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Medicine

쥐에서 초음파 기술을 사용하여 약물 유발 신장 혈역학 적 부전의 조기 발견

doi: 10.3791/52409 Published: March 11, 2016

Abstract

신장은 일반적으로 혈역학 적 항상성을 유지하기 위해 기능 및 약물 독성에 의한 손상의 주요 사이트입니다. 약물에 의한 신 독성은 비판적으로 아픈 환자에서 급성 신장 손상 (AKI)의 모든 임상 케이스의 19- 25 %에 기여하는 것으로 추정된다. AKI 검출은 역사적으로 신장 기능 장애의 초기 단계에서 신 독성의 전체 평가에서 명백히 부적절 혈청 크레아티닌 (SCR) 또는 혈액 요소 질소 (BUN) 등의 통계에 의존하고있다. 현재, 이러한 변경이 실제로 혈청 바이오 마커 수준의 상승에 선행하는 반면 정확하게 AKI의 초기 단계에서 혈역학 적 변화를 검출하기 위해 더 강력한 진단 방법이 없다. 이러한 조기 발견은 의사가 정확한 진단을하고 치료 전략에 대한 의사 결정에의 도움이 도움이 될 수 있습니다. 쥐 AKI을 유도하는 시스플라틴 처리 하였다. 신 독성 고주파 초음파, SCR 측정하여 육일과 병리 따라 평가했다신장. 2D 및 칼라 도플러 이미지를 사용 혈역학 평가는 초음파를 이용하여 직렬 쥐 신장 독성을 연구하는데 사용되었다. 우리의 데이터는 조직 학적 검사에 의해 성인 쥐의 성공적인 약물에 의한 신장 손상을 보였다. AKI의 컬러 도플러 초음파 기반의 평가는 저항 인덱스 (RI)와 타악기-지수 (PI)가 처리 군에서 증가 된 것으로 나타났다; 피크 수축기 속도 (mm / s), 이완 기말 속도 (mm / S)와 속도 - 시간 적분 (VTI, mm)는 동일한 그룹에 신동맥 감소 하였다. 중요한 것은, 초음파 검사에 의해 평가 혈역학 이러한 변화는 SCR 레​​벨 상승 선행. 이러한 RI 또는​​ PI 등의 초음파 기반의 인덱스 따라서 설치류에서 신장 기능 감소의 유용한 예측 마커가 될 수 있습니다. AKI을받은 쥐의 신장에서 우리의 초음파 기반의 관측에서, 우리는 이러한 비 침습적 혈역학 적 측정은 초기 단계의 신장 기능 장애를 탐지, 정확한 민감하고 강력한 방법으로 고려할 수 있음을 보여 주었다. 티그의 연구는 동물 연구에서 사용과 관련된 윤리적 문제의 중요성을 강조한다.

Introduction

혈청 크레아티닌 (SCR)는 20 년 이상 신장 기능을 평가하기 위해 금 표준 측정되었습니다. 최근 많은 연구가 신 손상이 훨씬 이전에 SCR (1)의 변화보다 발생보고했다. 그러나, 초기 약물 - 유도 된 신 독성 신장 손상을 포함하는 과정에서 발생하는 혈류 변화의 검출을위한 견고한 방법이 없다.

약물에 의한 급성 신장의 혈역학 적 장애는 신부전 2,3에 신장 조직 손상 및 추가 진행에 연결됩니다. 지난 몇 십 년간, 연구는 컴퓨터 단층 촬영 (CAT), 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)와 초음파 검사와 같은 이미징 도구가 혈역학 적 평가 4 역할을한다는 것을 나타냅니다. 현재 이미징 도구에서 컬러 도플러 기술과 결합 된 그레이 스케일 초음파는 가장 일반적으로 신장 -3,5,6-의 해부학 적 상태를 설정하고 평가하는 데 사용됩니다. 설리반 등. 알. 그리고 Bonnin 개의 등. 알은. 최근 초음파 검사는 혈관 수축과 저산소증 스트레스 동물 모델 7,8의 분석 혈역학 적 변화에 효과적인 강력하고 비 침습적 도구 보도했다. 이 기술은 또한 일반적으로 동맥 협착 9,10를 검출하는데 사용된다.

고해상도 초음파 이미징 분야에서의 최근의 기술 진보는 생체 내 (11)에, 연구자들은 고주파 (25~80 MHz의) 높은 해상도 (<0.03 mm의 해상도) 프로브를 사용하여 심장 혈관 독성을 해결할 수있다. 우리는 신장을 연구하기 위해이 고해상도 초음파를 사용하여 신 독성의 조기 발견을위한 비 침습적 민감한 방법에 대한 전례없는 기회를 제공 할 것으로 가설.

