Summary

Ein Großtiermodell für akute Nierenverletzungen durch vorübergehenden bilateralen Nierenarterienverschluss

Published: February 02, 2021
doi:

Summary

Diese Studie präsentiert ein hochreproduzierbares Großtiermodell für renale Ischämie-Reperfusionsverletzungen bei Schweinen unter Verwendung eines vorübergehenden perkutanen bilateralen Ballonkatheterverschlusses der Nierenarterien für 60 min und einer Reperfusion für 24 h.

Abstract

Akute Nierenschäden (AKI) sind postoperativ mit einem höheren Risiko für Morbidität und Mortalität verbunden. Ischämie-Reperfusionsverletzung (IRI) ist die häufigste Ursache für AKI. Um dieses klinische Szenario nachzuahmen, präsentiert diese Studie ein hochreproduzierbares Großtiermodell der nierenlichen IRI bei Schweinen unter Verwendung eines vorübergehenden perkutanen bilateralen Ballonkatheterverschlusses der Nierenarterien. Die Nierenarterien werden für 60 Minuten verschlossen, indem die Ballonkatheter durch die Oberschenkel- und Halsschlagader eingeführt und in den proximalen Teil der Arterien vorgerückt werden. Jodinierter Kontrast wird in die Aorta injiziert, um eine Trübung der Nierengefäße zu beurteilen und den Erfolg des Arterienverschlusses zu bestätigen. Dies wird zusätzlich durch die Abflachung der Pulswellenform an der Spitze der Ballonkatheter bestätigt. Die Ballons werden nach 60 Minuten bilateralem Nierenarterienverschluss entleert und entfernt, und die Tiere dürfen sich 24 Stunden lang erholen. Am Ende der Studie nehmen Plasmakreatinin und Blutharnstoffstickstoff signifikant zu, während eGFR und Urinausscheidung signifikant abnehmen. Der Bedarf an jodiertem Kontrast ist minimal und beeinträchtigt die Nierenfunktion nicht. Der bilaterale Nierenarterienverschluss ahmt das klinische Szenario der perioperativen Nierenhypoperfusion besser nach, und der perkutane Ansatz minimiert die Auswirkungen der Entzündungsreaktion und das Infektionsrisiko, das mit einem offenen Ansatz wie einer Laparotomie beobachtet wird. Die Fähigkeit, dieses klinisch relevante Schweinemodell zu erstellen und zu reproduzieren, erleichtert die klinische Translation auf den Menschen.

Introduction

Akute Nierenschädigung (AKI) ist eine häufig diagnostizierte Erkrankung bei chirurgischen Patienten, die mit signifikanter Morbidität und Mortalität verbunden ist1,2. Verfügbare Daten zeigen, dass AKI sogar die Hälfte aller hospitalisierten Patienten weltweit betreffen kann und zu einer Sterblichkeitsrate von 50% bei Patienten auf der Intensivstation1,3führt. Trotz ihrer hohen Prävalenz beschränkt sich die derzeitige AKI-Therapie weiterhin auf präventive Strategien wie Flüssigkeitsmanagement und Dialyse. Daher besteht ein anhaltendes Interesse an der Erforschung alternativer Therapien für AKI4,5,6.

AKI wird typischerweise in prärenal, intrinsisch und post-renal basierend auf seiner Ätiologie4,5,6klassifiziert. Die Mehrheit der chirurgischen Patienten mit AKI ist mit prärennalen Ursachen aufgrund von Hypovolämie assoziiert, was zu einer Ischämie-Reperfusionsverletzung (IRI) der Nieren führt2. Klinisch nimmt die Urinproduktion ab und der Kreatininspiegel steigt aufgrund einer verminderten Nierenfunktion. Die Niere ist ein Organ mit hoher Stoffwechselrate und anfällig für Ischämie. Ein hochreproduzierbares Großtiermodell der renalen IRI ist notwendig, um einen besseren Einblick in die Pathophysiologie von AKI und ihre potenziellen Therapieansätze zu erhalten5.

Um das klinische Szenario der Nierenhyperfusion perioperativ nachzuahmen, wird ein Modell des bilateralen Nierenarterienverschlusses als geeignet erachtet. Zuvor beschriebene Modelle, die einen einseitigen Nierenarterienverschluss mit oder ohne Resektion der kontralateralen Niere beinhalten, bieten keine ausreichende klinische Anwendbarkeit7,8. Obwohl diese Modelle ausreichen, um AKI zu verursachen, ähneln sie weder in Bezug auf die Art noch die Dauer der Verletzung realen klinischen Szenarien.

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Porcine-Modell des perkutanen bilateralen vorübergehenden Verschlusses der Nierenarterien durch Ballon-Katheter-Okklusion unter Angiographie zu präsentieren. Bilateraler Nierenarterienverschluss ahmt das klinische Szenario der Nierenhyperfusion nach, gefolgt von der anschließenden Entfernung des Ballons zur Reperfusion9,10. Die technischen Schritte werden beschrieben, einschließlich Katheterisierung, Katheterführung, Angiographie und hämodynamische Überwachung. Diese Methode ermöglicht nicht nur einen hoch kontrollierten und replizierbaren Verschluss der Nierenarterien, sondern der perkutane Ansatz minimiert auch die Auswirkungen der Entzündungsreaktion, indem er die Menge an Beleidigung des Körpers im Vergleich zu einem offenen Ansatz begrenzt.

