Описано использование сверхвысокопольной МРТ в качестве неинвазивного способа получения фенотипической информации о моделях грызунов при поликистозе почек и для мониторинга вмешательств. По сравнению с традиционным гистологическим подходом, МРТ-изображения могут быть получены in vivo, что позволяет проводить лонгитюдное наблюдение.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Использование ультра-высокой полевой МРТ малого грызунов Модели поликистоз почек для
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Несколько доклинических исследований in vivo по поликистозной болезни почек (PKD) используют ортологичные модели грызунов для идентификации и изучения генетических и молекулярных механизмов, ответственных за заболевание, и очень удобны для быстрого скрининга лекарств и тестирования перспективных методов лечения. Ограничивающим фактором в этих исследованиях часто является отсутствие эффективных неинвазивных методов последовательного анализа анатомических и функциональных изменений в почке. Магнитно-резонансная томография (МРТ) в настоящее время является золотым стандартом визуализации для наблюдения за пациентами с аутосомно-доминантной поликистозной болезнью почек (ADPKD), обеспечивая превосходный контраст мягких тканей и анатомические детали, а также позволяя измерять общий объем почек (TKV). Основным преимуществом МРТ на моделях PKD у грызунов является возможность визуализации in vivo, что позволяет проводить лонгитюдные исследования с использованием одного и того же животного и, следовательно, сокращать общее количество необходимых животных. В этой рукописи мы сосредоточимся на использовании сверхвысокопольной (УВЧ) МРТ для неинвазивного получения in vivo изображений моделей грызунов для ПКД. Основной целью данной работы является внедрение использования МРТ в качестве инструмента для определения фенотипических характеристик in vivo и мониторинга лекарственных средств в моделях грызунов для ПКД.
Введение
Поликистоз почек (ДОК) включает в себя группу моногенных заболеваний, характеризующихся развитием кист почек. Среди них аутосомно-доминантному поликистоз почек (ADPKD) и аутосомно-рецессивным-поликистоз почек (АРПКБП), которые представляют собой наиболее распространенные типы 1,2. ADPKD, наиболее частая форма наследственных заболеваний почек кистозные, порождается мутаций в генах PKD1 или PKD2. Она характеризуется поздним началом, несколько двусторонних кист почек, сопровождающихся переменной экстра-кист почек, а также сердечно-сосудистых и мышечных скелетных аномалий. АРПКБП, большинство обычно влияющие новорожденных и детей младшего возраста, вызывается мутациями в PKHD1 и характеризуется увеличенными эхогенных почек и врожденные фиброза печени 3.
Важно отметить, что ADPKD характеризуется неоднородностью, как в гене (генной) и мутации (аллельного) уровнях, что приводит к существенному рhenotypic изменчивость. Мутации в гене pKD1 связаны с тяжелой клинической картиной (многочисленные кисты, ранней диагностики, гипертонии, гематурии и), а также быстрый переход к терминальной стадии почечной болезни (20 лет раньше, чем у пациентов с мутациями PKD2) 4. Тяжелая поликистоз печени (PLD) и сосудистые нарушения могут быть связаны с мутациями в обоих PKD1 и PKD2 5. Большинство почечных осложнений ADPKD возникают главным образом в результате расширения кисты вместе со связанными воспаления и фиброза. Развитие Киста начинает в утробе матери и продолжается в течение жизни пациента. Почки, как правило, поддерживать их почковидные формы, хотя они могли бы достичь более чем в 20 раз нормальный объем почек. Большая часть пациентов данного двустороннего распределения кист почек, но в некоторых исключительных случаях, киста может развиваться в одностороннем или асимметричным рисунком.
Основным ChallenGE для нефрологов следующие пациентов с ADPKD или реализации терапии является естественной истории болезни. В течение большей части его курса, функция почек остается нормальной и к тому времени, функция почек начинает снижаться, большинство из почек были заменены кист. При терапии осуществляется на более поздних стадиях, это менее вероятно, чтобы быть успешным, так как пациент может уже достигли точки невозврата в хронической болезни почек. В противоположность этому, при терапии начали на ранних стадиях, трудно определить ответ, основанный только на скорости клубочковой фильтрации. В результате, понятие объема почек в качестве маркера прогрессирования заболевания привлекли к себе внимание.
Консорциум по рентгенологическая картина исследований поликистозных заболевания почек (CRISP) исследования показали, что у пациентов с ADPKD увеличение объемов почек и кисты прямо коррелирует с ухудшением функции почек, подчеркивает потенциал общего объема почек (ТКВ), как вurrogate маркером прогрессирования заболевания 6,7. Следовательно, TKV в настоящее время используется в качестве первичного или вторичного конечной точки в нескольких клинических испытаний ADPKD 2,8,9.
Несколько мышиных моделей, включая спонтанные мутации и генной инженерии пролили свет на патогенез ДОК 10,11. Модели pKD1 или PKD2 (мутации в любом pKD1 или PKD2) стали самыми популярными, так как они прекрасно имитируют человеческий болезнь. Кроме того, модели грызунов с мутациями в других, чем pKD1 или PKD2 генов генов были использованы в качестве экспериментальной платформы для выяснения путей, связанных с болезнью сигнализации. Кроме того, некоторые из этих моделей были использованы для тестирования потенциальных терапии. Тем не менее, ограничивающим фактором во многих исследованиях на грызунах для ДОК часто отсутствие эффективных неинвазивных методов последовательно проанализировать анатомические и функциональные изменения в почках.
Магнитный гesonance томография (МРТ) является методом визуализации тока золотой стандарт, чтобы следовать пациентов ADPKD, обеспечивая превосходную контрастность мягких тканей и анатомической детали, и позволяет измерения ТКВ. Даже если МРТ хорошо известны для анатомической визуализации в более крупных животных и человека, мелких грызунов изображений в естественных условиях влечет за собой дополнительные технические проблемы, где способность приобретать изображения с высоким разрешением могут ограничить свою полезность. С введением сверхвысокой области (УВЧ) МРТ (7-16.4 Т) и развитие сильных градиентов, теперь можно достичь выше сигнал-шум и пространственного разрешения изображений МРТ с диагностическим качеством, аналогичным получены у человека. Следовательно, использование UHF МРТ для визуализации в естественных условиях малых моделей грызунов на ДОК стал мощным инструментом для исследователей.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Перед началом любых процедур с живых животных, экспериментальные протоколы должны быть утверждены институциональной уходу и использованию животных комитета (IACUC).
1. Конфигурация сканера
- Перед началом убедитесь, что нагреватель находится в положении ВЫКЛ.
- Выберите мини-градиент изображения и 38 мм ВЧ катушки и мини-держатель изображений.
- В центральное отверстие держателя установить переменную сборку температуры.
2. Подготовка животных
- Для экспериментов МРТ, достижения оптимальных анестезии с помощью испаряется изофлуран. Для индукции анестезии, поместите животное в индукции камеры выложены абсорбирующего ткани. Регулировка расходомера в изофлуран испаритель до 2,0-2,5 л / мин, и изофлуран до 3% в кислороде.
- Удалите бирку металла или другого металлического предмета на данном этапе. Применить ветеринар мазь на глаза животного, чтобы предотвратить сухость под наркозом.
- После того, как животноедостиг хирургического самолет анестезии (то есть, потеря отмены рефлекса на носок щепотку), поместите животное на держателе с носом вставляется в носовой конус. Указан расход воздуха в анестезии зонда до 2,0-2,5 мл / мин и изофлуран концентрации 1,5-2,0% в кислороде. Анестезия будет доставлен через носовой конус во время процедуры. Периодически настроить ИФ концентрации в зависимости от возраста и веса животного, чтобы поддерживать интенсивность дыхания ~ 40 ударов в минуту.
- Использование держателей животных, чтобы обеспечить животное на месте и предотвратить движение во время эксперимента МРТ. Вары Тип держателя животного в зависимости от области тела, которые будут проверяться.
Примечание: Индивидуальные держатели лабораторных пластмасс (полипропилен, тефлон, полистирол, поликарбонат) могут быть сделаны, чтобы приспособить конкретную эксперимент и по размеру животных (от новорожденных мышей 160 г крысы). - Поместите ректального термометра в животном контролировать температуру тела животного. В ехрeriment, держать животное на 35-37 ° С, используя поток теплого воздуха. Регулировка температуры воздуха (30-38 ° С) и поток (1200-2000 л / ч) на основе обратной связи температуры тела животного.
- Прикрепите датчик воздушного шара дыхания давления на живот животного контролировать частоту дыхания.
- Безопасный животное в центре РФ катушку и осторожно размещать ВЧ катушки с животным в МРТ сканера.
3. МРТ Эксперимент
- Настройка и соответствовать РФ катушку перед началом эксперименты, чтобы минимизировать ВЧ мощность используется и максимально соотношение сигнал-шум. Чтобы начать настройку соответствия /:
- Откройте инструмент управления спектрометр, нажав на значок инструментов.
