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.
Nyrerne fungerer normalt at opretholde hæmodynamisk homeostase og er en stor stedet for skader forårsaget af lægemiddeltoksicitet. Drug-induceret nefrotoksicitet skønnes at bidrage til 19- 25% af alle kliniske tilfælde af akut nyreskade (AKI) i kritisk syge patienter. AKI afsløring har historisk påberåbt parametre såsom serumkreatinin (SCR) eller blod urea nitrogen (BUN), som er påviseligt utilstrækkelige i fuldstændig vurdering af nefrotoksicitet i den tidlige fase af renal dysfunktion. I øjeblikket er der ingen robust diagnostisk metode til nøjagtigt at detektere hæmodynamisk ændring i den tidlige fase af AKI mens sådanne ændringer faktisk kunne gå forud stigningen i serum biomarkør niveauer. En sådan tidlig påvisning kan hjælpe klinikere stille en præcis diagnose og hjælp i i beslutningsprocessen til terapeutisk strategi. Rotter blev behandlet med cisplatin at inducere AKI. Nefrotoksicitet blev vurderet i seks dage ved hjælp af høj-frekvens sonografi, scr måling og ved histopatologi afnyre. Hæmodynamisk evaluering ved hjælp af 2D og Farve-Doppler billeder blev anvendt til serielt studere nefrotoksicitet hos rotter, under anvendelse af sonografi. Vores data viste vellykket narkotika-induceret nyreskade hos voksne rotter ved histologisk undersøgelse. Farve-Doppler baseret sonografisk vurdering af AKI indikerede, at resistive-indeks (RI) og pulsatile-indeks (PI) blev forhøjet i behandlingsgruppen; og peak-systolisk hastighed (mm / s), ultimo diastoliske hastighed (mm / s) og hastighed-(VTI, mm) blev nedsat i renale arterier i samme gruppe. Vigtigt er det, disse hæmodynamiske ændringer vurderet af sonografi forud for fremkomsten af SCR-niveauer. Sonography-baserede indeks såsom RI eller PI kan således være nyttige prædiktive markører for faldende nyrefunktion hos gnavere. Fra vores Sonography-baserede observationer i nyrerne af rotter, der undergik AKI, viste vi, at disse invasive hæmodynamiske målinger kan overveje som en præcis, følsom og robust metode til at opdage tidlige fase nyre dysfunktion. Thans undersøgelse understreger også betydningen af etiske spørgsmål i forbindelse med brug af dyr i forskning.
Serumkreatinin (SCR) har været den gyldne standard parameter for at bedømme nyrefunktionen i mere end to årtier. For nylig har mange undersøgelser rapporteret, at nyreskade opstår meget tidligere end ændringerne i Scr 1. Der er imidlertid ingen robuste metoder til påvisning af hæmodynamiske forandringer, der sker tidligt i forløbet af nyreskade herunder lægemiddelinduceret nephrotoksicitet.
Drug-induceret akut renal hæmodynamisk dysfunktion fører til nedsat vævsskade og yderligere progression til nyresvigt 2,3. I de seneste par årtier, undersøgelser viser, at billeddiagnostiske værktøjer såsom computertomografi (CAT), Funktionel magnetisk resonans (fMRI) og sonografi spille en rolle i hæmodynamisk vurdering 4. I den nuværende imaging værktøjer, grå skala sonografi kombineret med Color-Doppler teknikker, er de mest almindeligt anvendte til at etablere og vurdere anatomiske status nyre 3,5,6. Sullivan et. al. og Bonnin et. al. nylig rapporteret, at sonografi er en effektiv, kraftfuld og ikke-invasiv værktøj i analyse hæmodynamiske ændringer i vasokonstriktion og hypoxi stress dyremodeller 7,8. Denne teknik er også almindeligt anvendt til at detektere arteriel stenose 9,10.
Seneste tekniske fremskridt inden for høj opløsning ultralydsscanning har tilladt efterforskere til at løse kardiovaskulær toksicitet ved hjælp af høj-frekvens (25-80 MHz) og høj opløsning (<0,03 mm opløsning) sonder, in vivo 11. Vi hypotesen, at ved hjælp af denne høj opløsning sonografi at studere nyre vil give en enestående mulighed for en ikke-invasiv og følsom metode til tidlig opdagelse af nefrotoksicitet.
