Method Article
Determination of glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard to assess overall kidney function. However, traditional procedures to measure this parameter are cumbersome and require a large investment of time. Here we describe a faster and minimally invasive method to determinate GFR transcutaneously.
Glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard to assess overall kidney function. However, traditional methods to evaluate GFR are cumbersome and time-consuming. In addition, serial blood or urine samples are required, with the associated stress for the experimental animals. A recent technique significantly reduces the investment in time and resources, minimizing the invasiveness and the animal stress, but being equally valid as the traditional approaches. The method measures transcutaneously renal function. Using an optical device and the exogenous renal marker fluorescein isothiocyanate (FITC)-sinistrin, this technique is capable of measuring the elimination kinetics of the marker through the skin. With neither blood nor urine samples nor the associated laboratory assays needed, the results of the transcutaneous measurement are almost instantaneously available. The method has been already validated in different species and successfully applied in several models of renal pathology. Moreover, due to its minimally invasive characteristics, it is suitable for sequential measurements within the same animal. Here is provided a detailed protocol to carry out the transcutaneous assessment of renal function in rodents.
معدل الترشيح الكبيبي (GFR) هو أفضل معلمة لتقييم وظائف الكلى بشكل عام. المعيار الذهبي لتحديد معدل الترشيح الكبيبي يعتمد على إزالة البول أو البلازما من علامات الكلى الخارجية، مثل حبوب 1. ومع ذلك، فإن هذه الإجراءات هي مضيعة للوقت ومعقدة، وتتطلب جمع الدم التسلسلي و / أو عينات البول وفحوصات المختبر الخلفي لتحليلها. وبالإضافة إلى ذلك، وهذه الأساليب هي الغازية والمجهدة للحيوانات، مما يحد من عدد المرات وتردد فيه القياسات يمكن أن تتكرر. وقد تم تطوير عدد من النهج البديلة لتبسيط الإجراءات التقليدية لتحديد معدل الترشيح الكبيبي، لكنها لا تزال تعتمد على البول والبلازما أخذ العينات 2-4 و / أو تتطلب التخدير العميق 5،6، والذي يعرف للتأثير على ديناميكا الدم الكلوي وظيفة 7، 8. المنتجات النهائية من عملية التمثيل الغذائي، مثل الكرياتينين، كما تستخدم على نطاق واسع لتقدير وظيفة الكلى. ومع ذلك، فمن المعروف أن accurACY من هذه العلامات الذاتية ليس الأمثل، وعلاوة على ذلك، لتحليلها، البول أو أخذ عينات الدم أمر لا غنى عنه أيضا.
نحن هنا وصف منهجية عبر الجلد لتقييم وظيفة الكلى في الحيوانات واعية. هذا الأسلوب هو أبسط وأسرع من الطرق التقليدية وكذلك فقط الغازية الحد الأدنى. مع هذه التقنية، وذلك باستخدام جهاز بصري المنمنمة و-sinistrin خارجية المنشأ الكلوي علامة فلوريسئين ثيوسيانات (FITC)، فمن الممكن لتحديد وظائف الكلى تقريبا في الوقت الحقيقي دون الحاجة إلى البلازما أو أخذ عينات البول ودون القسطرة الجراحية لإدارة المواد المخدرة. ونظرا لهذه الخصائص، فإن هذه الطريقة مناسبة لإجراء قياسات متتابعة في نفس الحيوان.
FITC-sinistrin هو علامة الكلى تصفيتها بحرية الكبيبة، مع عدم استيعاب أنبوبي أو إفراز. الجزء البصري للجهاز المنمنمة يتكون من اثنين من الثنائيات الباعثة للضوء (LED)، والتي تثيرعلامة تدار والضوئي للكشف عن مضان المنبعثة من خلال الجلد. يتم تخزين البيانات المسجلة في الذاكرة الداخلية المدمجة في الجهاز والتي يمكن استخدامها لتوليد حركية القضاء منحنى FITC sinistrin. يتم توفير الطاقة بواسطة بطارية صغيرة يثيوم قابلة للشحن. للحصول على معلومات أكثر تفصيلا عن الجهاز ومكوناته الفردية الرجوع إلى شرايبر وآخرون. 9. هي التي شنت الجهاز بسهولة في جسم الحيوان باستخدام رقعة لاصقة على الوجهين يحمل نافذة شفافة للمكونات البصرية. وهنا النتائج متوفرة بسهولة بعد فترة تسجيل قد انتهت.
مع أسلوب وبروتوكول المقدمة هنا، ونحن نقدم تكنولوجيا واعدة والتي يمكن أن تحل محل معيار الذهب الحالي لتحديد معدل الترشيح الكبيبي، وليس فقط في مجال البحوث ولكن أيضا في مجال السريري.
