Summary
사구체 여과율(GFR)은 신장 기능을 평가하는 데 이상적인 지표입니다. 그러나 연속 혈액 및 소변 분석과 함께 이눌린 주사를 사용하는 표준 측정 방법은 비실용적입니다. 이 기사에서는 새끼 돼지에서 GFR을 경피로 측정하는 실용적인 방법을 설명합니다.
Abstract
사구체 여과율(GFR)의 경피 측정은 의식이 있는 동물의 신장 기능을 평가하는 데 사용되었습니다. 이 기술은 급성 신장 손상 및 만성 신장 질환을 연구하기 위해 설치류에서 잘 확립되어 있습니다. 그러나 경피 시스템을 사용한 GFR 측정은 인간과 유사한 신장 시스템을 가진 종인 돼지에서 검증되지 않았습니다. 따라서 우리는 마취되고 기계적으로 환기되는 신생아 돼지에서 경피 GFR에 대한 패혈증의 영향을 조사했습니다. 다발성 미생물 패혈증은 맹장 결찰 및 천자 (CLP)에 의해 유도되었다. 소형 형광 센서로 구성된 경피 GFR 측정 시스템을 돼지의 면도 피부에 부착하여 정맥 주사 GFR 추적자 인 플루오레세인-이소티오시아네이트(FITC) 접합 시니스트린의 클리어런스를 확인했습니다. 우리의 결과는 CLP 후 12 시간에 혈청 크레아티닌이 GFR의 감소와 함께 증가한다는 것을 보여줍니다. 이 연구는 기계적으로 환기되는 신생아 돼지의 신장 기능을 결정하는 데 경피 GFR 접근법의 유용성을 처음으로 보여줍니다.
Introduction
신장 기능의 실용적이고 정량적 인 평가는 사구체 여과율 (GFR) 측정으로, 신장이 클리어런스 원리1에 따라 혈액을 얼마나 잘 여과하는지 알려줍니다. GFR을 측정하는 초기 방법은 이눌린 또는 시니스트린과 같은 외인성 화합물을 정맥 주사하여 혈장/비뇨기 수준의 연속 측정을 수행하여클리어런스를 감지하는 것입니다2,3. 이 방법은 번거롭고 혈장 및 소변 샘플의 연속 수집이 필요합니다4. 대안은 크레아티닌과 같은 내인성 대사 최종 생성물의 측정입니다. 그러나 이것은 시간이 많이 걸리고 때로는 부정확한데, 이는 사구체에 의해 여과될 뿐만 아니라 세뇨관 5,6에 의해 분비되기 때문입니다. 또한 크레아티닌 수치는 성별, 연령,식이 요법 및 근육량 7,8,9의 영향을받습니다.
보다 정확하고 최소 침습적이며 널리 사용되는 GFR 측정은 동물 4,10에서 실시간 GFR을 측정하는 경피 GFR 모니터를 사용하는 것입니다. 용해성이 높고 자유롭게 여과된 외인성 신장 마커인 시니스트린은 플루오레세인-이소티오시아네이트(FITC)로 표지되어 있습니다. 이 접합 화합물은 정맥 주사되고, 혈액 및 소변 샘플11을 수집하지 않고도 실시간 신장 기능을 평가할 수 있습니다. 경피 GFR 측정의 사용은 설치류12, 개13 및 고양이14에서 검증되었지만 돼지에서는 검증되지 않았습니다.
돼지 종은 인간과 여러 해부학 적 및 생리 학적 특성을 공유하므로 다양한 인간 질병15를 연구하는 데 이상적인 동물입니다. 중개 생물 의학 연구에서 돼지의 사용은 인간 생리학 및 병태 생리학을 모방하기 때문에 설치류 모델보다 점점 더 대중화되고 선호되고 있습니다16. 신생아 돼지는 소아 환자에게 고유 한 질병의 메커니즘을 이해하는 데 관심이 있습니다17. 또한, 최근 돼지에서 인간 장기 이식으로의 발전은 전임상 및 임상 시험18,19,20,21을위한 진단 도구를 확장하려는 충동을 불러 일으킨다. 이 논문은 처음으로 신생아 돼지의 GFR 측정에 경피 장치를 사용하는 방법에 대한 가이드를 제공합니다.
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Protocol
절차는 실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 국가 표준에 따라 작성되었으며 테네시 대학 보건 과학 센터 (UTHSC)의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)의 승인을 받았습니다.
참고 : 실험 그룹의 새끼 돼지는 맹장 결찰 및 천자를받는 반면, 가짜 그룹은 맹장 결찰이나 천자없이 복부 개방 만 겪습니다. 두 그룹의 새끼 돼지는 실험 그룹에서 패혈증 및 급성 신장 손상 (AKI)이 발생할 수있는 충분한 시간을 허용하기 위해 시술 후 12 시간 동안 마취하에 유지됩니다. 경피 GFR 측정은 시술 후 8 시간에 총 12 시간 동안 계속됩니다.
1. 새끼 돼지 공급 및 주거
- 3-5 일 된 신생아 새끼 돼지를 제공 할 수있는 지역 돼지 농장을 확인하십시오. 새끼 돼지가 7 일보다 오래되기 전에 실험을 완료하기 위해 주 초에 배달을 예약하십시오.
