Böbrek Hastalığını İncelemek İçin Yeni Translasyonel Yaklaşımlar

Emma Laurence; Parveen Kumar; Tanecia Mitchell

doi:10.3791/64711

Yöntem makalesi

Böbrek Hastalığını İncelemek İçin Yeni Translasyonel Yaklaşımlar

2.2K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/64711

⸱

30 Ağustos 2022

Emma Laurence¹ , Parveen Kumar¹ , Tanecia Mitchell¹

¹Department of Urology, University of Alabama at Birmingham

Bu makalede

Özet

TARTIŞILAN MAKALELER:

Kumar, P., Bell, A., Mitchell, T., Kalsiyum florofor etiketleme ve nanopartikül izleme analizi kullanılarak insanlarda idrar nanokristallerinin tahmini. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (168), e62192 (2021).

Doulamis, I. P. ve diğerleri. Geçici bilateral renal arter tıkanıklığı ile akut böbrek hasarı için büyük bir hayvan modeli. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (168), e62230 (2021).

Taguchi, K., Sugahara, S., Elias, B.C., Brooks, C.R. Brefeldin A enjeksiyonu ile böbrekte salgılanan proteinlerin kaynağının belirlenmesi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (177), e63178 (2021).

Yanai, K. ve diğerleri. Yaşa bağlı böbrek yetmezliği olan farelerin böbrek ve serumunda mikroRNA ekspresyonunun kantitatif gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu değerlendirmesi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (182), e63258 (2022).

Holmes, H. L. ve diğerleri. Fare böbreklerinin in vivo analizi için 3D robotik ultrason kullanımı. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (174), e62682 (2021).

Yanai, K., Kaneko, S., Ishii, H., Aomatsu, A., Morishita, Y. Birkaç böbrek hastalığı fare modelinde polietilenimin nanopartikülleri kullanılarak eksojen yapay olarak sentezlenmiş miRNA taklidinin böbreğe verilmesi. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (183), e63302 (2022).

Wagner, M.C., Sandoval, R.M., Campos-Bilderback, S.B., Molitoris, B.A. Kronik tek taraflı üreter tıkanıklığının glomerüler süreçler üzerindeki etkilerini ölçmek için 2-foton mikroskobu kullanma. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (181), e63329 (2022).

Editöryal

Giriş
Nefroloji alanındaki araştırmalar, böbrek hastalığından etkilenen bireylerin refahını önemli ölçüde iyileştirmiştir. Bununla birlikte, böbrek hastalığı, nüfusun %10'undan fazlasını etkileyen ve dünya çapında artan sağlık maliyetlerinden ve ölüm oranlarından sorumlu olan hala önemli bir sağlık sorunudur¹. Ne yazık ki, böbrek hastalığına yol açan kesin mekanizmalar tam olarak aydınlatılamamıştır. Bu JoVE Yöntemleri Koleksiyonu , böbrek patofizyolojisini tanımlamak için son stratejileri vurgulamaktadır. Spesifik olarak, araştırma grupları, deneysel modeller veya klinik örnekler kullanarak böbrek hastalığını değerlendirmek veya tedavi etmek için yeni bir hayvan modeli ve yöntemleri sunar. Bu koleksiyonda sunulan çalışma, nefroloji alanına bir başka mükemmel katkı dizisidir ve gelecekte böbrek hastalığını önlemek, teşhis etmek veya tedavi etmek için yeni yollar sağlayabilir.

