Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model.
Il rene funziona normalmente per mantenere l'omeostasi emodinamica ed è un importante sito di danni causati da tossicità del farmaco. nefrotossicità indotta da farmaci è stimato a contribuire al 19- 25% di tutti i casi clinici di danno renale acuto (AKI) nei pazienti critici. rilevamento AKI ha storicamente fatto affidamento su metriche quali la creatinina sierica (SCR) o azoto ureico nel sangue (BUN), che sono palesemente inadeguati a una valutazione completa della nefrotossicità nella fase precoce di disfunzione renale. Attualmente, non esiste un metodo diagnostico affidabile per rilevare con precisione l'alterazione emodinamica nella fase precoce di AKI, mentre tali alterazioni potrebbero in realtà precedere l'aumento dei livelli sierici di biomarcatori. Tale diagnosi precoce può aiutare i medici a fare una diagnosi accurata e aiutano a nel processo decisionale per la strategia terapeutica. I ratti sono stati trattati con cisplatino per indurre AKI. La nefrotossicità è stato valutato per sei giorni usando ecografia ad alta frequenza, misura sCr e su istopatologiarene. valutazione emodinamica con immagini 2D e Color-Doppler sono stati usati per studiare in serie nefrotossicità nei ratti, utilizzando l'ecografia. I nostri dati hanno mostrato di successo danno renale indotta da farmaci in ratti adulti mediante esame istologico. Color-Doppler valutazione ecografica base di AKI ha indicato che resistivo-index (RI) e pulsatile-index (PI) sono stati aumentati nel gruppo di trattamento; e velocità di picco sistolico-(mm / s), velocità telediastolica (mm / s) e la velocità-tempo integrale (VTI, mm) sono diminuiti nelle arterie renali nello stesso gruppo. È importante sottolineare che questi cambiamenti emodinamici valutati dalla ecografia preceduto l'aumento dei livelli di SCR. indici sonografia-based come RI o PI possono quindi essere utili marcatori predittivi di declino della funzione renale nei roditori. Dalle nostre osservazioni ecografia-based nei reni di ratti che hanno subito AKI, abbiamo dimostrato che queste misure emodinamiche non invasive possono considerare come un metodo accurato, sensibile e robusto nel rilevare all'inizio disfunzioni renali fase. Til suo studio sottolinea anche l'importanza delle questioni etiche associati all'uso di animali nella ricerca.
La creatinina sierica (SCR) è stata la metrica gold standard per valutare la funzione renale per più di due decenni. Recentemente, molti studi hanno riportato che il danno renale si verifica molto prima di quanto i cambiamenti nella sCr 1. Tuttavia, non esistono metodi affidabili per la rilevazione dei cambiamenti emodinamici che si verificano precocemente nel corso del danno renale compresa nefrotossicità indotta da farmaci.
La disfunzione emodinamica renale acuta indotta da farmaci porta a danni del tessuto renale e l'ulteriore progressione verso l'insufficienza renale 2,3. Negli ultimi due decenni, gli studi indicano che gli strumenti di imaging come la tomografia computerizzata (CAT), la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e ecografia svolgono un ruolo nella valutazione emodinamica 4. Negli strumenti di imaging attuali, ecografia in scala di grigi accoppiato con tecniche di Color-Doppler, sono i più comunemente usati per stabilire e valutare lo stato anatomica del rene 3,5,6. Sullivan et. al. e Bonnin et. al. recentemente riportato che l'ecografia è uno strumento efficace, potente e non invasivo nei cambiamenti emodinamici di analisi in modelli animali vasocostrizione e lo stress ipossia 7,8. Questa tecnica è anche comunemente utilizzato per rilevare stenosi arteriosa 9,10.
Gli ultimi progressi tecnici nel campo della ecografia ad alta risoluzione hanno permesso agli investigatori di affrontare tossicità cardiovascolare utilizzando ad alta frequenza (25-80 MHz) e sonde ad alta risoluzione (<risoluzione 0,03 millimetri), in vivo 11. Noi ipotizziamo che l'utilizzo di questo ad alta risoluzione ecografia per studiare rene offrirà un'opportunità senza precedenti per un metodo non invasivo e sensibile per la diagnosi precoce di nefrotossicità.
Cisplatino è usato nel trattamento del testicolo, alle ovaie, alla vescica, della testa, del polmone, e tumori del collo in combinazione con altri farmaci 12-14. Il cisplatino ha avuto ben documentato nefrotossicità a causa della necrosi delle cellule di ptubuli roximal (PT) e dotti collettori hanno comportato l'aumento dell'azoto ureico nel sangue (BUN) e SCR 15. Qui, mettiamo a disposizione una dettagliata metodologia di step-by-step di utilizzo di ecografia renale non-invasiva per caratterizzare disfunzione renale utilizzando il modello di ratto di droga (cisplatino) indotta nefrotossicità.