참고 : 공급자는이 실험을 위해 월요일에 3-5 마리의 새끼 돼지를 제공했습니다. 금요일까지 새끼 돼지는 실험을 받았을 것입니다. 동성과 거의 비슷한 나이를 사용하는 것은 교란 요인을 피하는 데 필수적입니다. - 새끼 돼지가 도착하면 개인 식별 (예 : 귀 태그 및 체중과 나이가 포함 된 기록)이 있는지 확인하십시오.
- 면허가 있는 수의사의 관리 하에 실험실 동물 관리 장치(LACU)에 새끼 돼지를 수용합니다. 동물들은 좋은 위생을 유지하기 위해 물로 쉽게 씻을 수있는 단단한 콘크리트 바닥이있는 넓은 펜에 그룹으로 보관됩니다.
- 환경을 풍부하게하고 자극 할 수 있도록 무거운 공과 같은 가구를 추가하십시오.
- LACU가 조명을 제어하여 위생, 영양, 온도 제어, 환기 및 주야간 주기와 같은 핵심 요소를 포함하여 최적의 환경 조건을 제공하는지 확인합니다.
- 수의사가 체중 측정을 포함하여 매일 새끼 돼지를 확인하여 새끼 돼지가 아픈 것으로 보이면 조사자에게 알리고 실험에서 제외해야 할 수도 있습니다.
- 환경에 순응하기 위해 새끼 돼지를 적어도 1 일 동안 방치하면 스트레스를 최소화 할 수 있습니다.
2. 수술 전 준비
- 실험을 시작하기 전에 수술 스테이션을 준비하십시오. 여기에는 가열 패드, 카테터, 인공 호흡기, 기관 내 튜브, 헤파린 화 식염수 및 링거 젖산 액 백이 포함됩니다.
참고: 새끼 돼지는 체온 조절 커패시턴스가 좋지 않고 혈류역학22,23을 변경하는 저체온증에 걸리기 쉽습니다. 따라서 가열 패드가 예열될 때까지 충분한 시간을 두는 것이 필수적입니다. - 10mg/mL의 α-클로랄로스를 60°C에서 식염수와 혼합하여 혼합물이 투명해질 때까지 준비합니다. 냉각시 약물의 결정화를 피하기 위해 용액을 과열하지 마십시오. 자돈에게 투여하기 전에 주사기 필터 (크기 0.22 μm)로 여과하십시오.
- 동물의 무게-케타민 : 20 mg / kg 및 자일 라진 : 2.2 mg / kg을 기준으로 마취제를 사용하십시오. 마취를 유지하기 위해 α-클로랄로스(5mL/kg)를 사용하십시오.
참고: α-클로랄로스는 흡입과 비교할 때 IV 투여가 쉽기 때문에 사용됩니다.
후자는 마취 기계와 기관 내 튜브를 통해 전달되는 적절한 청소 시스템이 필요하기 때문에 마취제입니다.
3. 마취
- 과도한 스트레스를 피하기 위해 새끼 돼지에게 친숙한 환경 인 돼지 우리에서 마취를 유도하십시오.
- 뒷다리로 새끼 돼지를 부드럽게 집어 들고 23G 3/4 바늘을 사용하여 케타민 : 20mg / kg 및 자일라진 : 2.2mg / kg을 반막 / 반 건공근 근육의 뒷다리에 투여합니다.
- 약물이 효과를 발휘할 때까지 몇 분 정도 기다리십시오. 동물이 움직이지 않을 정도로 충분히 이완되어 있는지, 눈꺼풀 반사 및 턱 긴장도가 상실되어 수술 스테이션으로 쉽고 안전하게 이동할 수 있도록 적절한 마취 수준을 확인하십시오. 눈의 안쪽 모서리를 만져서 눈꺼풀 반사를 평가하십시오. 깜박임이 없으면 적절한 마취를 나타냅니다.
4. 기관 절개술
참고: 이 실험은 생존이 불가능하므로 기계적 환기를 위한 기도를 설정하기 위해 기관 절개술을 시행합니다. 기관 절개술은 머리와 상기도 해부학24,25를 감안할 때 새끼 돼지에서 어려운 기관 내 삽관과 달리 빠르고 쉬운 절차입니다. 또한, 후두 경련은 삽관 중에 일반적으로보고되어 결과를 손상시킬 수있는 장기간의 저산소증과 고탄수화물을 초래합니다26.
- 새끼 돼지를 등 지느러미 누운 곳에 놓습니다. 단단하게 느껴지는 갑상선 연골의 돌출부를 촉지하여 갑상선 연골을 식별합니다. 멸균 드레이프를 적용하기 전에 포비돈 요오드와 70 % 에탄올을 사용하여 해당 부위를 소독하십시오.
- 수술 칼날을 사용하여 갑상선 연골의 꼬리 끝보다 열등한 2-3cm 복부 정중선 절개를하십시오.