وقد أجريت التجارب اللازمة لتطوير البروتوكول وفقا للوائح وطنية وتمت الموافقة من قبل لجنة العلوم الأخلاقية المحلية (Regierungspräsidium كارلسروه).
1. إعداد FITC-sinistrin حقن الحل
2. إعداد الحيوان
3. جهاز تحضير
4. تثبيت للجهاز على الحيوان
إدارة 5. FITC-sinistrin وإجراء القياس
إزالة 6. جهاز
7. مقروءة من البيانات
الإعداد للقياس عبر الجلد هو بسيط جدا وسريع: يتم وضع الجهاز على الوجهين رقعة لاصقة (الشكل 1) وتعديلها في حجم إذا لزم الأمر (الشكل 2)، وأعد البطارية (الشكل 3) ومتصلة (الشكل 4).
هذه الطريقة لتقييم وظيفة الكلى وقد تم التحقق بالفعل في الأنواع المختلفة من خلال المقارنة مع النهج التقليدي لإزالة البلازما 9،11،12. بعد بروتوكول يتعرض هنا، شرايبر وآخرون. أثبتت صحة هذه التقنية في نماذج الماوس المختلفة، والتي تبين نتائج مماثلة إلى حد كبير بين عبر الجلد القياس والبلازما إزالة لجميع المجموعات المدروسة (الجدول 1) 9. في هذا العمل تم تحويل ر الحصول على 1/2 إلى GFR باستخدام الماوس تحويل محددة شبه تجريبيعامل.
وقد أثبتت اتساق التقييم عبر الجلد وظيفة الكلى أيضا باستخدام سلالات مختلفة من الفئران. وأظهرت قياسات متتابعة خلال 3 أيام في نفس الحيوان معامل الفروق من 3،0-6،2٪ 13. في هذه الدراسة كان هناك أي تحويل لGFR لكن وأعرب عن النتائج وتفسيرها مباشرة من حيث ر 1/2.
إمكانية الحصول على النتائج تقريبا في الوقت الحقيقي هي واحدة من مزايا كبيرة من هذا الأسلوب. بعد فترة التسجيل، وهنا النتائج يتسن على الفور الحصول التحليل والبرامج المقدمة يعرض منحنى إفراز FITC-sinistrin على الفور (الشكل 6). في داخل البرنامج نفسه ر 1/2 من FITC-sinistrin يمكن الحصول عليها، والتي يمكن استخدامها مباشرة كمعلمة لتقييم وظائف الكلى من تحويلها من حيث معدل الترشيح الكبيبي الشكل 7 يظهر كيف يبدو منحنى إفراز FITC-sinistrin قياس transcutaneously في حيوان يعانون من القصور الكلوي. عندما وظيفة الكلى يتأثر، FITC-sinistrin ر 1/2 زيادات ترجع إلى إفراز انخفاض للمادة وظهور التغييرات منحنى. عادة، لا يأتي منحنى قياس إلى مستوى الخلفية ويقدم مساحة متزايدة تحت المنحنى. في نفس الحيوان، يمكن أن القياسات من بعدها إلى ما بعد الإصابة تجربة زيادة في الحد الأقصى لكثافة مضان بسبب تراكم علامة الناجمة عن خفض إفراز لها. في حال وجود قصور الكلى، ويمكن منحنى قياس transcutaneously من FITC-sinistrin تظهر حالة مستقرة بسبب وظيفة ضعف شديد (7B الشكل).
وقد أظهرت استخدام جهاز المنمنمة في عدة سلالات من القوارض مع الحالة الصحية المختلفة أن هذا الأسلوب هو مناسبة وحساسة بما يكفي للكشف عن تغيرات درق لأمراض الكلى والشيخوخة. ويبين الجدول 2 ملخص للنماذج الفئران درس حتى الآن مع هذا الأسلوب.
الشكل 1. تنسيب الجهاز على الوجهين رقعة لاصقة. هي التي شنت الجهاز على لاصق التصحيح المواقع جزء البصرية في نافذة شفافة.
