Summary
在此，我们提出了一个大鼠肾移植模型，以非侵入性评估急性排斥反应，用18F-脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描。
Abstract
终末期肾脏疾病患者，肾移植的数量不断增加。发作的急性细胞移植排斥反应（AR）是一种消极的长期移植存活的预后因素，及时诊断是至关重要的移植肾功能1。目前，AR只能被确诊核心穿刺活检，其中，作为一种侵入性的方法，移植伤害甚至丧失露出显着的风险。此外，活检是不可行的患者服用抗凝药物和有限的采样点，这种技术可能会导致假阴性结果，当AR局灶性或片状。作为一个结果，这产生了一个持续的搜索新的AR的检测方法，包括使用各种移植模型的动物中，经常有许多工作要做。
由于60年代初大鼠肾移植是一种行之有效的实验方法为考试系统AR 2的振动性和分析。在此，我们除了小动物正电子发射断层扫描（PET）使用18架F-脱氧葡萄糖（FDG）评估AR单侧肾切除大鼠同种异体肾移植模型，并提出移植FDG-PET成像作为一种非侵入性的，具体的新选项和早期诊断的AR 3人的情况。此外，这种方法可应用于后续提高移植排斥反应的监测，4。
Protocol
1。捐赠者的器官恢复
- 立体显微镜，记录重量8-10周龄大鼠（捐赠者和接受者体重应该匹配）。
- 麻醉供体鼠（刘易斯·布朗挪威F1，F1 LBN）使用氧气/异氟醚吸入异氟醚4％/ 2升/分钟氧气。 2-2.5％降低异氟醚维持麻醉。
- 将大鼠麻醉手术垫。修复大鼠的四肢用胶带将垫和申请眼科的软膏（Bepanthen，拜耳）大鼠的眼睛。
- 刮脸和大鼠腹部消毒，并执行下腹正中切口从耻骨尾边境的肝脏。通过仔细向右侧移动肠道暴露左肾和其船舶。放置在左肾纱布薄片，湿润温热的等渗盐溶液，以防止干燥。
- 仔细剖析脂肪组织与杜蒙弯角尖镊子（杜蒙SS-Inox公司45镊子医疗，精细的科学工具CAT.NO. 11203-25）包围左侧输尿管。避免输尿管的任何直接接触，而不是有足够的周围的脂肪组织，调动。
- 使用杜蒙弯角尖镊子分离左肾静脉肾动脉。从两艘船卸下所有的脂肪和结缔组织，烧灼肾上腺和睾丸血管。
- 左肾动脉和静脉解剖主动脉和下腔静脉（IVC）的上方和下方交界处，分别为，灸所有传出的动脉。
- 夹住主动脉，左肾动脉显微钳（微Serrefines，精细的科学工具18055-04 CAT.NO.）以上，尽可能靠近肠系膜上动脉。结扎腹主动脉使用手术丝绸（5-0，Vömel，艺术，什么14739）左肾动脉约5毫米以下。
- 结扎手术丝绸下腹IVC（5-0Vömel）和钳位肾上腺IVC显微钳（的微Serrefines，精细的科学工具18055-03 CAT.NO.）。
- 切尽可能靠近下腔静脉肾静脉用细剪刀（虹膜剪 - ToughCut直11.5厘米，精细的科学工具货号14058-11）。
- 慢慢灌注到肾脏原位用2毫升冰冷HTK的灌注溶液（HTK CUSTODIOL，Franz博士科勒化学），通过插入一个插管（Microlance 3 27G¾，BD，货号302200）在腹主动脉。确认肾的颜色变化（现在橄榄有色）。
- 首先，横切主动脉，然后下腹主动脉，最后尽可能接近膀胱输尿管。
- 连同输尿管和存储HTK灌注液冰取出肾脏和血管供应。
- 安乐死捐助大鼠通过消除麻醉下的心脏血管钳和连续切除。
2。收件人的制备及移植重刑
- 设置的立体显微镜，记录重量的大鼠。
- 麻醉收件人使用异氟醚4％的大鼠（刘易斯）。 2-2.5％降低异氟醚维持麻醉。
- 将大鼠麻醉手术垫。修复大鼠的四肢用胶带将垫和眼药膏老鼠`眼睛。监视和控制核心体温，使用的直肠温度传感器和变暖垫。在手术过程中重复地控制温度，呼吸和心脏的汇率的动物。
- 刮脸和消毒腹部和执行下腹正中切口从耻骨尾边境的肝脏。使用手术刀forcutting的皮肤，以尽量减少皮肤损伤。暴露左肾和其货船的向右侧移动肠道。
- 小心取出肾胶囊使用杜蒙弯角尖镊子和棉签。
- 闭塞左侧肾动脉，静脉和输尿管附近的肾肺门结扎手术线（4-0 MERSILENE的，爱惜康的猫。EH6732H）。海关大部份的肾脏，只留下肾门。用棉签清洁切割表面，并检查是否有出血。如有必要添加另一个结扎。
- 仔细解剖直言不讳地通过结缔组织的覆盖尾现场用棉签上的腹主动脉和下腔静脉。
- 从腹主动脉和下腔静脉使用杜蒙弯角尖镊子分离任何可见的神经。
- 小心解剖，通过下腹主动脉和腔静脉之间的结缔组织片，形成两个开口2-4毫米长：第一个下面的睾丸血管分支，而第二个以上的分支髂总血管。烧灼髂腰动脉和静脉之间。
- 绘制一个单一的手术线（MERSILENE 0爱惜，的猫。no.EH6665E），通过两个开口。使用这些线程拉下腹主动脉和腔静脉轻轻地动物获得背站点上的血管分支的右侧。烧灼两个开口之间的任何这些船只，随后移除手术线程。
