慢性腎臓病マウスモデル9において、タンパク質分泌阻害剤であるブレフェルジンA(BFA)を用いてタンパク質分泌を理解する技術を開発しました。彼らはマウスの尾静脈にBFAを注射し、その後免疫蛍光染色を使用して腎臓を評価しました。彼らは、BFAがタンパク質分泌を阻害し、細胞特異的マーカーを使用して特定の細胞型でサイトカインの蓄積を引き起こすことを決定しました。この革新的なプロトコルは、いくつかの腎臓病変におけるタンパク質分泌を研究するために使用できます。
腎臓病に寄与すると考えられている別の提案されたメカニズムは、mRNA転写を分解および阻害することが知られているマイクロRNA(miRNA)10です。ヒトの組織におけるmiRNA発現と血清との間に相関関係があることが報告されています11。しかし、マウス腎臓と血清miRNAの両方を精製・定量する方法はありません。柳井らは、年齢依存性腎障害のあるマウスの腎臓および血清におけるmiRNA発現を評価するために、定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応法を最適化しました12。彼らはまた、両方のmiRNAレベル間の相関関係を確立しました。このプロトコルはハイスループットであり、多くの病理学的状態に適用できます。
腎臓病を評価するための新しい画像技術
腎臓の非侵襲的イメージングは、構造的および機能的欠陥を評価できます。ただし、現在の方法にはいくつかの制限があります。これを回避するために、Holmes らは、腎臓、肝臓、および心臓の機能を定量化するためのロボット超音波 (US) 技術に基づくシンプルで費用対効果の高い 3D イメージング技術を開発しました13。彼らのプロトコルは一貫して高品質の画像を提供し、肉眼的組織、腫瘍サイズ、または治療の利点を監視できる研究に使用できます。この手法の最大の強みは、データの出力が高いことです。たとえば、一度に3匹のラットをイメージングしたり、1時間あたり20〜30匹のマウスをイメージングしたりできます。このプロトコルは、従来の非侵襲的イメージングモダリティに代わる迅速な方法です。
コレクションの別の研究グループは、表面糸球体を誘発する損傷モデルである片側尿管閉塞(UUO)を研究するために画像を使用して研究しました。Wagnerらは、生体内二光子顕微鏡を使用して、表面糸球体を発達させたラットと表面糸球体を発達させないラットのUUOを監視しました14。二光子顕微鏡は、腎臓のさまざまな領域の浸透と検査の深さを高めます。著者らは、UUOが炎症と線維症を誘発し、ラット腎臓の赤血球の流れも減少させることを発見しました。薬物や炎症に反応した血流、血管収縮、拡張を定量化することは、この方法が提供する利点の一部です。これらの研究を総合すると、さまざまな組織を研究するための新しいイメージング戦略が提供されます。
腎臓病の予測因子としてのナノ結晶尿の推定
尿結晶の評価は、腎臓結石のリスクを予測するのに役立つ可能性があることが提案されています15。尿中シュウ酸塩レベルを誘発することが知られている食事性シュウ酸負荷を摂取する前後の健康な成人の尿中ナノ結晶(≤1μm)を定量化するプロトコルを開発しました16。カルシウム含有尿中ナノ結晶をカルシウム蛍光色素とナノ粒子追跡分析(NTA)を用いて単離・分析した。NTAは尿中のカルシウム含有ナノ結晶を特異的に検出できることを判断し、その結果は以前の調査結果と一致していました17。このプロトコルは、結石形成器または結晶症が発生するさまざまな研究分野の尿中ナノ結晶を研究するために使用できます。
腎臓病を治療するための治療アプローチ
人工的に合成されたmiRNA模倣物は、腎臓病の治療法として提案されています。ただし、血清RNAaseは外因性miRNAを分解する可能性があります18。柳井らは、マウスの腎臓にmiRNA模倣物を安全に送達するために、線状ポリマーであるポリエチレンイミンナノ粒子(PEI-NP)に基づく非ウイルスベクターを作製しました18。彼らは、模倣物が標的miRNAを過剰発現するのに効果的であることを証明しました。この方法の限界には、大規模な動物モデルに必要な大量のPEI-NPと腎臓に対する特異性の欠如が含まれます。しかし、RNA ワクチンの成功に基づいて、miRNA 模倣物は腎臓病の理想的な治療選択肢となる可能性があります。
結びつき
ここで紹介する包括的な研究では、腎臓学を取り巻く一般的な問題を研究するための新しい動物モデルと技術が紹介されています。これらの方法の一部は、腎臓学以外の他の分野にも適用できる可能性があることに注意することが重要です。次の論理的なステップは、これらの方法を大規模な動物モデルや臨床試験でどのようにテストできるかを調査することです。これらのプロトコルの共有により、腎臓の病態生理学に関する知識が広がり、個人の腎臓病を軽減するための新しいアイデアが生まれることを願っています。