Cisplatin anvendes til behandling af testikel, ovarie, blære, hoved, lunger, og halscancer i kombination med andre lægemidler 12-14. Cisplatin har havde veldokumenteret nefrotoksicitet grundet celle nekrose af proximal tubuli (PT) og indsamling kanaler resulterede i stigende blod urea nitrogen (BUN) og SCR 15. Heri giver vi en detaljeret trin-for-trin metode for at bruge ikke-invasiv renal sonografi at karakterisere nyre dysfunktion hjælp rotte model af Drug (Cisplatin) -induceret nefrotoksicitet.
I det seneste årti er mange fremskridt sket i sonografisk teknologi herunder udvikling af højfrekvente mekaniske prober, som tilbyder sonografiske data med høj kvalitet, følsomhed og nøjagtighed. Disse prober kan tilvejebringe ca. 50 um aksial opløsning ved en indtrængningsdybde på 5 til 12 mm og høj frame rates (større end 200 ramme / sek), hvorfor det kan anvendes som et solidt værktøj til at studere små dyr såsom rotter og mus 18, 19. Desuden giver det også at indsamle sonografiske billeder på let sederede eller bevidste dyr med vitale tegn på fysiologiske niveauer. Desuden er denne ikke-invasiv modalitet giver også mulighed for at udføre langsgående vurdering af strukturelle og funktionelle ændringer under sygdomsprogression uden at ofre dyr 19.
I 1959, Drs. Rusell og Brush først beskrev de tre "R" regler (Replacement, Reduction, og forfinelse) for at hæve awaeness af etiske spørgsmål i dyr brug i forskning. Den foreslåede protokol viser for første gang, at ikke-invasiv lille dyr sonografi kan benytter minimalt antal dyr under mindst smerte, lidelse eller angst i Nephorotoxicity undersøgelse. Derfor er det en potentiel effektiv modalitet til at opfylde de tre "R" regler for forsøgsdyr.
Mange sonografiske undersøgelser har fokuseret på hjerte-applikationer; nyrefunktionen vurderinger blev ofte stammer fra undersøgelser af hjertefunktionen status snarere end en direkte undersøgelse af nyre 20-25. Vi har etableret en billeddannende metode til at visualisere anatomiske og funktionelle ændringer i nyrerne i realtid. Vi brugte en forudvalgt sæt af komplementære akustiske vinduer, grå-skala / B-tilstand og Farve-Doppler, der er specifikke for nyre visning. Vi brugte RI og PI indeks til at vurdere forholdet mellem disse indeks og de ændringer af nyrefunktionen i Cisplatin induceret toksicitet model.
<p class="Jove_content"> Der er dog nogle udfordringer og begrænsninger de foreslåede billeddiagnostiske metoder som følger: 1) Passende valg af bedøvelsesmiddel agent og graden af anæstesi er afgørende for hjerte- og respiratorisk stabilitet. Uensartet fysiologisk fænomen (herunder respiratoriske og hjerte udsving) påvirker renal arterie flow, kvalitet billedbehandling og nyrefunktion vurdering. Vi vil bruge IACUC godkendt injicerbart bedøvelsesmiddel, pentobarbital (50 mg / kg legemsvægt, ip), som vores backup anæstesimiddel at sikre korrekt normale fysiologiske funktion under billedbehandling og nyrefunktion vurdering; 2) Depilation er et afgørende skridt, som tilstedeværelsen af brystet hår påvirker kvaliteten af de sonografiske billeder; 3) Mens sonografi af nyrer er forholdsvis ligetil for en uddannet operatør; for den gennemsnitlige operatør, er det vigtigt at tilpasse teknikken til enkelte dyrs unikke anatomi og foretage mindre manipulationer; 4) Hvis størrelsen af rotter er relativ stor (over 350 gram), en lavere frekvens sonde (mindre end anvendt i denne undersøgelse 21 MHz) kan være nødvendig for optimal billeddannelse. Det kan være klogt at tage en uddannelse, før den påtænkte transaktion af billeddannende system.Det nye i forbindelse med afsløring lægemiddel-induceret nefrotoksicitet ved hjælp af den foreslåede sonografisk metode og afledte protokol er dens tidlige robust påvisning af hæmodynamiske ændringer i tilfælde af nyreskade. Resultaterne indikerer, at intra-vaskulære hæmodynamiske ændringer i virkeligheden forud for stigende Scr. Disse data er benchmarkes mod den konventionelle guldstandarden hjælp histologiske analyse og viser, at små dyr sonography er en noninvasiv, følsom og reproducerbar modalitet, som har minimal krav om anvendelsen af dyr. Det er således et effektivt værktøj til tidlig påvisning af narkotika nefrotoksicitet hjælp rottemodel.
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 | |