- В инструменте управления спектрометр нажмите Acquisition → Колебание. Окно Acq / Реко откроет отображения качаний кривой.
- Кроме настраивайте настройки и соответствующие конденсаторы (используя настройку и соответствие стержней) в небольших шагов, пока отраженного власти РФсводится к минимуму. Цель состоит в том, чтобы увидеть кривую с минимумом на вертикальной оси, расположенной на нуль на горизонтальной оси.
- Когда калибровка катушки была успешно достигнута, нажмите кнопку Stop в окне Acq / Reco.
- Приобретать разведчик изображения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, чтобы создать осевые, корональные и сагиттального изображения. Используйте быстрый последовательность изображений, таких как внутри Gate Быстрый Низкий угол снимка (IG-FLASH) приобрести разведчиков изображения 12. Используйте разведчиков изображения, чтобы установить правильную геометрию для фактического изображения.
- В зависимости от конкретных научно-исследовательских целей, выберите правильную последовательность и параметры изображения и начать сканирование с светофора. Это позволит откалибровать радиочастотный канал, прокладке магнит, установленный на несущей частоте резонанса-за воды и отрегулировать усиление приемника, все автоматически.
- Для анатомических исследований и Т2 взвешенных изображениях, приобретают в 2D мульти срезе или 3D-режиме. Чтобы сократить время эксперимента для данного пространственного разрешения, держать в поле-of вида (FOV) как можно меньше, но достаточно большой, чтобы избежать наматывается вокруг артефактов (2.56-3.2 см).
- Держите цикл выбранной последовательности немного короче, чем цикл дыхания животных от правильного выбора времени повторения (TR) и / или количество кусочков. Это гарантирует, что данные, собранные в ходе периода затишья животных.
- Например, для брюшной изображений, держите скорость дыхания животного на ~ 30 ударов в минуту; что составляет около 2,000 мс на дыхании. Используйте Turbo быстрого сбора с Релаксация Enhancement (редко) последовательности и приобрести 11-19 корональных ломтиками, с TR / TE 1500/9 мс, редкие фактором 8 и (матрица 256 х 256, поле зрения 2,56 х 2,56 см, толщина среза 0,75 мм) ,
Примечание: Регулируя TR 1500 мс, и держать частоту дыхания животного ~ 30 ударов в минуту (2000 мс в дыхании), мы гарантируем, что данные, собранные в ходе периода затишья животных.
- Например, для брюшной изображений, держите скорость дыхания животного на ~ 30 ударов в минуту; что составляет около 2,000 мс на дыхании. Используйте Turbo быстрого сбора с Релаксация Enhancement (редко) последовательности и приобрести 11-19 корональных ломтиками, с TR / TE 1500/9 мс, редкие фактором 8 и (матрица 256 х 256, поле зрения 2,56 х 2,56 см, толщина среза 0,75 мм) ,
- Ведь приобретение образ был завершен, разместить отсканированное животноена нагретой площадку и не контролировать до амбулаторно. После выздоровления, вернуть животное в клетке и мониторинг по крайней мере, в течение 1 часа, прежде чем вернуться на объект животного.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
В этой рукописи, мы стремимся, чтобы показать полезность УВЧ МРТ в качестве инструмента для в естественных условиях фенотипической характеристики или мониторинга наркотиков в моделях грызунов для ДОК и других заболеваниях почек. Все эксперименты были частью экспериментальных протоколов, утвержденных IACUC.
В естественных условиях фенотипирования малых моделей грызунов на ПКД с помощью УВЧ МРТ:
Все исследования проводились изображений на живых живот...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Эта рукопись показывает целесообразность использования UHF МРТ в качестве инструмента для в естественных условиях фенотипической характеристики или мониторинга наркотиков в моделях грызунов для ДОК.
Мы описываем эксперименты, выполненные на 16,4 T с широким отверстием высокого разрешения ЯМР-спектрометра Avance III оснащен микро и мини аксессуаров визуализации. Спектрометр был обусловлен сбора и обработки программного обеспечения TopSpin2.0PV контролируемой Paravision 5.1 ПО для обр...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Мы благодарим докторов Сяофан Ван и Катарину Хопп за их неоценимую помощь с животными моделями. Эта работа была поддержана грантами Национального института диабета, болезней пищеварительной системы и почек, Национальных институтов здравоохранения (DK090728, DK058816).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| AVANCEIII-700 (16.4 T) | Bruker | BH067206 | Широкозахватный двухканальный многоядерный спектрометр, оснащенный мини- и микровизуальными принадлежностями для in vivo визуализации мелких грызунов |
| TopSpin2.0PV | Bruker | H9088TA2 | Программное обеспечение для обработки спектрометров |
| Paravision 5.1 | Bruker | T10314L5 | Imaging sofware |
| VTU BVT 3000 цифровое | Регулятор температуры Bruker | W1101095 |
Ссылки
- Torres, V. E., Harris, P. C. Autosomal dominant polycystic kidney disease: the last 3 years. Kidney Int. 76, 149-168 (2009).
- Chapman, A. B., et al. Kidney volume and functional outcomes in autosomal dominant polycystic kidney disease. Clinical journal of the American Society of Nephrology : CJASN. 7, 479-486 (2012).
- Torres, V. E., Harris, P. C. Polycystic kidney disease: genes, proteins, animal models, disease mechanisms and therapeutic opportunities. J Intern Med. 261, 17-31 (2007).
- Hateboer, N., et al. Comparison of phenotypes of polycystic kidney disease types 1 and 2 European PKD1-PKD2 Study Group. Lancet. 353, 103-107 (1999).
- Rossetti, S., et al. Association of mutation position in polycystic kidney disease 1 (PKD1) gene and development of a vascular phenotype. Lancet. 361, 2196-2201 (2003).
- Chapman, A. B., et al. Renal structure in early autosomal-dominant polycystic kidney disease (ADPKD): The Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease (CRISP) cohort. Kidney international. 64, 1035-1045 (2003).
- Grantham, J. J., et al. Volume progression in polycystic kidney disease. N Engl J Med. 354, 2122-2130 (2006).
- Schrier, R. W., et al. Blood Pressure in Early Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease. The New England journal of medicine. , (2014).
- Torres, V. E., et al. Angiotensin Blockade in Late Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease. The New England journal of medicine. , (2014).
- Wilson, P. D. Mouse models of polycystic kidney disease. Curr Top Dev Biol. 84, 311-350 (2008).
- Happe, H., Peters, D. J. Translational research in ADPKD: lessons from animal models. Nature reviews. Nephrology. , (2014).
- Frahm, J., Haase, A., Matthaei, D. Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 3, 321-327 (1986).
- Bae, K. T., et al. Magnetic resonance imaging evaluation of hepatic cysts in early autosomal-dominant polycystic kidney disease: the Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease cohort. Clin J Am Soc Nephrol. 1, 64-69 (2006).
- Hossack, K. F., Leddy, C. L., Johnson, A. M., Schrier, R. W., Gabow, P. A. Echocardiographic findings in autosomal dominant polycystic kidney disease. N Engl J Med. 319, 907-912 (1988).
- Lumiaho, A., et al. Mitral valve prolapse and mitral regurgitation are common in patients with polycystic kidney disease type 1. American journal of kidney diseases : the official journal of the National Kidney Foundation. 38, 1208-1216 (2001).
- Vallee, J. P., Ivancevic, M. K., Nguyen, D., Morel, D. R., Jaconi, M. Current status of cardiac MRI in small animals. Magma. 17, 149-156 (2004).
- Epstein, F. H. MR in mouse models of cardiac disease. NMR Biomed. 20, 238-255 (2007).
- Bloomgarden, D. C., et al. Global cardiac function using fast breath-hold MRI: validation of new acquisition and analysis techniques. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 37, 683-692 (1997).
- Larson, A. C., et al. Self-gated cardiac cine MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 93-102 (2004).
- Smith, J. C., Corbin, T. J., McCabe, J. G., Bolon, B. Isoflurane with morphine is a suitable anaesthetic regimen for embryo transfer in the production of transgenic rats. Laboratory animals. 38, 38-43 (2004).
- Ahrens, E. T., Srinivas, M., Capuano, S., Simhan, H. N., Schatten, G. P. Magnetic resonance imaging of embryonic and fetal development in model systems. Methods Mol Med. 124, 87-101 (2006).
- Zhou, R., Pickup, S., Glickson, J. D., Scott, C. H., Ferrari, V. A. Assessment of global and regional myocardial function in the mouse using cine and tagged MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 760-764 (2003).
- Stimpfel, T. M., Gershey, E. L. Selecting anesthetic agents for human safety and animal recovery surgery. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 5, 2099-2104 (1991).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