Akut böbrek hasarının translasyonel hayvan modeli
Akut böbrek hasarı (ABH), böbrek hastalığının yaygın bir şeklidir². Renal iskemi/reperfüzyon (I/R) hasarını incelemek için çeşitli deneysel modeller kullanılmıştır ^3,4,5. Bununla birlikte, bu bulguları klinik ortamı iyileştirmek için tercüme etmek, türler⁶ arasında önemli farklılıklar olduğu için birçok zorluk ortaya çıkarmıştır. Doulamis ve ark. bu sorunu çözmek için iki taraflı balon kateter kullanan bir domuz renal I/R modeli geliştirdi⁷. Modelleri yüksek oranda tekrarlanabilirdi, idrar çıkışının azalmasına ve tahmini glomerüler filtrasyon hızına neden oldu ve hayvanlarda plazma kreatinin ve kan üre nitrojen seviyelerinin artmasına neden oldu. Ayrıca brüt doku ve histolojik incelemede böbreklerde enfarktüs ve kanama olduğu görüldü. Bu yeni model klinik olarak önemlidir ve insanlarda ABH'nin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olabilir.

Böbrek hastalığında rol oynayan hücresel mekanizmaları inceleme stratejileri
Sitokinler böbrek hasarına ve onarımına katkıda bulunabilir⁸. Bu nedenle, böbrek içindeki sitokinlerin kaynağını ve rolünü belirlemek önemlidir. Taguchi ve ark. ABH ve kronik böbrek hastalığı fare modellerinde bir protein salgılama inhibitörü olan brefeldin A (BFA) kullanarak protein salgılanmasını anlamak için bir teknik geliştirdi⁹. BFA'yı farelerin kuyruk damarına enjekte ettiler ve ardından immünofloresan boyama kullanarak böbreklerini değerlendirdiler. BFA'nın protein sekresyonunu inhibe ettiğini ve hücreye özgü belirteçler kullanarak belirli hücre tiplerinde sitokin birikmesine neden olduğunu belirlediler. Bu yenilikçi protokol, çeşitli böbrek patolojilerinde protein sekresyonunu incelemek için kullanılabilir.

Böbrek hastalığına katkıda bulunduğu düşünülen bir başka önerilen mekanizma, mRNA transkripsiyonunu bozduğu ve inhibe ettiği bilinen mikroRNA'lardır (miRNA)¹⁰. Dokudaki miRNA ekspresyonu ile insanlarda serum arasında bir korelasyon olduğu bildirilmiştir¹¹. Bununla birlikte, hem fare böbreklerini hem de serum miRNA'sını saflaştırmak ve ölçmek için bir yöntem yoktur. Yanai ve ark. yaşa bağlı böbrek yetmezliği olan farelerin böbreğinde ve serumunda miRNA ekspresyonunu değerlendirmek için kantitatif bir gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu yöntemini optimize etti¹². Ayrıca her iki miRNA seviyesi arasında bir korelasyon kurdular. Bu protokol yüksek verimlidir ve birçok patolojik duruma uygulanabilir.

Böbrek hastalığını değerlendirmek için yeni görüntüleme teknikleri
Böbreğin noninvaziv görüntülenmesi yapısal ve fonksiyonel kusurları değerlendirebilir. Ancak, mevcut yöntemlerde bazı sınırlamalar vardır. Bunu aşmak için Holmes ve ark. böbrek, karaciğer ve kalp fonksiyonunu ölçmek için robotik ultrason (ABD) teknolojisine dayalı basit, uygun maliyetli bir 3D görüntüleme tekniği geliştirdi¹³. Protokolleri sürekli olarak yüksek kaliteli görüntüler sağladı ve brüt doku, tümör boyutları veya terapötiklerin faydalarının izlenebildiği çalışmalar için kullanılabilir. Bu yöntemin en büyük gücü, yüksek veri çıktısıdır. Örneğin, aynı anda üç sıçan görüntülenebilir veya saatte 20-30 fare görüntülenebilir. Bu protokol, geleneksel noninvaziv görüntüleme yöntemlerine hızlı bir alternatiftir.