الشكل 2. التكيف مع التصحيح لاصقة للقوارض صغيرة الحجم. لاستخدامها في الحيوانات الصغيرة فمن المستحسن للحد من حجم التصحيح. ج: استخدام الجهاز بمثابة دليل لقطع التصحيح بشكل صحيح. باء: وبعد الحصول على الحجم المطلوب، الجهاز يمكن وضعها على سطح لزجة من التصحيح. Pتأجير انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3. إعداد البطارية. لتوصيل البطارية إلى الجهاز، وقطع قطعة صغيرة من الوجهين رقعة لاصقة (A و B) ووضعه على سطح البطارية (C). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. اتصال ووضع البطارية أثناء القياس. (A) في القوارض الصغيرة مثل الفئران، ويرجع ذلك إلى انخفاض مساحة، يجب وضع البطارية على الجزء العلوي من الجهاز. (ب) في الحيوانات الكبيرة البطارية جعلى أن توضع بجانب الجهاز. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. التنسيب من أنبوبي ضمادة الشاش مرنة في الفئران. وينبغي أن يغطي ضمادة أنبوبية على الوجهين رقعة لاصقة دون التدخل في حرية حركة الأطراف لراحة الحيوان. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تم الكشف عن الشكل 6. صورة الممثل من منحنى القضاء على FITC-sinistrin. إشارة الناتجة عن FITC-sinistrin transcuاآلن ذاته وتخزينها في الذاكرة الداخلية للجهاز. عندما يتم تحميل البيانات المسجلة على جهاز كمبيوتر، والبرنامج بإنشاء منحنى مماثلة لتلك التي قدمت في الصورة. يظهر العمودي شدة سجلت مضان [الاتحاد الافريقي]، المنبعثة من علامة FITC-sinistrin حقن، بينما يمثل المحور السيني مدة القياس في وقت [مين]. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 7. صورة الممثل من منحنى القضاء على FITC-sinistrin في الحيوانات مع اختلال وظائف الكلى. (A) منحنى القضاء FITC-sinistrin في الحيوانات مع انخفاض وظائف الكلى ويظهر عادة مساحة زيادة تحت المنحنى وعدم القدرة على الوصول إلى خط الأساس داخل فترة القياس العادية . (ب) في الحيوانات ضعف شديد منحنى قياس transcutaneously يمكن أن تظهر حالة مستقرة مما يشير إلى الفشل الكلوي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تم التحقق من صحة الجدول 1. التحقق من قياس عبر الجلد عن طريق مقارنة مع إزالة البلازما التقليدية. القياس عبر الجلد وظيفة الكلى في نماذج مختلفة الماوس (صحية وnephrectomized من جانب واحد (UNX) C57BL / 6-129 SV الفئران والفأر نموذج من سحاف الكلية ( pcy)) بالمقارنة مع إزالة البلازما. القيم هي وسائل ± SD. معدل الترشيح الكبيبي، الكبيبي معدل الترشيح 9.
/53767/53767table2.jpg "/>
درس الجدول 2. نماذج الفئران باستخدام قياس عبر الجلد UNX، nephrectomized من جانب واحد؛ ACE، الإنزيم المحول للأنجيوتنسين. تي gumodwt / بالوزن، المعدلة وراثيا uromodulin خروج المغلوب، والتنمية المستدامة، سبراغ داولي الفئران. PKD، مرض الكلى المتعدد الكيسات.
تصف هذه الورقة الإجراء لتحديد وظائف الكلى في القوارض واعية باستخدام جهاز المنمنمة وخارجي علامة الكلى FITC-sinistrin. كما ذكر من قبل، وهذا الأسلوب له العديد من المزايا مقارنة مع الإجراءات التقليدية لإزالة البول والبلازما. واحد منهم هو الاستقلال عن اخذ عينات من الدم والبول مما يؤدي إلى تحقيق وفورات كبيرة من حيث المواد الاستهلاكية، والوقت، وبطبيعة الحال، والإجهاد الحيوان.
كما هو مبين في الجدول رقم 2، ودخيلة علامة الكلى FITC-sinistrin وقياس حركية القضاء عليه من خلال الجلد تسمح للتأثير أمراض الكلى على وظيفة الكلى لدراستها 9،10،14-18. جمع التسلسلي للعينات الدم اللازمة لتقييم إزالة البلازما أو المؤشرات الحيوية لأمراض الكلى والمجهدة للحيوان، مرهقة وللباحثين تستغرق وقتا طويلا. لذلك، كانت قياسات متتابعة في نفس الحيوان ليمited من رفاهية الحيوانات وأسباب منهجية. وثبت استنساخ داخل الحيوان من قياس عبر الجلد 13 يجعلها الأسلوب الأمثل للكشف عن تغيرات في وظائف الكلى بسبب تطور المرض أو الشيخوخة. لنفس السبب، كما يمكن أن يكون مفيدا للغاية لدراسة فعالية المناهج العلاجية.