- 구부러진 모기 지혈제를 사용하여 cricothyroid 막과 처음 몇 개의 기관 고리가 시각화 될 때까지 위에있는 피하 조직과 근육 (흉골 및 피부 대장균)을 무딘 해부합니다. 해부할 때 혈관이 손상되지 않도록 주의하십시오.
- cricothyroid 막과 기관 고리24의 명확한 시야를 얻은 다음 한 쌍의 긴 혼합 직각 집게를 사용하여 구조를 높입니다.
- 한 쌍의 작은 가위로 갑상선 막 또는 첫 번째 기관 고리를 작게 자릅니다. 절단을 수평으로 ~0.5cm까지 확장하여 3.0mm 기관 내 튜브를 통과시킵니다.
- 튜브를 5cm 표시에 삽입합니다. 튜브를 고정하기 전에 양측 가슴 확장과 호흡 소리를 확인하십시오.
- 기관 주위에 탯줄 테이프를 통과시켜 제자리에 고정합니다. 튜브를 턱 바닥에 고정하기 위해 추가 테이프가 사용됩니다.
- 인공 호흡기를 켜고 기관 내 튜브를 연결 한 다음 특정 손잡이 (예 : SIMV 노브, PEEP 노브 등)을 클릭하여 다음 기준 설정을 선택합니다. 압력 제어 모드: 동기화된 간헐적 기계 환기 (SIMV); 피크 흡기 압력 (PIP) - 15; 양의 호기 말 압력 (PEEP) - 5; 비율 - 20; I- 시간 - 0.6. 첫 번째 혈액 가스 분석 후 적절한 산소 공급 및 환기를 유지하기 위해 혈액 가스 결과에 따라 인공 호흡기 설정을 조정하십시오.
5. 대퇴관 캐뉼러
- 정맥 접근 및 침습적 혈압 모니터링을 위해 대퇴 혈관에주의를 전환하기 전에기도와 환기를 설정하십시오. 대퇴 동맥은 sartorius와 gracilis 근육 사이의 홈에서 맥박을 느끼면 확인되며 정맥은 동맥 내측에서 찾을 수 있습니다.
- 새끼 돼지가 등쪽 누운 자세로 누워있는 동안 포비돈 요오드와 에탄올을 사용하여 사타구니 부위를 소독하고 적절한 크기의 드레이프를 바르십시오.
- 수술 용 칼날을 사용하여 사타구니 주름에서 두개골로 시작하여 대퇴관을 따라 말단으로 확장되는 3-4cm 세로 절개를 만듭니다.
- 모기 곡선 집게와 가위를 사용하여 대퇴 신경 혈관 번들의 수준까지 해부하기 위해 무딘 날카로운 해부를 적용하십시오. 번들은 그라실리스 근육(27)의 몸 깊숙한 곳에서 발견 될 수 있습니다. 대퇴 동맥과 정맥을 2-3cm에 걸쳐 원주 방향으로 해부하여 캐뉼러를 허용합니다. 필요한 경우 작은 옆 가지를 라이 게이트하십시오.
- 견인력을 적용하기 위해 동맥과 정맥의 근위부와 말단부에 3.0 실크 타이를 적용하십시오. 원위 실크 봉합사를 정맥과 동맥 모두에 묶어 혈관을 연결합니다.
- 대퇴 정맥부터 시작하여 실크 타이의 원위 및 근위 견인력을 유지 한 다음 한 쌍의 미세 가위를 사용하여 독 절개술을 만듭니다.
- 다음으로, 정맥 픽 카테터 도입기를 사용하여 내경 x 외경 0.86mm x 1.32mm의 미리 측정된 폴리우레탄 카테터를 삽입하면서 용기를 엽니다. 삽입되면 근위 3.0 실크 봉합사를 묶어 카테터를 고정합니다. 3mL의 헤파린화된 식염수(1U/mL)로 카테터를 세척합니다. 이 용액은 50mL의 생리 식염수에 0.5mL의 헤파린을 첨가하여 만들 수 있습니다.
- 위와 동일한 접근 방식을 사용하여 침습적 혈압 카테터를 삽입하여 동맥 절개술을 만들고 카테터를 통과시킵니다.
알림: 원위 및 근위 견인을 유지하는 것은 동맥에 접근할 때 혈액 손실을 최소화하는 데 필수적입니다. - 카테터가 고정되면 식염수에 적신 거즈로 부위를 덮고 필요한 경우 감염을 예방하기 위해 3.0 실크 봉합사를 사용하여 피부를 봉합 할 수 있습니다.
6. 마취, 체액 및 혈액 가스의 유지
- 턱 톤과 눈꺼풀 반사를 사용하여 실험 전반에 걸쳐 마취 깊이를 모니터링하고 동물을 심부 마취하에 유지하기 위해 필요에 따라 α 클로랄로스를 정맥 내 투여합니다. 추가 볼루스에는 50mg/kg의 초기 적재량을 사용하고 20mg/kg을 사용하십시오.
- 실험 전반에 걸쳐 링거 젖산염을 유지 유체로 4mL/kg/h의 속도로 주입합니다. 예를 들어, 새끼 돼지의 체중이 3kg이면 유체 주입 속도는 12mL/h입니다.