- 接下来，主动脉和下腔静脉闭塞顺时针应用四个显微外科的夹具（微Serrefines，精细的科学工具18055-04 CAT.NO.）开始在上开口（微Serrefines的腔静脉上部开口与主动脉和结束精细的科学工具18055-03 CAT.NO.）。
- 后来仔细刺破上结束孤立部分的主动脉用针（Microlance 3 27G¾，BD，货号302200），插入刀片罚款弹簧剪刀（维纳斯弹簧剪刀 - 3毫米的刀片，精细科学工具，15000-00 cat.no），通过穿刺口，并进行很短的纵形切口。用冰冷的HTK的灌注液，以除去任何剩余的血液冲洗大鼠主动脉。
- 同样地，小心地捅破较低的结局的隔离部分的腔静脉用针，通过穿刺开口插入下部的细弹簧剪刀刀片和下方的主动脉切口不久结束执行中形成纵向切口。再次，刷新船只，以消除任何剩余的血液。
- 取出移植肾的存储解决方案。将低于前左肾位置，并确保它是正确的导向。
- 检查移植肾动脉的方向，并确保不存在任何曲折。一层薄薄的纱布，然后将移植和滋润它用冰冷的HTK灌注液冷却，防止干燥。
- 注视开幕肾上腺主动脉片的移植肾动脉通向手术线（9-0 Ethilon，爱惜康猫2809G） - 首先在上，然后在低端主动脉切口。顺时针用手术线连续缝合关闭切口（9-0 Ethilon），杜蒙弯角尖镊子和弯曲卡斯特罗维霍持针器（精细的科学工具的猫。12061-01）。之后，通过一个逆时针的第二个连续缝合覆盖第一结缔组织缝合。现在，只有移植物的主动脉片的下部被关闭。定期用冰冷的HTK灌注液冷却移植。
- 灌注移植物用1ml冰冷的HTK灌注液通过验证缝线的气密性和完整性，以及除去其它的血液在接枝移植物的主动脉片的开口端插入的钝针。之后，结扎主动脉手术丝绸片（5-0Vömel）的开口端。
- 检查移植肾静脉的方向，并确保有没有曲折。
- 固定的静脉移植手术线程（9-0 Ethilon） - 首先在上部的开口，然后在其下端的切口在腔静脉。关闭切口顺时针连续缝合，用手术线（Ethilon 9-0），杜蒙弯角尖镊子和弯曲卡斯特罗维霍持针器。定期用冰冷的HTK灌注液冷却移植。
- 逆时针删除显微夹，开始与最腔静脉钳。移除最后主动脉钳后，小心地用棉签最终轻度出血停止。几秒钟后，移植将转红润有色，和uretric宫缩应该出现。
- 对于插入输尿管移植到收件人`膀胱小心地取出一小块肌肉，在膀胱顶部的使用维纳斯弹簧剪刀（学生维纳斯直弹簧剪刀，精细的科学工具，货号91500-09 ）。然后，除去周围组织（主要是脂肪）移植输尿管杜蒙弯角尖镊子。因此，仔细抢输尿管尖端，轻轻分开周围的脂肪，结缔组织和嵌入式船只来回米，通过在相反的方向拉出。固定uretric的尖的手术线的端部（6-0聚丙烯缝线，Ethicon的，猫8697H）穿孔预先制备的膀胱顶部与附加的针。拉输尿管膀胱和退出在该基地通过第二穿孔。
- 先前固定在顶部用手术线（9-0 Ethilon）的膀胱输尿管分离的组织。切断的输尿管与附加的手术线的前端，拉从下面轻轻推入膀胱输尿管。之后，关闭用手术线（9-0 Ethilon），第二膀胱穿刺。
- 关闭腹壁和皮肤两个连续的，但独立的缝合线，用手术缝合线（MERSILENE 0）。消毒伤口使用碘Pividon和管理丁丙诺啡（0.1毫克/每公斤体重/投标）SC三天手术后伤口疼痛控制。
3。成像移植排斥反应
- 非空腹大鼠麻醉使用异氟醚2-2.5％。
- 30活度FDG（30活度FDG在0.1毫升0.9％的氯化钠）静脉给药通过一个尾静脉置管使用24 G导管（布劳恩Introcan 4252500-01）。之后，用0.9毫升0.9％NaCl溶液中清除导管。
- 让大鼠在一个限制器，无需麻醉，直到开始扫描和水合物动物静脉注射1毫升0.9％NaCl溶液每小时。
- 重新麻醉大鼠扫描开始前立即使用异氟醚2％。
- 将麻醉大鼠在高分辨率多丝室为基础的动物PET：相机quadHIDAC（牛津正电子系统有限公司，牛津大学，英国）。 PET扫描仪的空间分辨率为1.0毫米，并在整个视场角（直径，165毫米，轴向长度280毫米）是恒定的。在扫描过程中使用直肠温度传感器和控制麻醉与脉冲血氧监测和控制体温。
- 启动动态采集为60米FDG注射开始后180分钟减少示踪剂在肾脏FDG经肾脏排泄造成的积累。
- 应用5 18 F-氟化四活度，并执行另一个PET扫描后立即18 F-氟注射60分钟，而在扫描仪中的大鼠肾实质的识别和计算的18 F-间隙5的位置移动。从两个扫描重建图像。手动跟踪重建图像上感兴趣体积（VOI）2分钟后，18架F-氟注射液（灌注相）周围肾皮质FDG图像传输VOI。仔细排除肾盂从VOI。重建图像扫描和手动跟踪周围肾皮质感兴趣体积（VOI）。列表模式数据重建成图像的一个像素大小为0.4×0.4×0.4毫米3。仔细排除肾盂从VOI。
- 计算FDG摄取比O比数的计数和体积，并计算出注射剂量的百分比（％ID）。我们使用MATLAB和断层成像（TIM）2.8版（R2011b版，MathWorks公司，Natick市，MA，USA）进行图像分析。