시스플라틴은 다른 약제와 조합하여 12-14 고환, 난소, 방광, 머리, 폐 및 목의 암을 치료하는데 사용된다. 시스플라틴으로 인해 페이지의 세포 괴사에 신 독성을 잘 설명했다roximal 세관 (PT) 및 수집 덕트 혈액 요소 질소 (BUN) 및 SCR (15)를 상승 결과. 여기서, 우리는 유도 된 신 독성 약물 (시스플라틴)의 쥐 모델을 사용하여 신장 기능 부전을 특징 비파괴 초음파 검사를 이용하여 신장에 대한 상세한 단계별 방법을 제공한다.

Protocol

미국 수의학 협회 (AVMA) 지침에 따라 찰스 리버 연구소에서 구입 및 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC) 프로토콜을 승인하여 남성 스프 라그 돌리 쥐에서 모든 절차를 수행합니다.

1. 동물 준비 및 외과 적 치료

  1. 모든 실험 절차 전에 일주에 대한 모든 동물을 적응.
  2. 이소 플루 란을 이용하여 동물을 마취 (2-3 %가 유도하고, 1.0 %는 유지) 및 탈수, 염증 또는 궤양을 방지하기 위해 두 눈에 눈 연고를 적용합니다.
  3. # 40 블레이드와 필요에 제모 크림을 사용하여 동물의 가슴에서 머리를 제거합니다. 우리는 복부 측면 영상에서 얻은 좋은 이미지 데이터가없는 경우는 동물의 백 형태의 머리를 제거 할 수 있습니다.

2. 신 독성 쥐 모델

  1. 시스플라틴 - 유도 된 신장 독성 모델의 프로토콜을 사용하여, 시스플라틴 투여앞에서 설명한 s의. (15)
  2. 베이스 라인, 24 시간 시스플라틴 투여 전에 (0 일)에서 초음파 검사를 수행합니다. (3 단계를 참조하십시오, 이미징 프로토콜)
  3. 쥐 (N = 6)으로 두 그룹을 무작위. 제 1 일에, (복강 실험군과 생리 식염수에 시스플라틴 동물의 체중에 의해 계산 (10 ㎎ / ㎖) (10 ㎎ / ㎏ 체중의 단일 투여 신 독성 유도), 주입량 (1 ㎖ / ㎏ 체중))를 관리 대조군 NS).
  4. 24에서의 단계 120, 48, 72, 96, 1​​20, 시스플라틴 투여 후 144 시간으로 동물을 마취.
  5. 동물의 안정적인 마취 단계에서 고해상도 초음파 시스템 (재료 및 장비 표 참조)을 사용하여 이미지를 가져 가라. 전체 복구를 통해 마취 유도에서 이미징 동안 동물의 기본적인 생리 기능을 모니터링하기 위해 계속합니다.
  6. 촬영 과정에서 동물의 생체 신호를 모니터링 : 쥐 온도 : 35.9-37.5, 호흡 속도 : 66-144 / 분, 심박수 : 250-600 / 분.제안 된 연구에서 읽고 최적의 활력 징후는 다음과 같습니다 온도 : 36.5-37.0, 호흡 속도 : 80 ~ 100 / 분, 심박수 : 450-550 / 분.
    주 : 사용 정맥 수액, 가열 램프 수술 마취의 영향을 최소화하기 위해 동물의 정상적인 생리 상태를 유지한다. 필요한 경우 절차를 수행하는 동안 인공 호흡기와 호흡을 지원합니다. 그러나, 기계 환기는 거의이 실험에 필요하지 않습니다.

3. 이미징 프로토콜

주 : 초음파 기계 공급자가 긴 이미지를 만드는 절차에 대한 가열 된 플랫폼을 제공합니다. 그것은 단지 5 ~ 15 분을 소요하기 때문에, 우리는 우리의 증명 실험에서 가열 된 플랫폼을 사용하지 마십시오. 그는 생리 제어 스위치에 연결된 직장 온도계로 모니터링 체온 조절.

  1. 신장 (B 모드)의 가로 이미지 :
    1. 21 MHz의 중심 주파수로 MS (250) 초음파를 사용하여 연결활성 포트에 에드는 "일반 영상"에 응용 프로그램 프리셋을 설정합니다.
    2. 플랫폼에서 동물 부정사로, 동물의 21 MHz의 초음파 레일 시스템을 사용하여 프로브, 중간 선을 배치하고 대동맥을 격리 할 것. 이 위치에서 프로브 각도 좌측 흉골 라인 (가로축) 90도 (도 1A, B)이다.
    3. 이 위치로부터 프로브 신동맥 레벨 지금되도록 동물 플랫폼 슬라이드 (좌측 또는 우측 중 어느 하나의 시점에서 화상 수 있음).
    4. 미세 조작기를 사용하여, 오른쪽 또는 왼쪽 신장 동맥를 볼 수 있습니다.
    5. 화면 중앙에 전체 신장도를 얻기 위해 프로브의 y 축을 따라 약간 기울임으로써, 프로브 각도를 조정한다.
    6. 도 1CD, 시네 저장소 사용 프로브 허용 최고 프레임 율을 사용하여 이미지에 도시 된 바와 같이 적절한 최적 (신우, 신동맥)이 식별되면.
    7. 신장 (컬러 도플러보기)의 가로 이미지 :
      1. 키보드의 컬러 도플러 키를 사용하여 색 도플러 음향 창을 켭니다. 이것은 신장 동맥과 신장 정맥 (그림 1D)를 분리하는 데 도움이됩니다. (그리고 붉은 색은 정맥 흐름을 나타내는 푸른 색은 동맥의 흐름을 나타냅니다).
      2. (Y 축에 의해 노란색 화살표 표시) 초점 심도가 신장의 중심에 놓여 있는지 확인합니다. 시네 저장소에 데이터를 기록한다.
      3. 확인 기록을 가능한 가장 높은 프레임 속도 (> 200 프레임 / 초)의 데이터를 확인합니다.
    8. 신장 (펄스 파 또는 PW보기)의 가로 이미지 :
      1. 컬러 도플러 모드, 화면 (그림 1 층)에 노란색 표시 줄 (펄스 파 도플러 샘플 볼륨)를 가지고있는 동안, PW 키를 클릭합니다.
      2. PW 각 키를 사용하여 용기를 통해 유동의 지향성을 평행 각도로 신장 동맥 황색 선을 배치.
      3. (이는도 1 D 블루와 E에 도시 됨)의 흐름 방향으로 신장 동맥을 따라 PW 노란색 표시 라인을 놓는다.
      4. 이 모드에서는 accoustic 창 상부 및 하부 섹션들로 분할한다.
      5. 피크 수축기 및 이완기의 동맥의 흐름의 속도를 나타내는 파형 형태의 이미지를 캡처 시네 저장소를 사용한다.

    이미징 후 4. 동물 취급

    1. 주 5 일 0에서 촬영 후 흉골 드러 누움 위치에 (침대에 깨끗한 종이 타월로) 깨끗한 복구 영역에 동물을 배치합니다. 우리는 동물과 같은 공격적인 동물 "꼬리를 들고"방법에 극도의주의와 모든 동물을 처리 참고 마취에서 회복.
    2. 마취 회복 중에 외부 HEA과 동물의 체온을 유지t 소스와 전기 생리 프로브와 모니터 동물의 활력 징후 동물이 완전히 마취에서 회복 될 때까지.
    3. 그들이 경고 및 활성 때 돌아 설비 주택 방에 동물을 회복했다.
    4. 6 일 수확 신장에 제도적 지침에 따라 모든 쥐를 안락사 단계 4.5뿐만 아니라 조직 학적 평가 (단계 4.7 참조​​).
    5. 신장 기능을 확인하기 위해 크레아티닌 시험을 위해 대사 케이지에 부착 수집 관에서 동물의 소변을 수집합니다.
    6. 동물의 신장의 파라핀 섹션을 수행하고, 신 독성을 (세부 사항에 대한 단계 4.7 참조​​) 확인 염색 HE (헤 마톡 실린 및 에오신)을 실시합니다.
    7. 동물을 희생 좌심실을 10 % 완충 포르말린에 고정 하였다 0.9 % 염화나트륨 용액으로에게서 피를 뽑다. 0.9 % NaCl 용액으로 방혈 후 조직 학적 평가 16 쥐의 신장을 제거합니다.
      1. 파라핀은 신장 morphol을 관찰하기 위해 6 mm 섹션을 포함이 ogy 및 신 독성. 4 ºC에서 48 시간 동안 인산염 - 완충 식염수 (PBS)에서 30 %의 자당 신장 조직 탈수. 그런 다음 4 ºC에서 24 ~ 48 시간 동안 10 % 포르말린에 절을 수정합니다.
      2. 이어서, 파라핀의 신장 조직을 포함하고, 절편까지 RT에서 조직 파라핀 블록을 저장한다. 또한 섹션 조직 파라핀 섹션 기계를 사용하여 블록은 코팅 된 유리 슬라이드에 섹션을 배치합니다.
      3. 섹션을 Deparrafinize과 재수, 3 분 동안 에오신 다음 10 분 동안 헤 마톡 실린 염색. 슬라이드에 섹션을 마운트하고는 설치류 병리학 자에 의해 평가했다.

    5. 데이터 계산 및 분석

    1. 단계 3.2에서 얻은 색 도플러 이미지에서 신장 동맥의 최고 속도를 계산합니다. 속도 타임 수축기 및 이완기 속도의 피크를 추적 적분 (VTI) 도구를 선택합니다.
    2. equatio를 사용하여 계산 저항 지수 (RI) 및 박동 지수 (PI)아래 NS.
      RI = (최대 수축기 속도 엔드 확장기 속도) / 최대 수축기 속도
      PI = (피크 심장 수축 속도 엔드 확장기 속도) / 속도를 의미한다.
    3. 세 사이클 측정의 평균에서 표준 편차와 RI 및 PI 결과의 통계 분석을 수행합니다. 다른 표준 매개 변수의 경우, (재료 및 장비 표 참조) 독점 소프트웨어를 사용하여 데이터 분석을 수행하기 위해 제조업체의 설명서를 참조하시기 바랍니다.

Representative Results

본 연구에서 제시된 이미지는 하나의 운영자에 의해 촬영되었다. 모든 이미지는 (재료 및 장비 표 참조) 고주파 초음파 기계를 사용하여 수집 하였다. 모든 영상 데이터가 하나의 연구자에 의해 분석 하였다. 결과는 시스플라틴 처리 된 동물이 0.5 일 6 (그림 2A)에서 2.1 (정상 범위 <1.1)에 이르기까지 SCR을 한 것으로 나타났다. 그러나, 조직 학적 연구는 생리 식염수 처리 된 동물에 비해 급성 세뇨관 간질 성 부상의 일관된 패턴을 보여 주었다.

신장의 혈류 변화를 측정하는 고해상도의 초음파 영상을 이용하여 데이터 맥박의 parvus 형태가 Cisplain 처리 후 일 6시 동물에서 발견 된 반면, 제 0 일과 6 사이 NS 처리 동물 형태의 변화가없는 것으로 나타났다. 정상 RI 및 PI의 상한은 17 래트에서 각각 0.7 및 1.15이다. 혈역학을 평가하기 위해 상기 인덱스를 이용하여 6 일에서 시스플라틴 처리 된 동물에서 RI와 PI의 상당한 증가가 있음을 증명 신장의 변화.

그림 1
도 쥐에서 신장 화상을 검출하기위한 1 초음파 장치 설정. 래트 신장 초음파 촬상의 동작 동안 동물의 단계 (A) 및 이미징 프로브 위치 (B)의 설정으로 촬상 시스템의 그래픽 삽화. 샘플 초음파 이미지 고주파 고해상도 초음파 시스템 (재료와 그리고 장비 표 참조)을 사용하여 쥐의 신장에서 얻은. (CF). 데이터는 상기 혈역학 파라미터 측정 및 분석을위한 충분한 정보를 신장 혈관 명확한 신장 해부학 적 구조 및 혈액 흐름을 보여준다.09fig1large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
그림 2. 조직학 및 신장 시스플라틴 치료에서 쥐의 초음파 이미지. 혈청 크레아티닌 (SCR) 및 조직학 연구는 시스플라틴 치료 쥐에서 차량 처리 쥐 심한 근위 관 신장 손상 (노란색 화살표) 정상 신장 조직을 제시 (A, B). SCR 시스플라틴 처리 후의 소폭 증가하지만, 정상 범위 (<1.1) 내에 남아 있었다. 차량과 시스플라틴 투여군 (C)에 초음파 일 0, 3에서 컬러 도플러 모드에서 쥐의 권리 신장의 이미지, 6; 혈역학 적 매개 변수, RI 및 PI는 컬러 도플러 초음파 (D, E)에 의해 평가 증가 유의 하였다. 정상 RI의 상한은 PI 0.7 1.15이다. 중요한 것은, t데이터 위의 그는 그 혈역학 적 변화가 SCR의 상승을 앞에 보여줍니다. 맥파 속도 측정은 조직학 연구 결과와 상관 관계 시스플라틴 치료 후 느리고 약한 펄스 (맥박의 parvus 기호, 노란색 원)를 보여줍니다. 이 현상은 신장 동맥 협착, 폐색 더욱 신장 기능 장애를 나타냅니다. 조직 학적 데이터는 성공적인 약물 유발 근위 관상 신장 손상을 보여 초음파 평가는 컬러 도플러 기술을 사용하여 RI, PI 및 맥박 파 속도의 큰 변화가 보였다. N = 3, *, P <0.05. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