- 침대 옆 가스 분석을 위해 헤파린 혈액 가스 주사기에서 동맥혈 샘플을 채취하고 샘플을 분석기 기계에 제시하십시오. 동맥혈 가스 옵션을 선택하고 분석기가 채혈 바늘을 제시할 때까지 ~2-3초 동안 기다립니다.
- 혈액 샘플이 들어있는 주사기 끝에 바늘을 조심스럽게 삽입하십시오. 분석기가 필요한 샘플을 흡인하고 주사기를 꺼낼 때까지 기다리십시오. 기계가 혈액 가스를 분석하고 결과를 제시하도록 합니다.
- 결과에 따라 인공 호흡기를 조정하여 pH를 7.35-7.45, 이산화탄소 분압 (PCO2)을 35-45 mmHg, 산소 분압 (PaO2)을 80-150 mmHg 사이로 유지하십시오. 설정은 인공 호흡기 유형에 따라 다르지만 저산소증 및/또는 고칼슘 혈증을 보상하기 위해 적절한 손잡이를 사용하여 호흡수를 높이거나 낮추는 것이 주로 포함됩니다.
- 연한 녹색 튜브(리튬 헤파린)에 3mL의 혈액을 채취합니다. 샘플을 2000 xg 에서 15분 동안 원심분리하고, 4°C에서 유지하여 혈장을 추출하였다. 완료되면 병상 화학 분석기를 사용하여 혈장을 즉시 혈청 크레아티닌 수준으로 분석하거나 나중에 분석할 수 있도록 -80°C에서 보관할 수 있습니다.
- 직장 프로브 온도계를 사용하여 온도를 지속적으로 모니터링하고 가열 패드 온도를 조정하여 새끼 돼지 온도를 101에서 103 ° F 사이로 유지하십시오.
7. 실험군; 맹장 결찰 및 천공 (CLP) 25,28,29
참고: 실험 그룹의 새끼 돼지의 경우 CLP를 수행하여 다발성 미생물 패혈증28 을 유도하고 수술 후 12시간 동안 동물을 모니터링하여 심각한 패혈증이 발생할 수 있는 충분한 시간을 허용합니다. 경피 GFR 기록은 맹장 결찰 후 8 시간에 시작하여 4 시간의 기록을 허용합니다.
- 돼지의 맹장이 왼쪽 요추포사 30에 있기 때문에 수술 용 칼날을 사용하여 5-6cm 왼쪽 파라 메디안 수직 절개를 만듭니다. 복벽 층을 해부하여 표면 상복부 혈관의 손상을 피하십시오.
- 복막층이 절개되면 견인기를 사용하여 내복부 구조에 대한 접근성을 개선하십시오.
- 복부의 왼쪽 상단 사분면에있는 나선형 결장을 확인하십시오. 맹장을 찾기 위해 꼬리와 등쪽의 나선형 결장을 추적하십시오. 회장은 맹장 기저부의 나선형 결장과 합류하는 것으로 보입니다.
- 회장 접합부 바로 원위에있는 맹장을 결찰하십시오 (그림 1).
- 18G 바늘을 사용하여 맹장에 7 개의 구멍을 뚫고 대변을 복막 부위로 밀어냅니다.
- 간단한 중단 또는 연속 바늘을 사용하여 3.0 실크 봉합사로 복부를 층으로 닫습니다. 가능한 경우 스테이플러를 사용하여 피부층을 닫을 수도 있습니다.
8. 가짜 그룹
- 위와 같이 7.2-7.4단계를 따릅니다. 맹장을 확인한 후 손대지 않고 다시 놓고 복벽을 비슷하게 닫습니다.
- 가짜 그룹의 새끼 돼지를 12 시간 동안 모니터링하여 마취에 장기간 노출되어 발생하는 교란 편향을 제거합니다.
9. 경피 GFR 장치 설정
- 맹장 결찰 8시간 후 GFR의 경피 측정을 시작할 준비를 하십시오.
- MB 서비스 소프트웨어 버전 3.0을 사용하여 GFR 디바이스에서 샘플링 속도를 조정합니다. 간단히 말해서 USB 커넥터를 사용하여 경피 GFR 장치를 컴퓨터 소프트웨어에 연결합니다. 소프트웨어를 열고 연결을 클릭한 다음 타이밍을 4000ms로 조정합니다. 쓰기 를 클릭하여 설정을 저장합니다.
알림: 이렇게 하면 최대 6시간의 총 샘플링 시간이 제공됩니다. 돼지에서는 경피 GFR이 4 시간 내에 완료됩니다. 최대 12시간의 샘플링이 필요한 실험의 경우 8000ms 옵션을 선택합니다. - 투명한 창이 있는 양면 접착 패치를 장치에 부착합니다. 장치를 한쪽에 부착하여 발광 다이오드가 투명 창 위에 놓이도록 하여 추적자 감지가 가능하도록 합니다.
- 측면 흉벽 위에있는 부위를 면도하십시오. 배터리를 장치에 부착하고 즉시 접착 패치를 장치에 고정하고 잘 고정되었는지 확인합니다(그림 2). 새끼 돼지는 깊이 마취되기 때문에 장치를 제자리에 고정하는 데 테이프가 필요하지 않을 수 있습니다.