اثنين من الخطوات الحاسمة لنجاح تطبيق هذه التكنولوجيا هي تثبيت الجهاز البصري على الحيوان والإدارة الصحيحة للعلامة. يجب أن يكون الجهاز ثابتة بشكل مناسب لتجنب القطع الأثرية الحركة. لهذا الغرض، ومنع الحجز ومفرزة من التصحيح لاصقة على الوجهين أمر بالغ الأهمية لأنها يمكن أن تؤدي إلى فقدان خصائصه لاصق وفي نهاية المطاف إلى تثبيت غير مناسب على الحيوان. كما ورد في البروتوكول، تجميد وحماية الجهاز البصري من خلال تغطية ذلك مع شريط لاصق هو نهج فعال لضمان ADEQUATه التثبيت. عند تنفيذ FITC-sinistrin حقن البلعة من الأهمية بمكان لإدارة كل مادة عن طريق الوريد وليس تحت الجلد. الافراج عن علامة في الأنسجة تحت الجلد يمكن التعرف عليها بسهولة من قبل عصابة الصفراء تحلق ذيل الحيوان التي تنتجها اللون FITC-sinistrin نفسه. وحقن تحت الجلد يظهر عادة ما منحنى تملق ولفترة طويلة وقت علامة الإفراز. الحد الممكن من هذا الأسلوب هو أكثر صلة لعلامة تستخدم من مع التكنولوجيا في حد ذاتها. وعندما تكون موجودة في جلد حيوان ذمة، لن أوصى التقييم عبر الجلد وظيفة الكلى، كما أن هناك حجرة إضافية التي يمكن أن تغير ديناميات إفراز FITC-sinistrin. وبالمثل، يمكن أن الجلد المصطبغ تحد من استخدام هذه التقنية نظرا لتداخل الإثارة وانبعاث أطياف FITC-sinistrin والميلانين. ومع ذلك، في الحيوانات مع تصبغ الجلد في البقع، ويتم حل المشكلة عن طريق وضع البصريةجزء من الجهاز في منطقة unpigmented.
ومن الممكن تعديل الجوانب المختلفة للتقييم عبر الجلد وظيفة الكلى من أجل التكيف مع الإجراء لمختلف أنواع الحيوانات و / أو النهج. على سبيل المثال، والجرعة الموصى بها FITC-sinistrin أو طول قياس يمكن تعديلها حسب الهدف من التجربة فضلا عن الأنواع المختلفة أو النماذج الحيوانية. وقد تم بالفعل تأكدت هذه القدرة على التكيف من الطريقة التي التطبيق الناجح في أنواع مختلفة من القوارض وعدة أنواع من سلالات يعانون من ظروف صحية متنوعة. وبالإضافة إلى ذلك، تم التحقق من صحة التقييم عبر الجلد وظيفة الكلى مؤخرا في الكلاب والقطط 12 مع نتائج ممتازة. نظرا للاختلافات لا شك بين هذه الحيوانات والقوارض، تحدد هذه الدراسة الجرعة المناسبة من FITC-sinistrin على حد سواء، والكلاب والقطط، وإنه أجرى قتا أطول بكثير قياس، 4 ساعات بدلا من ساعة 1 أو 2 استخدامد في القوارض.
معا، واستخدام هذه التقنية يمكن أن تساعدنا على الحصول على رؤى أكثر دقة في علاج امراض الكلى، بما في ذلك فهم أفضل لتطور المرض الكلوي وتأثير العلاج. خصائص التقييم عبر الجلد وظيفة الكلى يضعه كتقنية مناسبة ليتم تطبيقها في المجالات الطبية البشرية والبيطرية في المستقبل، وينبغي النظر فيها باعتبارها تكنولوجيا واعدة لتحل محل الطرق التقليدية.
NG حاصل على براءة اختراع على إنتاج FITC-sinistrin.
ZHP was supported by the Marie-Curie project: NephroTools.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NIC-Kidney device | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Software, batteries and chargers are provided together with the device/s. Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
FITC-sinistrin | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
Double-sided adhesive patch | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
Isis Rodent electric shaver | Braun Aesculap | GT420 | |
Isoflurane | Abbott GmbH | PZN4831850 | |
Leukosilk adhesive tape | BSN medical | 102200 | |
Tubular elastic gauze bandage | MaiMed Medical GmbH | 73012 | There are different sizes available. Size 1 is recommended for mice. |
Veet depilation cream | Reckitt Benckiser | PZN7768307 | Sensitive skin formulation is recommended as is more gentle with the skin of the animals |
Micro USB cable | Samsung | APCBU10BBE | |
Deltajonin Physiologic solution | AlleMan Pharma GmbH | 3366954 | Alternatively, it can be used saline or PBS |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved