Mysia izolowana perfundowana nerka (MIPK) to technika utrzymywania nerki myszy w warunkach ex vivo w stanie perfundowanym i funkcjonalnym przez 1 godzinę. i technika chirurgiczna są szczegółowo opisane.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Mysia izolowana perfundowana nerka (MIPK) to technika utrzymywania nerki myszy w warunkach ex vivo w stanie perfundowanym i funkcjonalnym przez 1 godzinę. i technika chirurgiczna są szczegółowo opisane.
Mysia izolowana perfundowana nerka (MIPK) to technika utrzymywania nerki myszy w warunkach ex vivo w stanie perfundowanym i funkcjonalnym przez 1 godzinę. Jest to warunek wstępny do badania fizjologii izolowanego narządu i do wielu innowacyjnych zastosowań, które mogą być możliwe w przyszłości, w tym decelularyzacja perfuzyjna w bioinżynierii nerek lub podawanie leków zapobiegających odrzuceniu lub edycji genomu w wysokich dawkach w celu przygotowania nerki do przeszczepu. W czasie perfuzji można manipulować nerkami, oceniać czynność nerek i podawać różne farmaceutyki. Po zabiegu nerka może zostać przeszczepiona lub przetworzona do biologii molekularnej, analizy biochemicznej lub mikroskopii.
Ten artykuł opisuje perfuzat i technikę chirurgiczną potrzebną do perfuzji ex vivo nerek myszy. Podano szczegóły dotyczące aparatu perfuzyjnego i przedstawiono dane pokazujące żywotność preparatu nerkowego: przepływ krwi przez nerki, opór naczyniowy i dane dotyczące moczu jako funkcjonalne, mikrofotografie elektronów transmisyjnych różnych segmentów nefronu jako odczyty morfologiczne oraz western blot białek transportowych różnych segmentów nefronu jako odczyt molekularny.
Izolowana perfuzja narządów jest przedmiotem nieustannych starań fizjologów od wielu dziesięcioleci1. Technika ta umożliwia badanie funkcji narządu bez wpływów systemowych, takich jak ciśnienie krwi, hormony czy nerwy. Carl Eduard Loebell jest uważany za pierwszą osobę, która w 1849 roku opisała pomyślną perfuzję izolowanej nerki2. Od tego czasu aparatura do perfuzji przeszła znaczną udoskonalenie. Frey i Gruber wprowadzili sztuczne płuco do natleniania oraz pompy pulsacyjne do ciągłej perfuzji2. Podczas gdy pierwsi badacze studiowali głównie nerki dużych ssaków – mianowicie świń2 i psów3 – pierwszy raport o zastosowaniu nerek szczura, opracowany przez Weiss et al., stanowił kamień milowy w badaniach nad perfuzją narządów małych ssaków4. Schurek et al. zgłosili konieczność dodania erytrocytów ssaków do perfuzatu, aby zapewnić wystarczające natlenowanie kanalików nerkowych5. Kluczowe dla długoterminowych eksperymentów było wprowadzenie ciągłej dializy buforu przez tę samą grupę badawczą6. W 2003 roku Schweda et al. jako pierwsi opisali funkcjonalny model izolowanej perfuzji nerki mysiej (MIPK)7, który został później udoskonalony przez Rahgozar et al.18 oraz Lindell et al.14.
Choć technicznie bardziej wymagający niż model izolowanego perfundowanego nerk szczura, zastosowanie MIPK daje przewagę w postaci możliwości wykorzystania szerokiego spektrum myszy modyfikowanych genetycznie. Niniejszy artykuł przedstawia szczegóły opracsetowanej przez autorów metody perfuzji izolowanych nerek myszy przez 1 hr. Metoda ta pozwala na ciągłą ocenę prędkości przepływu nerkowego, oporu naczyniowego, uwalniania hormonów, analizę gazometryczną krwi, analizę moczu oraz podawanie leków. Po zakończeniu procedury nerki mogą zostać poddane analizie molekularnej i biochemicznej, utrwalone do badań mikroskopowych lub przeszczepione do myszy biorcy (Rysunek 1).