알림: 접착 패치만으로도 충분히 고정할 수 있습니다. 그러나 동물을 조작하거나 활성화하거나 마취가 중단 될 수있는 절차에서는 테이프를 적용하는 것이 중요 할 수 있습니다. 붕대는 또한 대안적인 접근법31일 수 있다. - FITC-시니스트린을 투여하기 전에 3-5분의 기준 기록이 필요합니다.
10. FITC- 시니 스트린 제제 및 주사
- FITC-시니스트린과 식염수의 혼합물을 최종 농도 50mg/mL로 준비합니다. 새끼 돼지에게 투여되는 용량은 20 mg / kg입니다. FITC- 시니 스트린은 분말 형태로 공급됩니다.
참고: FITC-시니스트린은 또한 귓바퀴 정맥에 삽입된 말초 정맥 카테터를 통해 투여될 수 있습니다. FITC- 시니 스트린을 대퇴 정맥 정맥 카테터를 통해 푸시 볼 루스로 투여하여 높은 피크 수준을 달성하는 것이 필수적입니다. - 약물이 든 주사기를 3방향 스톱 콕의 한쪽에 부착하고 스톱 콕의 다른 쪽에 식염수를 플러시합니다. FITC-시니스트린을 밀고 즉시 5mL 식염수 볼루스를 투여한 후 자돈 정맥에 대한 3방향 스톱 콕을 닫습니다.
11. 경피 GFR 기록
- 장치를 새끼 돼지에 부착 된 상태로 4 시간 동안 유지하십시오. 이 시간 동안 동산을 피하기 위해 20mg/kg 농도의 간헐적인 α-클로랄로스를 사용하여 새끼 돼지를 마취 상태로 유지하십시오.
- 4 시간이 끝나면 장치를 제거하고 즉시 배터리를 분리하십시오.
12. GFR 측정
- 공급자가 제공한 USB 커넥터를 사용하여 경피 GFR 장치를 컴퓨터에 연결합니다.
- 읽기 소프트웨어를 열어 장치에서 데이터를 검색합니다. 시퀀스( 연결, 읽기, 이름 바꾸기 및 저장)를 클릭하여 원시 데이터를 저장합니다. 매뉴얼의 지시에 따라 분석 소프트웨어에서 저장된 데이터를 처리하고 평가합니다.
- 간단히 소프트웨어 버전 3.0을 열고 데이터를 가져옵니다. 자동 마커를 사용하여 오프셋, 시작 및 끝 위치를 조정합니다. 필요한 경우 아티팩트를 제거하고 맞춤을 클릭합니다. 이것은 분 단위로 FITC- 시니 스트린 클리어런스를 보여주는 판독 값을 제공합니다 (t1 / 2). t1/2는 이후에 아래와 같이 tGFR32,33을 계산하는 데 사용됩니다.
참고 : 제조업체와 협의하여 돼지에 사용되는 전환 계수는 쥐의 경우 21.33 (mL / min의 tGFR) 및 마우스의 14,616.8 (μL / min의 tGFR)과 대조적으로 20 (체중의 20 %가 세포 외 공간임을 나타냄)입니다. 이는 GFR이 세포외액(34,35)의 함수로서 정확하게 측정되기 때문이며, 이는 차례로 체중(36)에 의존한다.
13. 새끼 돼지 안락사
- 추가 생화학 분석을 위해 CLP 12시간 후 3mL의 혈액을 수집합니다.
- 20% 펜토바르비탈 나트륨과 페니토인 나트륨의 미리 혼합된 혼합물 0.2mL/kg을 정맥내 투여하여 자돈을 안락사시킵니다.
- 새끼 돼지를 영안실에 가져 가기 전에 조직 병리학 적 연구를 위해 올바른 신장을 수확하십시오.
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Representative Results
이 섹션에서는 신생아 돼지에서 경피 GFR 사용의 대표 데이터를 처음으로 제시합니다. 우리는 이전에 신장 기능을 감소시키는 것으로 밝혀진 맹장 결찰 및 천자 모델을 사용했습니다28. 따라서 우리는 CLP 돼지에서 AKI에 해당하는 GFR이 급격히 감소해야 하며, 이는 경피 GFR 장치에서 클리어런스 시간(t1/2)이 증가하여 돼지에서의 사용을 검증해야 한다는 가설을 세웠습니다. 수컷 새끼 돼지 7마리가 포함되었고, 3마리는 가짜 및 4마리는 패혈증이었다. 두 그룹은 비슷한 가중치를 가졌습니다 (그림 3A). 예상된 바와 같이,28, 12시간 패혈증은 균혈증 및 패혈증 마커인 C-반응성 단백질(CRP)의 혈청 수준을 증가시켰다(도 3B). 가짜 대 패혈증 자돈의 대표적인 FITC-시니스트린 청소율 곡선이 표시되며(그림 4 A, B), AKI는 가짜 및 패혈증 곡선을 오버레이하여 표시됩니다(그림 4C). AKI는 CLP 돼지에 대한 곡선 아래 증가 된 면적으로 표시됩니다. 이것은 가짜 곡선이 CLP 곡선에 놓일 때 눈에 띄게 볼 수 있습니다. 가짜 및 패혈증 그룹에서 FITC-시니스트린의 평균 반감기는 각각 114분 및 537분이었다(도 5A). 가짜 그룹의 평균 GFR은 체중의 5.1mL/min/100gm인 반면, 패혈증 그룹의 평균 GFR은 체중의 1.06mL/min/100gm이었습니다(그림 5B). 프로브가 변위됨에 따라 추가 동물이 제외되어 클리어런스 곡선과 시간이 방해되었습니다. 12시간 혈청 크레아티닌(급성 신장 손상의 바이오마커)은 가짜 그룹에서 변하지 않았지만 패혈증 돼지에서는 ~ 0.6mg/dL에서 1.08mg/dL로 증가했습니다(그림 6).
그림 1: 맹장 결찰 수술. (A) 맹장을 식별하고 외부로 가져왔습니다. (B) 바늘로 구멍을 뚫기 전에 실크 넥타이로 밑 부분을 결찰 한 맹장. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 피부에 경피 장치 부착. (A) 접착 패치를 부착하기 전에 면도한 피부. (b) 접착 패치에 부착 된 경피 GFR 장치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 대표 결과. (A) 이 연구에 사용 된 새끼 돼지의 무게 및 ( B ) 기계적으로 환기 된 가짜 및 패혈증 수컷 새끼 돼지의 혈청 C 반응성 단백질 (CRP) 수준 (짝을 이루지 않은 t- 테스트). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 기계적으로 환기된 가짜 및 패혈증 수컷 새끼 돼지의 대표적인 FITC-시니스트린 클리어런스 곡선. (A ) 12 시간 가짜, (B) 12 시간 패혈증. 패혈증 돼지는 곡선 아래의 면적 증가로 입증 된 신장 기능 장애가있는 것으로 나타났습니다. 검은색 데이터 포인트는 원시 데이터, 파란색 선은 3구획 피팅, 녹색 선은 95% 신뢰 구간, 빨간색 선은 필터링된 데이터를 나타냅니다. (C) 패혈증 돼지의 기준선으로부터의 발산 정도를 반영하기 위한 대표 곡선의 오버레이. 패혈증 곡선 (빨간색)은 AKI를 나타내는 FITC- 시니 스트린의 최소 클리어런스를 보였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 대표 결과. (A ) FITC- 시니 스트린 반감기 및 ( B) 기계적으로 환기 된 가짜 및 패혈증 수컷 새끼 돼지의 GFR 플롯 (짝을 이루지 않은 t- 검정). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 기계적으로 환기된 가짜 및 패혈증 수컷 새끼 돼지의 혈청 크레아티닌. (단방향 분산 분석). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
이 논문은 기계적으로 환기되고 마취된 신생아 돼지 모델에서 소형화된 경피 GFR 모니터와 FITC-시니스트린을 사용하여 돼지의 신장 기능을 결정하는 실용적인 단계를 설명합니다. 이전 논문에서는 설치류11,12,14에서 실험용 경피 GFR 프로토콜을 확립했지만 돼지에는 프로토콜이 존재하지 않습니다.
최근에는 난치성 질환을 해결하고 인간의 신장 질환 부담을 덜어주기 위해 대체 동물 모델을 탐색하려는 움직임이 있었습니다. 불행히도, 이러한 접근법 중 많은 부분이 크기, 해부학 적 및 생리 학적 차이로 인해 번역 적 한계가있었습니다. 설치류의 신장 해부학 및 병태 생리학은 인간과 비교할 때 큰 차이가 있습니다37. 인간 및 돼지 시스템이 유사한 해부학적 및 기능적 특성을 공유하기 때문에, 돼지 모델은 인간 질병(38,39)의 보다 현실적인 병태생리학적 모델일 수 있다. 돼지는 이제 병태생리학 및 약물 개발에 널리 사용됩니다. 돼지 게놈의 출판과 질병 특이 적 모델의 성공적인 형질 전환 생산과 함께 돼지 모델은 번역 연구40,41에서보다 중요한 역할을 할 것입니다.
이눌린 청소율은 GFR 측정의 가장 많이 받아 들여지는 수단으로 남아 있지만, 이눌린의 지속적인 주입, 방광의 카테터 삽입 및 시간이 많이 걸리고 성가신 특성으로 인해 대형 동물 모델에서는 비실용적입니다42. 혈청 크레아티닌과 혈액 요소 질소(BUN)는 전임상 연구에서 신장 기능을 측정하는 데 일반적으로 사용되지만 크레아티닌은 세뇨관에서 분비되고 요소는 탈수 과정에서 점점 더 재흡수되기 때문에 이러한 마커는신장 기능을 추정하는 데 좋지 않은 것으로 판명되었습니다5,43. 결정적으로, 관상 크레아티닌 분비는 돼지6에서 신장 기능의 마커로 사용될 때 GFR의 과대 평가를 유발하는 것으로 밝혀졌습니다. 또한 신체 습관으로 인해 설치류와 비교할 때 대형 동물 모델에서 크레아티닌의 증가가 더 많이 나타납니다. 쥐를 대상으로 한 연구에 따르면 맹장 결찰 후 1.5시간 동안 혈청 크레아티닌이 6배 증가했습니다.44. 이전에는 CLP28 이후 6 시간에 신생아 돼지의 크레아티닌 증가를 보여주었습니다. 이 연구에서, 우리는 상당한 AKI와 크레아티닌의 후속 상승을위한 충분한 시간을 허용하기 위해 맹장 결찰 후 ~ 12 시간 동안 동물을 더 오래 유지했습니다. 이전 연구에서와 마찬가지로 염증 및 패혈증 마커인 CRP의 혈청 수준 상승에 의한 패혈증 유도를 확인했습니다. 본 연구에서, 그리고 이전의 논문들이 보여주듯이, CLP 후 패혈증의 중증도는 결찰의 길이 및 천자의 수에 의존한다(44).