Negli ultimi dieci anni, molti progressi si sono verificati nella tecnologia ecografica compreso lo sviluppo di sonde meccaniche ad alta frequenza, che offrono i dati ecografici di alta qualità, sensibilità e precisione. Queste sonde in grado di fornire circa il 50 micron risoluzione assiale ad una profondità di penetrazione di 5 a 12 mm e frame rate elevato (superiore a 200 frame / sec), quindi può servire come uno strumento robusto per studiare piccoli animali come ratti e topi 18, 19. Inoltre, permette anche di raccogliere le immagini ecografiche su animali leggermente sedati o cosciente con segni vitali a livelli fisiologici. Inoltre, questa modalità non invasiva fornisce anche possibilità di effettuare la valutazione longitudinale cambiamenti strutturali e funzionali durante la progressione della malattia senza sacrificare animali 19.
Nel 1959, Drs. Rusell e pennello prima descritte le tre regole "R" (Replacement, Reduction e Refinement) per sollevare awareness delle questioni etiche in uso degli animali nella ricerca. Il protocollo proposto mostra per la prima volta che non invasivo piccole ecografia animale può utilizza un numero minimo di animali in meno dolore, sofferenza o angoscia nello studio Nephorotoxicity. Pertanto, è un potenziale metodo efficace per soddisfare le tre regole "R" per animali da esperimento.
Molti studi ecografici sono concentrati in applicazioni cardiache; le valutazioni di funzionalità renale sono spesso derivati da misurazioni delle condizioni cardiache, piuttosto che uno studio diretto di rene 20-25. Abbiamo stabilito una metodologia di imaging di visualizzare cambiamenti anatomici e funzionali del rene in tempo reale. Abbiamo usato un set preselezionato di finestre acustiche complementari, Mode / B in scala di grigi e color-Doppler, specifici per la vista del rene. Abbiamo usato il RI e gli indici PI per valutare il rapporto tra questi indici e le variazioni della funzione renale nel modello di tossicità indotta Cisplatino.
<p class="Jove_content"> Tuttavia, ci sono alcune sfide e le limitazioni ai metodi di imaging proposti come segue: 1) scelta appropriata di anestetico e il grado di anestesia sono cruciali per la stabilità cardiaca e respiratoria. fenomeno fisiologico incoerente (compresi respiratori e della frequenza cardiaca fluttuazioni) influenzano il flusso dell'arteria renale, la qualità delle immagini e la funzione renale valutazione. Useremo IACUC approvato anestetico iniettabile, Pentobarbital (50 mg / kg di peso corporeo, ip), come il nostro agente anestetico di backup per garantire una corretta funzione fisiologica normale durante la valutazione delle immagini e la funzione renale; 2) Depilazione è un passaggio fondamentale, come presenza di peli del torace influisce sulla qualità delle immagini ecografiche; 3) Mentre ecografia di reni è relativamente semplice per un operatore qualificato; per l'operatore medio, è fondamentale per adattarsi tecnica all'anatomia unica di singolo animale ed effettuare manipolazioni minori; 4) Se la dimensione dei ratti è piuttosto grande (superiore a 350 grammi), una sonda frequenza inferiore (meno utilizzato in questo studio 21 MHz) possono essere richiesti per l'imaging ottimale. Potrebbe essere prudente seguire un corso di formazione prima della proposta di funzionamento del sistema di imaging.La novità nella rilevazione nefrotossicità indotta da farmaci utilizzando la metodologia proposta ecografico e il protocollo derivato è la sua diagnosi precoce robusta dei cambiamenti emodinamici in caso di danno renale. I risultati indicano che i intra-renali vascolari cambiamenti emodinamici, infatti, precedono il sorgere SCR. Questi dati vengono raffrontati con il gold standard convenzionale utilizzando l'analisi istologica e dimostrano che piccoli animali ecografia è una modalità non invasiva, sensibile e riproducibile, che ha requisito minimo di utilizzo degli animali. E 'quindi uno strumento efficace per la diagnosi precoce di nefrotossicità indotta da farmaci utilizzando il modello di ratto.
The authors have nothing to disclose.
We thank Fred Roberts for exemplary technical support. We thank Brigham Women’s Hospital Cardiovascular Physiology Core for providing with the instrumentation and the funds for this work. This work was supported in part by NHLBI grants HL093148, HL086967, and Departmental Funds from (SUNDRY).
Depilatory cream | Miltex, Inc. | Surgi-Prep | Apply 24 hours prior to imaging |
cis-Diamineplatinum(II) dichloride | Sigma | 479306 | To induce acute kidney injury at small animals. |
Isoflurane | Baxter International Inc. | NDC 10019-773-40 | 2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute |
Table of equipments | |||
Material Name | Company | Catalogue Number | Comments |
High Frequency Ultrasound | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | |
High-frequency Mechanical Transducer | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | MS250, MS550D, MS400 | |