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Representative Results
组织学
即主要是T淋巴细胞在AR白细胞，被招募到移植的排斥反应的严重程度，而被反射炎症的程度。在周期酸希夫染色（PAS）这里描绘（ 图1），肾移植显示显着的病理体征，即肾小球肾炎，小管炎，内皮炎和移植物浸润（ 图1，ATX POD4）（POD =术后一天AR）而拒绝的迹象都没有在本地控制肾（ 图1，CTR），移植物浸润细胞是高度消耗大量的葡萄糖代谢活跃的细胞。但是，如果是后者取代的葡萄糖，这将堆积在细胞内，可以测量和量化PET。
PET图像
代表的PET图像的动态全身人一系列的收购logeneically移植大鼠尾静脉注射后30活度FDG（最大后验地图投影，180分钟PI）（ 图2）。发现一个典型的FDG分布在大脑，心脏，骨髓和哈氏腺具有独特的生理积累。此外，免费滤FDG积聚在尿路。在接受肾移植AR（黄色圆圈，左肾实质）高度积累FDG一个最大POD4，而原生肾（绿色圆圈，右肾）不显示任何积累。由于肾盂可以包含免费淘汰FDG，它被排除在进一步的测量。图3。
定量评价
对于定量评价图像重建，感兴趣体积肾脏周围的手动追溯到18 F-氟灌注FDG图像投射。排除后肾聚乙烯的LVIS意味着在肾实质FDG摄取量（％ID±SEM）总数量的比例计算。肾开发AR显着增加FDG积聚POD4（0.8±0.06％）相比，本地对照组（0.2±0.02％），或syngeneically移植肾脏（0.37±0.04％）。此外，阿肯色州两个主要的鉴别诊断，即急性肾小管坏死缺血/再灌注损伤（IRI）（0.31±0.02％）和急性毒性calcineurin抑制剂（CSA）（0.16±0.01％）一样，没有表现出升高FDG积聚因此，可以区分从AR（取自3的 图3）。
图1。组织学检查。迹象急性排斥反应，即肾小球肾炎，小管炎，内皮炎，和移植物浸润，被发现在移植组（ATX）和完全控制肾脏（CTR）缺席。
图2。 FDG-PET图像，代表PET图像的动态全身的一系列收购一个allogeneically大鼠移植。控制肾脏（绿色圆圈）相比，肾移植（黄色圆圈）FDG最大POD4积累的实质。由于肾盂可以包含自由淘汰FDG排除测量。图3。
图3。定量评价。急性排斥反应的检测通过测量葡萄糖的％ID。肾移植（ATX）表现出显着较高的FDG积累比对照组肾脏（CTR），syngeneically同种异体移植物（STX），肾脏急性肾小管坏死（ATN）或肾脏急性calcineurin抑制剂毒性（CSA）与最大POD4（ATX：0.8±0.06％的点击率：0.2±0.02 ％，STX：0.37±0.04％，ATN：0.31±0.02％，CSA：0.16±0.01％）。图3。
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Discussion
FDG-PET成像急性排斥反应的诊断是一个新的选择。由于其非侵入性和具体性，FDG-PET是古典针芯活检诊断比较优势。在一个切片检查，FDG-PET分析整个移植到有限的样本大小。此外，人们可以将它应用抗凝治疗的患者，可以进行重复例如 PET措施来监测治疗效率4。此外，我们已经表明两个主要可以区分开的鉴别诊断，即急性肾小管坏死引起的缺血再灌注损伤和急性calcineurin抑制剂毒性，AR AR使用FDG-PET 3。由于FDG-PET成像需要相对少量的活性和成像要么移植患者和/或肾功能受损的患者不伴有严重并发症的风险增加，这种方法可以很容易地转让融入日常临床常规。
然而，一个人要记住，FDG是相当非特异性示踪剂评估区域代谢活动。因此，移植可能导致感染或肿瘤以及假阳性结果。在肾实质评估FDG摄取FDG进入肾盂引流可能是一个问题。因此，我们选择了后期采集时间3小时后注射，以减少在肾脏引起的肾脏排泄FDG示踪剂积累。此外，肾盂量化肾FDG摄取时，必须谨慎地排除。根据本协议PET可用于非侵入性检测AR，以区别于ATN和CSA，并执行串行调查为后续处理效率3，4，6或评价。 PET使用18 F-氟化物，也是有用的，以评估（分体）肾功能由计算的氟化肾间隙公布BEF矿石5。
同种异体肾移植模型使用LBN F1捐助者和受体鼠刘易斯是调查急性细胞移植排斥反应的理想模型。在没有免疫抑制肾脏同种异体移植物的发展。根据至BANFF的分类7的AR的典型的组织学标志。此外，根据所选择的方式（单向与binephrectomized的移植3 8-10）代谢数据可以评价为监测移植肾功能。由于免疫抑制治疗的情况下，伤口或全身性感染的老鼠是极其罕见的。这种模式常见的手术并发症包括血管狭窄，大多出现在进入主动脉或ICV收件人移植血管的插入点。这可能会导致缺血或接枝血栓形成。人们可以使用更长的切口主动脉和下腔静脉，避免这种并发症。有时发现尿毒症，由于移植失败或ureter泄漏造成输尿管膀胱输尿管坏死或断开。如果出现尿毒症， 如淡漠，丧失食欲或体重增加自发的迹象，应立即处死动物。