1 번 테이블
약물에 의한 AKI 1. 신장의 혈역학 적 매개 변수

Discussion

지난 10 년간 많은 발전은 고품질, 감도 및 정밀도 초음파 데이터를 제공 고주파 기계 프로브의 개발을 포함한 초음파 기술에서 발생했다. 이 프로브는, 따라서는 쥐와 생쥐 (18) 등의 작은 동물을 연구하는 강력한 도구 역할을 할 수 있습니다, 5-12mm 높은 프레임 속도 (이상 200 프레임 / 초)의 침투 깊이에서 약 50 μm의 축 해상도를 제공 할 수 있습니다 19. 또한, 그것은 또한 생리 학적 수준에서 생체 신호으로 가볍게 진정 또는 의식 동물 초음파 이미지를 수집 할 수 있습니다. 또한,이 비 침습적 양상은 동물 19 희생없이 질병 진행 동안 구조적 및 기능적 변화를 종 평가를 수행 할 수있는 기회를 제공한다.

1959 년, 박사. Rusell 및 브러쉬 먼저 awar을 높이기 위해 세 가지 "R"규칙 (교체, 감소 및 정제를) 설명연구에서 동물 사용의 윤리적 문제의 eness. 제안 된 프로토콜은 비 침습적 작은 동물 초음파 검사 할 수 Nephorotoxicity 연구에서 최소 통증, 고통 또는 고통에서 동물의 최소한의 번호를 사용하는 것이 처음이다. 따라서, 실험 동물에 대한 세 개의 "R"규칙을 충족하는 효율적인 전위 양상이다.

대부분의 초음파 연구는 심장 응용 프로그램에 초점을 맞추고있다; 신장 기능 평가는 종종 심장 상태보다는 신장 20-25의 직접적인 연구의 측정으로부터 유래 하였다. 우리는 실시간으로 신장의 해부학 적 및 기능적 변화를 시각화하는 이미징 방법을 설립했다. 우리는 신장보기에 대한 구체적인 보완 음향 창, 그레이 스케일 / B 형 모드와 컬러 도플러의 미리 선택된 세트를 사용했다. 우리는 이들 지표와 시스플라틴 유발 독성 모델에서 신장 기능의 변화 사이의 관계를 평가하기 위해 RI 및 PI 인덱스를 사용했다.

제안 된 방법과 초음파 유도 프로토콜을 이용하여 약물 - 유도 된 신 독성 검출의 신규성은 신장 손상의 경우 혈류 변화의 초기 강력한 검출이다. 결과는 사실 내 신장 혈관의 혈역학 적 변화가 상승 SCR 앞에 나타냅니다. 이 데이터는 조직 학적 분석을 사용하는 종래의 황금 표준에 대한 벤치마킹과 작은 동물 초음파 동물 사용의 최소한의 요구 사항을 가지고, 비 침습적 민감하고 재현 양상이라고 설명한다. 따라서 그것은 쥐 모델을 사용하여 유도 된 신 독성 약물의 조기 검출을위한 효과적인 수단이다.

Disclosures

저자는 공개 아무것도 없어.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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
High Frequency Ultrasound FUJIFILM VisualSonics, Inc. Vevo 2100
High-frequency Mechanical Transducer FUJIFILM VisualSonics, Inc. MS250, MS550D, MS400

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쥐에서 초음파 기술을 사용하여 약물 유발 신장 혈역학 적 부전의 조기 발견
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Fisch, S., Liao, R., Hsiao, L. L., Lu, T. Early Detection of Drug-Induced Renal Hemodynamic Dysfunction Using Sonographic Technology in Rats. J. Vis. Exp. (109), e52409, doi:10.3791/52409 (2016).More

Fisch, S., Liao, R., Hsiao, L. L., Lu, T. Early Detection of Drug-Induced Renal Hemodynamic Dysfunction Using Sonographic Technology in Rats. J. Vis. Exp. (109), e52409, doi:10.3791/52409 (2016).

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