Rysunek 1: Przegląd możliwych parametrów wejściowych/wyjściowych dla izolowanej perfundowanej nerki. BGA: Analiza gazometryczna krwi. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Technika ta prawdopodobnie zyska na znaczeniu w nadchodzących latach, ponieważ wraz z wprowadzeniem przedłużonej normotermicznej perfuzji nerek przed transplantacją (z zastosowaniem lub bez zastosowania leków przeciwodrzutowych lub leków do edycji genomu)8,9, 10, 11, bioinżynierii całych nerek z rusztowań odkomórkowionych12 oraz zastosowania wysokich dawek barwników fluorescencyjnych w obrazowaniu wielofotonowym13 omawianych jest wiele innowacyjnych zastosowań. Jest to również idealny model do badania roli specyficznych genów podczas ostrego uszkodzenia nerek14.
Przedstawiono szczegółowy protokół krok po kroku, który umożliwia innym laboratoriom pomyślne przeprowadzenie izolowanej perfuzji nerki myszy. W pierwszej kolejności określono skład i sposób przygotowania buforu. Następnie szczegółowo opisano zabieg chirurgiczny oraz zaprezentowano krytyczne etapy jego realizacji. Po trzecie przedstawiono dane reprezentatywne dla udanej preparatyki: przepływ krwi przez nerki, opór naczyniowy, współczynnik filtracji kłębuszkowej oraz frakcyjną ekskrecję elektrolitów – wszystkie jako funkcjonalne pomiary żywotności – a także mikrofotografie transmisyjne elektronowe morfologii różnych segmentów nefronów perfundowanych nerek utrwalonych po 1 hr perfuzji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury z udziałem zwierząt opisane w niniejszym manuskrypcie zostały przeprowadzone zgodnie z prawem szwajcarskim i zatwierdzone przez administrację weterynaryjną kantonu Zurych w Szwajcarii.
1. Przygotowanie buforu
2. Rozpoczęcie dializy i natleniania

Rycina 2: Schemat obwodu perfuzyjnego. Schemat przedstawia główne elementy obwodu perfuzyjnego oraz kierunek przepływu buforu. Wszystkie elementy otoczone ciemnoniebieską ramką są utrzymywane w temperaturze 37 °C za pomocą łaźni wodnej/termostatu. 1: Bufor dializacyjny o objętości co najmniej 3-krotnie większej niż objętość buforu perfuzyjnego jest stale napowietrzany mieszanką 95% O2/5% CO2. 2: Bufor dializacyjny i bufor perfuzyjny są stale dializowane względem siebie w rurce dializacyjnej za pomocą pompy perystaltycznej. 3: Dzięki tej dializie bufor perfuzyjny jest wzbogacony w 9% O2/5% CO2, a poziomy elektrolitów pozostają stałe przez cały czas trwania perfuzji. 4: Pompa perystaltyczna tłoczy bufor perfuzyjny w kierunku nerki. 5: Amortyzator (windkessel) niweluje fale perystaltyczne i działa jako pułapka na pęcherzyki powietrza. 6: Przetwornik ciśnienia (połączony z 4. (pompą perystaltyczną), aby utrzymać stałe ciśnienie, umożliwiając jednocześnie swobodny przepływ naprzemienny). 7: Przez cały czas trwania perfuzji nerka znajduje się w wilgotnej komorze, aby zapewnić 100% wilgotności powietrza i temperaturę nerki wynoszącą 37 °C. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
3. Procedura chirurgiczna cz. 1 (schemat wszystkich podwiązań przedstawiono na rysunku 3)
Uwaga: Wszystkie podwiązania należy wykonać przy użyciu nici chirurgicznej 5-0.

Rycina 3: Schematyczna ilustracja podwiązań wykonanych podczas operacji. Widok otwartej jamy brzusznej po laparotomii. Jelito zostało przesunięte w lewo. L i R oznaczają odpowiednio lewą i prawą nerkę. Czarne linie wskazują miejsce poszczególnych podwiązań. Podwiązania są najpierw nakładane, a następnie zaciskane w kolejności opisanej w tekście. X oznacza miejsce nacięcia do kaniulacji aorty. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
4. Napełnianie układu perfuzyjnego
5. Procedura chirurgiczna część 2
6. Analizy następcze
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dzięki opisanej metodzie izolowane nerki mysze mogą pozostać żywe przez co najmniej 1 hr. Przebadaliśmy żywotność tkanki po 1 hr ciągłej perfuzji za pomocą metod funkcjonalnych (przepływ nerkowy i opór naczyniowy, analiza gazometryczna odpływu żylnego, współczynnik filtracji kłębuszkowej, frakcyjna wydalanie Na+ i K+ z moczem oraz osmolalność moczu) i morfologicznych (transmisyjna mikroskopia elektronowa, TEM) w czterech nerkach myszy C57Bl/6 typu dzikiego. Dodatkowo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Izolowana perfundowana nerka u myszy jest narzędziem do badania funkcji nerek w kontrolowanym środowisku ex vivo przez 1 godzinę, wypełniając lukę między eksperymentami in vivo na nienaruszonych zwierzętach, które mogą być wadliwe pod wpływem wielu czynników ogólnoustrojowych, a eksperymentami in vitro na izolowanych segmentach nefronu lub hodowanych komórkach, które z konieczności zaniedbują wpływ nienaruszonej struktury narządu na funkcję. Według wiedzy autorów nie ma alternatywnej techniki, ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają żadnych konkurencyjnych interesów finansowych i nic więcej do ujawnienia.