Protocol

Alle In-vivo-Studien wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien der National Institutes of Health zur Tierpflege und -verwendung durchgeführt und vom Animal Care and Use Committee des Boston Children’s Hospital genehmigt (Protokoll 18-06-3715). Alle Tiere wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren human gepflegt. Abbildung 1 zeigt die Zeitleiste einschließlich Anästhesie, chirurgische Vorbereitung und Zeitpunkte für primäre Endpunk…

Representative Results

FunktionalanalysisDie repräsentativen Ergebnisse dieser Studie stammen von 6 Tieren und die gezeigten Daten sind mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts. Die Nierenfunktion wird durch Bestimmung der Urinausscheidung, der geschätzten glomerulären Filtrationsrate (eGFR), des Plasmakreatins und des Blutharnstoffstickstoffs (BUN) beurteilt. Die Biomarker der Nierenfunktion werden mit einem tragbaren chemischen Analysator bewertet. eGFR wird nach folgender Formel berechnet: eGFR =1,879 × BW1…

Discussion

AKI ist eine häufige klinische Erkrankung, von der bis zu 50% der hospitalisierten erwachsenen Patienten weltweit betroffensind 6,12. Ein klinisch relevantes Tiermodell wird benötigt, um die Pathophysiologie der Krankheit und mögliche therapeutische Ziele weiter zu untersuchen. Obwohl es mehrere murine Modelle gibt, die AKI replizieren, ahmen diese ihre jeweiligen klinischen Szenarien und die Anatomie der menschlichen Niere nicht vollständig nach. Diese Studi…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Dr. Arthur Nedder für seine Hilfe und Anleitung. Diese Arbeit wurde vom Richard A. and Susan F. Smith President’s Innovation Award, Michael B. Klein and Family, der Sidman Family Foundation, der Michael B. Rukin Charitable Foundation, dem Kenneth C. Griffin Charitable Research Fund und dem Boston Investment Council unterstützt.

Materials

0.9% sodium chloride injection, usp, 100 ml viaflex plastic container Baxter 2B1302 For animal hydration
Agent contrast 100.0ml injection media btl ioversal 74% CARDINAL HEALTH 133311 For visualizing the vasculature
Bard Bardia Closed System Urinary Drainage Bag BARD Inc 802001 For urine collection
BD Vacutainer K2 EDTA BD 367841 For blood sample storage
BD Vacutainer Lithium Heparin BD 366667 For blood sample storage
Betadine Henry Schein 6906950 For skin disinfection
Bookwalker retractor Codman For skin retraction
Bupivacaine 0.25% Hospira Administer at incision site for analgesia
Buprenorphine SR Zoo Pharm 10mg/ml bottle, Dose: 0.2mg/kg SC
Cath angio 5.0 Fr x100.0 cm 0.038 in JR4 MERIT MEDICAL SYSTEM INC 7523-21 For identification of the renal arteries
Cuffed endotracheal tube Emdamed To establish a secure airway for the duration of the operation
EKG Medtronics- Physiocontrol LifePak 20 Oxygen saturation monitor GE Healthcare Madison WI For oxygen saturation monitoring
Encore 26 inflator BOSTON SCIENTIFIC 710113 For inflating the balloon catheters
Ethanol 95% (Ethyl alcohol) Henry Schein For skin disinfection
Fentanyl patch Mylan Dose: 25-50mcg/hr, TD
Gold silicone coated Foley TELEFLEX MEDICAL INC 180730160 For urine collection
Heparin sodium LEO Pharma A/S Dose: 200 IU/kg IV
i33 ultrasound machine Phillips Use ultrasonographic guidance for femoral catherization if necessary
Inqwire diagnostic guide wire – 0.035" (0.89 mm) – 260 cm (102") – 1.5 mm j-tip MERIT MEDICAL SYSTEM INC 6609-33 For guiding the balloon catheters to the renal arteries
Intravenous catheter, size 20 gauge Santa Cruz Biotechnology Inc SC-360097 For fluid administration
Isoflurane Patterson Veterinary Supply, Inc. 21283620 Dose: 3%, INH
Metzenbaum blunt curved 14.5 cm – 5(3/4)" Rudolf Medical RU-1311-14M For tissue dissection and cutting
Neonatal disposable transducer kit with 30ml/hr flush device and double 4-way stopcocks for continuous monitoring Argon Medical 041588505A For pressure measurement
Powerflex pro PTA dilatation catheter 6 x 20 mm – shaft length (135cm) CARDINAL HEALTH 4400602X For occlusion of the renal arteries
Pressure monitoring lines mll/mll – 12" clear, mll/mll Smiths Medical B1571/MX571 For pressure measurement
Procedure pack Molnlycke Health Care 97027809 Surgical drape, gauze pads, syringes, beaker etc
Protamine Henry Schein 1044148 For heparin reversal
Scalpel blade – size #10 Cardinal Health (Allegiance) 32295-010 For the skin incisions
Stopcock iv 4 way lrg bore rotg male ll adptr strl Peoplesoft 1550 For connecting tubings
Straight lateral retractor Codman For skin retraction
Suture perma hnd 18in 2-0 braid silk blk CARDINAL HEALTH 1 A185H For suturing incision site and securing catheters
Syringe contrast injection 10ml fixed male luer red MERIT MEDICAL SYSTEM INC MSS111-R To administer the contrast agent
Syringe medical 60ml ll plst strl ltx free disp CARDINAL HEALTH 1 BF309653 For urine collection and flushing of the angiocath
Tilzolan (tiletamine/zolazepam) Patterson Veterinary Supply, Inc. 07-893-1467 Dose: 4-6 mg/kg, IM
Xylazine Putney, INC Dose: 1.1-2.2 mg/kg, IM

References

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Doulamis, I. P., Guariento, A., Saeed, M. Y., Nomoto, R. S., Duignan, T., del Nido, P. J., McCully, J. D. A Large Animal Model for Acute Kidney Injury by Temporary Bilateral Renal Artery Occlusion. J. Vis. Exp. (168), e62230, doi:10.3791/62230 (2021).

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