Iohexol을 사용하여 돼지에서 GFR을 측정하는 프로토콜은 이전에 돼지37에서 검증되었지만 대조적으로 경피 GFR 절차는 현저한 개선입니다. 덜 번거롭고, 반복적인 혈액 또는 소변 샘플링을 피하며, 신장 기능에 대한 실시간 창과 동일한 동물에서 반복적인 연속 측정의 가능성을 제공합니다(45). 이 연구는 돼지의 경피 GFR 측정에 대한 실용적인 지침을 제공합니다.
다른 그룹에 의해 확립 된 바와 같이, 가장 중요한 단계는 동물을 동물에 올바르게 고정시키고 FITC- 시니 스트린의 볼 루스 주사입니다. 측정 장치는 흔적의 움직임 아티팩트를 방지하기 위해 피부 표면에 잘 고정되어야 합니다. 돼지는 설치류보다 털이 적기 때문에 탈모 크림을 사용할 필요가 없습니다. 클리퍼로 깨끗하게 면도하면 충분할 수 있습니다. 이것은 FITC- 시니 스트린의 반감기 증가와 관련된 탈모를 최소화하며, 그 메커니즘은 알려지지 않았습니다12. 적절한 고정을 위해서는 장치를 제자리에 고정하기 위해 양면 접착 패치와 테이프가 필요합니다. 최적의 장치 배치 위치는 측면 흉벽과 복부 복부입니다. 이 영역은 더 적은 이동 아티팩트와 상관 관계가 있습니다.
FITC- 시니 스트린을 주사 할 때, 정확하고 전체 용량이 정맥에 한 번의 유체 운동으로 주입되어야합니다. 주입이 중단되었다가 다시 시작되면 클리어런스 곡선에 여러 개의 "미니 피크"가 생성됩니다. 꼬리 정맥은 일상적으로 작은 설치류에 사용되지만 귀 귀 정맥은 돼지에서 더 접근하기 쉽고 눈에 띄는 경로를 제공합니다. 캐뉼러는 의식이있는 돼지에서 여러 번 측정하기 위해 귀 정맥에 배치 할 수 있습니다. 샘플링 시간에서 주목해야 할 중요한 차이점은 설치류 (~ 1-2 시간)와 달리 돼지는 더 오래 지속되며 (~ 4 시간) FITC- 시니 스트린이 순환에서 제거되는 데 걸리는 시간과 비슷합니다. 우리가 아는 한, 이것은 돼지의 FITC- 시니 스트린 클리어런스를 통한 경피 GFR을 자세히 설명하는 최초의 논문입니다. 따라서 참조용 인용이 없습니다. 사용 된 측정 시간 ~ 4h는 제조업체와의 협의를 통해 도달했습니다. 이러한 샘플링 시간은 다른 비설치류 포유동물에서 경피 GFR을 검증한 이전 연구와 유사하다14.
새끼 돼지에서 경피 GFR을 평가할 때 고려해야 할 몇 가지 요소가 있습니다. 1 구획 모델은 GFR을 상당히 과대 평가하는 것으로 알려져 있습니다46; 우리는 더 정확한 3구획 운동 모델을 사용하여, 혈장, 세포외 공간, 및 더 깊은 성분들 사이에 정맥내 주입된 마커의 3방향 통신을 제공한다(46). 또한, 이들은 ~ 12 시간 동안 매우 깊은 마취하에 기계적으로 환기 된 새끼 돼지입니다. 마취는 신장 기능에 영향을 미치기 때문에47,48, 긴 진정이 필요하거나 실험적 기동에 GFR 모니터링과 함께 추가 마취가 필요한 절차에서이를 고려할 가치가 있습니다. 마지막으로, 그리고 아마도 가장 결정적으로, 신생아 새끼 돼지는 성인 동물49의 일부에서 기능하는 미성숙 네프론을 가진 여전히 발달중인 신장 시스템을 가지고 있습니다. 따라서 그들은 낮은 GFR과 신장 기능50을 보여줍니다.