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Disclosures
没有利益冲突的声明。
Acknowledgments
支持这项工作是由德意志研究联合会（SFB 656，明斯特，德国，C7和C6项目）和IZKF的明斯特（核心单元SMAP）。作者感谢特鲁茨范乐，安妮Kanzog，乌特纽格伯尔，Wiebke Gottschlich和罗马PRIEBE的优良的技术援助和生产放射性示踪剂丹尼尔布尔克特和Sven Fatum。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Mathieu Needle Holder - 14 cm | Fine Science Tools | 12010-14 | |
| Castroviejo Micro Needle Holder - 9 cm | Fine Science Tools | 12061-01 | |
| Surgical Scissors - Sharp_Blunt | Fine Science Tools | 14001-12 | |
| Iris Scissors - ToughCut Straight 11.5 cm | Fine Science Tools | 14058-11 | |
| Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Vannas Spring Scissors - 3 mm Blades | Fine Science Tools | 15000-00 | |
| Student Tissue Forceps - 1x2 Teeth 12 cm | Fine Science Tools | 91121-12 | |
| Dumont SS-45 Forceps - Inox Medical | Fine Science Tools | 11203-25 | |
| Micro-Serrefine Clip Applicator with Lock | Fine Science Tools | 18056-14 | |
| Micro-Serrefine 6 mm x 1 mm | Fine Science Tools | 18055-03 | |
| Micro-Serrefine 4 mm x 0.75 mm | Fine Science Tools | 18055-04 | |
| Reagent | |||
| Isoflurane (e.g. Forene 100% v/v) | Abott | ||
| cutane antiseptic (e.g. Octeniderm) | Schülke | ||
| Povidone Iodine (e.g. Betaisodona) | Mundipharma | ||
| ophthalmic ointment (e.g. Bepanthen) | Bayer | ||
| Buprenorphin (e.g. Temgesic) | RB Pharmaceuticals | ||
| HTK perfusion solution (e.g. CUSTODIOL HTK) | Dr. Franz Köhler Chemie | ||
| surgical thread Mersilene 0 | Ethicon | EH6665E | |
| surgical thread Mersilene 4-0 | Ethicon | EH6732H | |
| surgical thread Prolene 6-0 | Ethicon | 8697H | |
| surgical thread Ethilon 9-0 | Ethicon | 2809G | |
| surgical silk 5-0 | Vömel | 14739 | |
| Canula (e.g. Microlance 3, 27G ¾) | BD | 302200 | |
References
- Wu, O., Levy, A. R., Briggs, A., Lewis, G., Jardine, A. Acute rejection and chronic nephropathy: a systematic review of the literature. Transplantation. 87, 1330-1339 (2009).
- Miller, B. F., Gonzales, E., Wilchins, L. J., Nathan, P. Kidney transplantation in the rat. Nature. 194, 309-310 (1962).
- Reuter, S., Schnöckel, U., Schröter, R., Schober, O., Pavenstädt, H., Schäfers, M., Gabriëls, G., Schlatter, E. Non-invasive imaging of acute renal allograft rejection in rats using small animal F-FDG-PET. PLoS. One. 4, e5296 (2009).
- Reuter, S., Schnöckel, U., Edemir, B., Schröter, R., Kentrup, D., Pavenstädt, H., Schober, O., Schlatter, E., Gabriëls, G., Schäfers, M. Potential of noninvasive serial assessment of acute renal allograft rejection by 18F-FDG PET to monitor treatment efficiency. J. Nucl. Med. 51, 1644-1652 (2010).
- Schnöckel, U., Reuter, S., Stegger, L., Schlatter, E., Schäfers, K. P., Hermann, S., Schober, O., Gabriëls, G., Schäfers, M. Dynamic 18F-fluoride small animal PET to noninvasively assess renal function in rats. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 35, 2267-2274 (2008).
- Grabner, A., Schnöckel, U., Kentrup, D., Schäfers, M., Reuter, S. Strategies for Non-Invasive Molecular Imaging of Acute Allograft Rejection by Gamma Scintigraphy and Positron Emission Tomography. Curr. Radiopharm. 4, 10-23 (2011).
- Racusen, L. C., Solez, K., Colvin, R. B., Bonsib, S. M., Castro, M. C., Cavallo, T., Croker, B. P., Demetris, A. J., Drachenberg, C. B., Fogo, A. B., et al. The Banff 97 working classification of renal allograft pathology. Kidney Int. 55, 713-723 (1999).
- Edemir, B., Reuter, S., Borgulya, R., Schröter, R., Neugebauer, U., Gabriëls, G., Schlatter, E. Acute rejection modulates gene expression in the collecting duct. J. Am. Soc. Nephrol. 19, 538-546 (2008).
- Velic, A., Gabriëls, G., Hirsch, J. R., Schröter, R., Edemir, B., Paasche, S., Schlatter, E. Acute rejection after rat renal transplantation leads to downregulation of Na+ and water channels in the collecting duct. Am. J. Transplant. 5, 1276-1285 (2005).
- Reuter, S., Velic, A., Edemir, B., Schröter, R., Pavenstädt, H., Gabriëls, G., Bleich, M., Schlatter, E. Protective role of NHE-3 inhibition in rat renal transplantation undergoing acute rejection. Pflugers Arch. 456, 1075-1084 (2008).