Autorzy chcieliby podziękować Hansowi-Joachimowi Schurekowi za nieocenione porady naukowe. Autorzy pragną podziękować Monique Carrel i Michèle Heidemeyer za doskonałą pomoc techniczną, Davidowi Pentonowi Ribasowi i Nourdine Faresse za krytyczną lekturę rękopisu oraz Carstenowi Wagnerowi i Jürgowi Biberowi za przeciwciało NaPi-2a. Prace te były wspierane przez Szwajcarskie Narodowe Centrum Kompetencji w Badaniach Naukowych "Kidney.CH" oraz przez grant projektowy (310030_143929/1) ze Szwajcarskiej Narodowej Fundacji Nauki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| < silny> Obwód perfuzyjny: < / strong> | |||
| Komora wilgotnościowa 834/8 | Aparat Harvard/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-2901 | |
| Kanularna z koszem i bocznym portem | Aparatura Harvarda/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-2947 | |
| Termostat TC120-ST5 | Aparatura Harvarda/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-4544 | |
| ISM 827/230V Pompa rolkowa Reglo Analogowa | aparatura Harvarda/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-0114 | |
| Zbiornik z płaszczem na roztwór buforowy 1 L | Aparatura Harvarda/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-3438 | |
| Zbiornik z płaszczem na roztwór buforowy 0,5 L | Aparatura Harvarda/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-3436 | |
| Przetwornik ciśnienia APT300 | Harvard Apparatus/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-3862 | |
| TAM-D Przetwornik Plugsys | Harvard Apparatus/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-1793 | |
| SCP Kontroler serwomechanizmu Plugsys | Harvard Apparatus/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-2806 | |
| Windkessel | Aparatura Harvarda/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-3717 | |
| Akwizycja danych HSE-USB | Aparatura Harvarda/Hugo Sachs Elektronik GmbH | 73-3330 | |
| Dializator niskostrumieniowy Diacap Polysulfon | B.Braun | 7203525 | |
| Rurka PE do kaniulacji aorty 1,19 mm ID x 1,70 mm OD | Towary naukowe Inc. | BB31695-PE/8 | |
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Uwagi |
| Odczynniki buforowe: | |||
| Aminoplasmal 10% | B.Braun | 134518064 | |
| Pirogronian sodu | Sigma-Aldrich | P2256-25G | |
| Hydrat soli monosodowej kwasu L-glutaminowego | Sigma-Aldrich | G1626-100G | |
| Sól sodowa kwasu L-(-)-jabłkowego | Sigma-Aldrich | M1125-25G | |
| Mleczan sodu L-L-Lmleczan | Sigma-Aldrich | L7022-10G | |
| sól sodowa kwasu alfa-ketoglutarowego | Sigma-Aldrich | K1875-25G | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 31434-1KG-R | |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S5761-5KG | |
| KCl | Sigma-Aldrich | 60130-1KG | |
| Mocznik | Sigma-Aldrich | U5378-500G | |
| Kreatynina | Sigma-Aldrich | C4255-10G | |
| Ampicylina | Roche | 10835242001 | |
| MgCl2 * 6H2O | Sigma-Aldrich | M2393-500G | |
| D-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270-1KG | |
| CaCl2 * 6H2O | Riedel-de-Haë n | 12074 | |
| NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S9638-500G | |
| Na2HPO4 | Sigma-Aldrich | S0876-500G | |
| Hormon antydiuretyczny dDAVP | Sigma-Aldrich | V2013-1MG | |
| FITC-Inulina | Filtr Sigma-Aldrich | ||
| używany do filtracji erytrocytów | Macherey-Nagel | MN 615 | |
| BGA Analiza: | |||
| ABL 80 flex | Radiometr Medyczny mikroskop elektronowy ApS | ||
| : | |||
| Philips CM100 TEM | FEI |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.