Koleksiyondaki başka bir araştırma grubu, yüzey glomerüllerini indükleyen bir yaralanma modeli olan tek taraflı üreter tıkanıklığını (UUO) incelemek için görüntülemeyi kullandı. Wagner ve ark. yüzey glomerülleri geliştiren ve yüzey glomerülleri¹⁴ geliştirmeyen sıçanlarda UUO'yu izlemek için intravital iki foton mikroskobu kullandı. İki foton mikroskobu, böbreğin farklı bölgelerinin penetrasyon derinliğinin artmasını ve incelenmesini sağlar. Yazarlar, UUO'nun iltihaplanma ve fibrozu indüklediğini ve ayrıca sıçan böbreklerinde kırmızı kan hücresi akışını azalttığını bulmuşlardır. İlaçlara ve iltihaplanmaya yanıt olarak kan akışını, vazokonstriksiyonu ve dilatasyonu ölçmek bu yöntemin sağladığı birkaç faydadır. Toplu olarak, bu çalışmalar çeşitli dokuları incelemek için yeni görüntüleme stratejileri sağlar.

Böbrek hastalığının bir göstergesi olarak nanokristalürinin tahmin edilmesi
İdrar kristallerinin değerlendirilmesinin böbrek taşı riskini tahmin etmede yararlı olabileceği öne sürülmüştür¹⁵. Sağlıklı yetişkinlerden idrar oksalat seviyelerini indüklediği bilinen bir diyet oksalat yükünü tüketmeden önce ve sonra idrar nanokristallerini (≤1 μm) ölçmek için bir protokol geliştirdik¹⁶. Kalsiyum içeren idrar nanokristallerini bir kalsiyum florofor ve nanopartikül izleme analizi (NTA) kullanarak izole ettik ve analiz ettik. NTA'nın idrarda kalsiyum içeren nanokristalleri spesifik olarak tespit edebildiğini belirledik ve sonuçlar önceki bulgularımızla^{tutarlıydı 17}. Bu protokol, taş oluşturucularda veya kristalopatilerin meydana geldiği çeşitli araştırma alanlarında idrar nanokristallerini incelemek için kullanılabilir.

Böbrek hastalığını tedavi etmek için terapötik yaklaşımlar
Yapay olarak sentezlenen miRNA taklitleri, böbrek hastalığı için olası bir tedavi olarak önerilmiştir. Bununla birlikte, serum RNAaz, eksojen miRNA taklitlerini^{bozabilir 18}. Yanai ve ark. farelerin böbreklerine bir miRNA taklidini güvenli bir şekilde iletmek için lineer polimer, polietilenimin nanopartiküllerine (PEI-NP'ler) dayalı viral olmayan vektörler üretti¹⁸. Mimik, hedeflenen miRNA'yı aşırı eksprese etmede etkili olduğunu kanıtladılar. Bu yöntemin sınırlamaları, daha büyük hayvan modelleri için gerekli olan önemli miktarda PEI-NP'yi ve böbreklere özgüllük eksikliğini içerir. Bununla birlikte, RNA aşılarının başarısına dayanarak, miRNA taklitleri böbrek hastalığı için ideal bir tedavi seçeneği olabilir.

Son sözler
Burada sunulan kapsamlı araştırma, nefrolojiyi çevreleyen yaygın sorunları incelemek için yeni bir hayvan modeli ve teknikleri sunmaktadır. Bu yöntemlerden bazılarının nefroloji dışındaki diğer alanlara da uygulanabileceğini unutmamak önemlidir. Bir sonraki mantıklı adımlar, bu yöntemlerin daha büyük hayvan modellerinde ve klinik deneylerde nasıl test edilebileceğini araştırmak olacaktır. Bu protokollerin paylaşılmasının böbrek patofizyolojisi hakkındaki bilgilerimizi genişleteceğini ve bireylerde böbrek hastalığını hafifletmek için yeni fikirler doğuracağını umuyoruz.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

Yazarlara ve hakemlere bu koleksiyona katkılarından dolayı teşekkür ederiz. Ayrıca NIH (DK106284 ve DK123542) ve Oxalosis & Hyperoxaluria Foundation - American Society of Nephrology Kidney Cure Transition to Independence Grant'ten fon almayı kabul ediyoruz.

Kaynaklar

Kovesdy, C. P. Epidemiology of chronic kidney disease: An update 2022. Kidney International Supplements. 12 (1), 7-11 (2022).
Bellomo, R., Kellum, J. A., Ronco, C. Acute kidney injury. Lancet. 380 (9843), 756-766 (2012).
Malek, M., Nematbakhsh, M. Renal ischemia/reperfusion injury; From pathophysiology to treatment. Journal of Renal Injury Prevention. 4 (2), 20-27 (2015).
Saba, H., et al. Manganese porphyrin reduces renal injury and mitochondrial damage during ischemia/reperfusion. Free Radical Biology and Medicine. 42 (10), 1571-1578 (2007).
Mitchell, T., Saba, H., Laakman, J., Parajuli, N., MacMillan-Crow, L. A. Role of mitochondrial-derived oxidants in renal tubular cell cold-storage injury. Free Radical Biology and Medicine. 49 (8), 1273-1282 (2010).
Liu, K. D., Humphreys, B. D., Endre, Z. H. The ten barriers for translation of animal data on AKI to the clinical setting. Intensive Care Medicine. 43 (6), 898-900 (2017).
Doulamis, I. P., et al. A large animal model for acute kidney injury by temporary bilateral renal artery occlusion. Journal of Visualized Experiments. (168), e62230(2021).
Cantero-Navarro, E., et al. Role of macrophages and related cytokines in kidney disease. Frontiers in Medicine. 8, 688060(2021).
Taguchi, K., Sugahara, S., Elias, B. C., Brooks, C. R. Identification of the source of secreted proteins in the kidney by brefeldin A injection. Journal of Visualized Experiments. (177), e63178(2021).
Wei, Q., Mi, Q. S., Dong, Z. The regulation and function of microRNAs in kidney diseases. IUBMB Life. 65 (7), 602-614 (2013).
Cui, C., Cui, Q. The relationship of human tissue microRNAs with those from body fluids. Scientific Reports. 10, 5644(2020).
Yanai, K., et al. Quantitative real-time polymerase chain reaction evaluation of microRNA expression in kidney and serum of mice with age-dependent renal impairment. Journal of Visualized Experiments. (182), e63258(2022).
Holmes, H. L., et al. Use of 3D robotic ultrasound for in vivo analysis of mouse kidneys. Journal of Visualized Experiments. (174), e62682(2021).
Wagner, M. C., Sandoval, R. M., Campos-Bilderback, S. B., Molitoris, B. A. Using 2-photon microscopy to quantify the effects of chronic unilateral ureteral obstruction on glomerular processes. Journal of Visualized Experiments. (181), e63329(2022).
Daudon, M., Hennequin, C., Boujelben, G., Lacour, B., Jungers, P. Serial crystalluria determination and the risk of recurrence in calcium stone formers. Kidney International. 67 (5), 1934-1943 (2005).
Kumar, P., Bell, A., Mitchell, T. Estimation of urinary nanocrystals in humans using calcium fluorophore labeling and nanoparticle tracking analysis. Journal of Visualized Experiments. (168), e62192(2021).
Kumar, P., et al. Dietary oxalate loading impacts monocyte metabolism and inflammatory signaling in humans. Frontiers in Immunology. 12, 617508(2021).
Yanai, K., Kaneko, S., Ishii, H., Aomatsu, A., Morishita, Y. Delivery of exogenous artificially synthesized miRNA mimic to the kidney using polyethylenimine nanoparticles in several kidney disease mouse models. Journal of Visualized Experiments. (183), e63302(2022).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Urinary Nanocrystals Calcium Fluorophore Labeling Nanoparticle Tracking Analysis Acute Kidney Injury Renal Artery Occlusion Secreted Proteins Brefeldin A Injection MicroRNA Expression Renal Impairment 3D Robotic Ultrasound Exogenous MiRNA Mimic Polyethylenimine Nanoparticles Chronic Unilateral Ureteral Obstruction 2 photon Microscopy