이전에 지적한 바와 같이, 돼지의 경피 GFR은 혈액 내 시니 스트린 농도의 절대적인 척도가 아닙니다. 시간 경과에 따른 형광 붕괴의 유일한 추정12. 변환 계수를 사용하면 GFR을 mL/min 단위로 표현하여 이를 완화하려고 시도합니다. 그러나, 변환 인자는 차례로 체중(34,35,36)에 의존하는 세포외 공간에 의존하기 때문에, 체중이 조절되지 않거나 세포외 공간이 정확하게 정의되지 않은 경우(51,52) 광범위한 변동이 존재할 수 있다.
또한, 피부 색소 침착은 경피 FITC- 시니 스트린 클리어런스12,31에 영향을 미치는 것으로 보인다. 우리의 연구에서, 우리는 색소 처리 된 돼지가 신호가 감소한 것으로 나타났습니다. 한 예에서, 우리는 강하게 어두운 색의 돼지에서 신호를 감지하지 못했습니다. 그러나, 배경 신호는 색소화된 동물(12)에서 감소하는 경향이 있기 때문에, 우리는 GFR 값이 대체로 대등하다는 것을 발견하였다. 이에 대한 한 가지 해결책은 장치를 배치 할 때 피부의 밝은 색 영역을 선택하는 것입니다. 이 돼지들은 여러 형태의 조명과 열원이 관련된 질병의 외과적 모델에서 주로 사용되었기 때문에, 주변 피부로부터 흡수된 반사광을 통해 GFR 흔적 상의 잠재적인 운동 인공물을 설명해야 한다(12). 이에 대한 한 가지 해결책은 장치를 기록하거나 호일로 덮는 동안 적외선을 최소화하는 것입니다.
요약하면, 이 연구는 FITC-시니스트린 클리어런스의 경피 측정을 사용하여 신생아 돼지의 사구체 여과율을 측정하는 간단하고 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다. 또한, 우리의 데이터는 급성 신장 손상 환경에서 신장 기능을 평가하는 시스템의 유용성을 뒷받침합니다.
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Disclosures
없음.
Acknowledgments
이 연구는 Adebiyi 박사에게 수여 된 국립 보건원 보조금 R01 DK120595 및 R01 DK127625의 지원을 받았습니다. 이 논문의 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 국립 보건원의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다. MediBeacon GmbH의 사이트 디렉터인 Daniel Schock-Kusch 박사의 조언에 감사드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alpha - Chloralose | Sigma-Aldrich | C0128-25G | Used for maintanining anesthesia |
| Black braided silk 3-0 | Surgical Specialties | SP117 | Silk tie for blood vessel traction and ligation |
| Centrifugation machine AccuSpin 8C | Fischer Scientific | 75-008-821 | Used to extract plasma from whole blood sample |
| Endotracheal Tube 3.0 uncuffed | Progressive Medical International | 1109021995 | Inserted through tracheostomy |
| FITC-Sinistrin 1.0 g | MediBeacon Inc. | FTCF S001 | Store at room temp and protect from light |
| GEM Premier 3000 Blood gas analyzer | Instrumentation Laboratory | 5700 | For bedside blood gas analysis |
| Heating Pad medium size 20 in x 29 in | Adroit Medical Systems | V029 | Connects to heat therapy pump |
| HTP-Heat Therapy Pump | Adroit Medical Systems | HTP | Allows you to set temperature as needed. |
| IDEXX Catalyst One | IDEXX Laboratories | 89-92525-00 | Plasma creatinine analysis |
| Invasive blood pressure catheter 3.5Fr | Millar | SPR-524 | Inserted in femoral artery |
| IV adminstration set with flow regulator | True Care | TCRTCBINF033G | Used to connect IV fluid bag to vein catheter |
| Ketamine | Covetrus | 68317 | Used for induction of Anesthesia |
| MediBeacon analysis software version 3.0 | MediBeacon Inc. | N/A | Software program used for analysing data to obtain sinistrin clearance half life and curve |
| Millex-GV Syringe Filter Unit 0.22 µm | Millipore Sigma | SLGVR33RS | Syringe filter for chloralose injection |
| Neonate/Infant Ventilator | Sechrist Millennium | 20409 | Connected to air supply to provide ventilation through endotracheal tube |
| Phenobarbital Sodium + Phenytoin Sodium (Euthasol) | Covetrus | 72934 | Used for euthanasia |
| Ringer Lactate 500 mL bag | Baxter | 2B2323Q | Maintanence fluid infusion |
| Sterile Gloves | Henry Schein | 104-5920 | Used by operator during surgery |
| Sterile Gown | Halyard Health | 95021 | Used by operator during surgery |
| Steril Towel | Medline | 42131704 | Used as drape to maintaine sterile field when operating |
| Suture 3-0 silk reverse cutting needle | Ethicon | NC1842168 | Used for suturing abdominal wall layers |
| Transdermal Mini GFR Monitor | MediBeacon Inc. | TDM004 | Battery and USB connector included in package |
| Transdermal monitor adhesive patch | MediBeacon Inc. | PTC-SM001 | Doubl sided adhesive patch for GFR probe |
| Umbilical Tape 1/8 in x 20 yds | Fisher Scientific | NC9303017 | To secure endotracheal tube |
| Venous Catheter size PE/5 | Micro medical tubing | BB31695 | For femoral vein cannulation |
| Xylazine | Covetrus | 61035 | Used for induction of anesthesia |
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