Знакомство
Исследования в области нефрологии значительно улучшили самочувствие людей, страдающих заболеваниями почек. Тем не менее, заболевание почек по-прежнему является серьезной проблемой здравоохранения, которая затрагивает более 10% населения и является причиной увеличения расходов на здравоохранение и смертностиво всем мире. К сожалению, точные механизмы, приводящие к заболеванию почек, до конца не выяснены. В этой коллекции методов JoVE освещаются новейшие стратегии определения патофизиологии почек. В частности, исследовательские группы представляют новую животную модель и методы оценки или лечения заболеваний почек с использованием экспериментальных моделей или клинических образцов. Работа, представленная в этой коллекции, является еще одной серией отличных вкладов в область нефрологии и может предоставить новые возможности для профилактики, диагностики или лечения заболеваний почек в будущем.
Трансляционная животная модель острого повреждения почек
Острое повреждение почек (ОПП) является распространенной формой заболевания почек2. Несколько экспериментальных моделей были использованы для изучения повреждения почечной ишемии/реперфузии (I/R) 3,4,5. Тем не менее, использование этих результатов для улучшения клинических условий сопряжено со многими трудностями, поскольку существуют значительные различия между видами6. Doulamis et al. разработали модель внутривенного в/р почек свиней с использованием двустороннего баллонного катетера для решения этой проблемы7. Их модель была высоковоспроизводимой, вызывала снижение диуреза и расчетной скорости клубочковой фильтрации, а также повышение уровня креатинина в плазме крови и азота мочевины у животных. Далее при анализе грубых тканей и гистологическом исследовании выявлен инфаркт и кровоизлияние в почки. Эта новая модель является клинически значимой и может помочь в дальнейшем понимании ОПП у людей.
Стратегии изучения клеточных механизмов, участвующих в заболевании почек
Цитокины могут способствовать повреждению и восстановлению почек8. Таким образом, важно определить источник и роль цитокинов в почке. Taguchi et al. разработали методику для понимания секреции белка с использованием брефельдина А (BFA), ингибитора секреции белка, на мышиных моделях ОПП и хронической болезни почек9. Они вводили BFA в хвостовую вену мышей и впоследствии оценивали их почки с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания. Они определили, что BFA ингибирует секрецию белка и вызывает накопление цитокинов в определенных типах клеток, используя клеточно-специфические маркеры. Этот инновационный протокол может быть использован для изучения секреции белка при нескольких почечных патологиях.
Еще одним предполагаемым механизмом, который, как считается, способствует заболеванию почек, являются микроРНК (микроРНК)10, которые, как известно, разрушают и ингибируют транскрипцию мРНК. Сообщалось, что существует корреляция между экспрессией микроРНК в тканях и сыворотке крови у человека11. Тем не менее, не существует метода очистки и количественного определения как почек мышей, так и сывороточной микроРНК. Yanai et al. оптимизировали метод количественной полимеразной цепной реакции в реальном времени для оценки экспрессии микроРНК в почках и сыворотке мышей с возрастной почечной недостаточностью12. Они также установили корреляцию между обоими уровнями микроРНК. Этот протокол обладает высокой пропускной способностью и может быть применим ко многим патологическим состояниям.
Новые методы визуализации для оценки заболеваний почек
Неинвазивная визуализация почки позволяет оценить структурные и функциональные дефекты. Тем не менее, существуют некоторые ограничения существующих методов. Чтобы обойти эту проблему, Холмс и др. разработали простую, экономически эффективную технику 3D-визуализации, основанную на технологии роботизированного ультразвука (УЗИ) для количественнойоценки функции почек, печени и сердца. Их протокол обеспечивал неизменно высокое качество изображений и мог быть использован для исследований, в которых можно было контролировать грубую ткань, размеры опухоли или преимущества терапии. Самым большим преимуществом этого метода является высокая производительность данных. Например, одновременно можно сфотографировать трех крыс или 20–30 мышей в час. Этот протокол является быстрой альтернативой традиционным неинвазивным методам визуализации.
Другая исследовательская группа в коллекции использовала визуализацию для изучения односторонней обструкции мочеточника (UUO), модели травмы, которая индуцирует поверхностные клубочки. Wagner et al. использовали прижизненную двухфотонную микроскопию для мониторинга UUO у крыс, у которых развиваются поверхностные клубочки, и у крыс, у которых не развиваются поверхностные клубочки. Двухфотонная микроскопия обеспечивает повышенную глубину проникновения и обследования разных участков почки. Авторы обнаружили, что UUO индуцировал воспаление и фиброз, а также снизил поток эритроцитов в почках крыс. Количественная оценка кровотока, сужения сосудов и расширения в ответ на лекарства и воспаление — вот несколько преимуществ, которые дает этот метод. В совокупности эти исследования обеспечивают новые стратегии визуализации для изучения различных тканей.
Оценка нанокристаллурии как предиктора заболеваний почек
Было высказано предположение, что оценка кристаллов мочи может быть полезной для прогнозирования риска образования камней в почках15. Мы разработали протокол для количественного определения нанокристаллов в моче (≤1 мкм) здоровых взрослых людей до и после употребления диетической оксалатной нагрузки, которая, как известно, индуцирует уровень оксалатовв моче 16. Мы выделили и проанализировали кальцийсодержащие нанокристаллы мочи с помощью флуорофора кальция и анализа с отслеживанием наночастиц (NTA). Мы определили, что NTA может специфически обнаруживать кальцийсодержащие нанокристаллы в моче, и результаты согласуются с нашимипредыдущими выводами. Этот протокол может быть использован для изучения нанокристаллов мочи в камнеобразователях или в различных областях исследований, где возникают кристаллопатии.
Терапевтические подходы к лечению заболеваний почек
Искусственно синтезированные мимики микроРНК были предложены в качестве возможного лечения заболевания почек. Тем не менее, сывороточная РНКаза может разрушать экзогенные мимики микроРНК18. Yanai et al. создали невирусные векторы на основе линейного полимера, наночастиц полиэтиленимина (PEI-NPs), чтобы безопасно доставить мимику микроРНК в почки мышей18. Они доказали, что мимик эффективен в сверхэкспрессии целевой микроРНК. Ограничения этого метода включают значительное количество PEI-NP, необходимых для более крупных животных моделей, и недостаточную специфичность для почек. Однако, основываясь на успехе РНК-вакцин, мимики микроРНК могут быть идеальным терапевтическим вариантом для лечения заболеваний почек.
Заключительные замечания
Представленное здесь всестороннее исследование представляет новую животную модель и методы изучения распространенных проблем, связанных с нефрологией. Важно отметить, что некоторые из этих методов могут быть применимы и в других областях за пределами нефрологии. Следующим логическим шагом будет изучение того, как эти методы могут быть протестированы на более крупных животных моделях и клинических испытаниях. Мы надеемся, что обмен этими протоколами расширит наши знания о патофизиологии почек и породит новые идеи по смягчению заболеваний почек у людей.