We thank Fred Roberts for exemplary technical support. We thank Brigham Women&#8217;s Hospital Cardiovascular Physiology Core for providing with the instrumentation and the funds for this work. This work was supported in part by NHLBI grants HL093148, HL086967, and Departmental Funds from (SUNDRY).

アメリカ獣医師会（AVMA）のガイドラインおよび承認された施設内動物管理使用委員会（IACUC）プロトコルを使用してに従い、チャールズ・リバー・ラボラトリーズから購入した雄のSprague Dawleyラットのすべての手順を実行します。 1.動物の準備および外科的処置<ol><li>任意の実験手順の前に1週間のすべての動物を順応させます。 </li><li>イソフルランを用いて動物を麻酔（2-3％が誘導する、および1.0％を維持するために）と乾燥、刺激や潰瘍を防ぐために、両眼に眼軟膏を適用します。 </li><li> ＃40ブレードと、必要に応じて脱毛クリームを使用して、動物の胸から髪を削除します。我々は腹側の撮影を行い、得られた良好な画像データを持つことができない場合は、動物の背中の形の髪を削除する必要があります。 </li></ol> 2.腎毒性ラットモデル<ol><li>シスプラチン誘発腎毒性モデルでは、プロトコルAを使用して、シスプラチンを投与Sは、前述の図15に </li><li>ベースライン、24時間シスプラチンの投与前（0日目）で超音波検査を行います。 （ステップ3を参照してください、イメージングプロトコル） </li><li>ラットをランダム（n = 6）が2グループに。 1日目に、（腹腔内に試験群と生理食塩水で、シスプラチン、動物の体重により計算（10 mg / mlで）（10mg / kgの体重、単一用量の腎毒性誘導）、注入量（1ミリリットル/ Kg体重））を投与します対照群ではNS）。 </li><li> 24でステップ1.2、48、72、96、120、シスプラチン投与後144時間などの動物を麻酔。 </li><li>動物の安定した麻酔段下（材料および装置表を参照してください）​​、高解像度の超音波システムを使用して画像を取ります。完全な回復を介して麻酔導入から撮像中に動物の基本的な生理機能を監視し続けます。 </li><li>ラット-温度：35.9から37.5、呼吸数：66から144 /分、心拍数：250から600 /分イメージング手順の間に動物のバイタルサインを監視します。提案研究で読んで最適なバイタルサインは、次のとおりです。温度：36.5から37.0、呼吸速度：80-100 /分、心拍数：450〜550 /分。 注：使用する静脈内輸液、加熱ランプは、手術や麻酔の影響を最小限に抑えるために、動物の正常な生理学的状態を維持します。必要に応じて、手順の間に人工呼吸器で呼吸を補助します。しかし、機械換気はほとんどこの実験では必要ありません。 </li></ol> 3.イメージングプロトコル注：超音波マシンプロバイダが長い撮像手順のために加熱されたプラットフォームを提供します。それだけで5〜15分かかりますのでしかし、我々は我々の実証実験で加熱されたプラットフォームを使用しないでください。その生理学制御スイッチに接続された直腸温度計で監視され、体温のために制御されます。 <ol><li>腎臓の横断画像（Bモード）： <ol><li> 21メガヘルツの中心周波数とMS 250超音波を使用して接続しますアクティブ・ポートへのedは、「一般的なイメージング」へのアプリケーションのプリセットを設定します。 </li><li>プラットフォーム上の動物仰臥位と、レールシステムを使用して、21 MHzの超音波プローブを配置し、動物上の正中線と大動脈を隔離します。この位置では、プローブの角度は、左胸骨傍線（横軸）に対して90度（ 図1A、B）です。 </li><li>この位置からプローブは、腎動脈のレベルに今あるように、動物とのプラットフォームをスライド（左または右のいずれかの時の画像1缶）。 </li><li>マイクロマニピュレーターを使用して、右または左腎動脈のいずれかを表示します。 </li><li>画面中央の完全な腎臓ビューを取得するために、プローブのy軸に沿ってわずかに傾けることによって、プローブの角度を調整します。 </li><li> 図1CおよびD、シネストア用いたプローブで許可される最高フレームレートを使用して画像に示すように、適切なランドマーク（腎盂、腎動脈）が識別されると。 </l私&gt; </ol></li><li>腎臓の横断画像（カラードップラービュー）： <ol><li>キーボード上のカラードップラーキーを使用して、カラードップラー音響窓をオンにします。これは、腎動脈と腎静脈（ 図1D）を単離するのに役立ちます。 （ブルー色は、動脈の流れを示し、赤色は、静脈の流れを示しています）。 </li><li> （Y軸上と黄色の矢印で示される）、焦点深度が腎臓の中心にあることを確認してください。シネストアとデータを記録します。 </li><li>可能な限り最高の可能なフレームレートでの記録がデータ（&gt; 200フレーム/秒）を確認してください。 </li></ol></li><li>腎臓の横断画像（パルス波またはPWビュー）： <ol><li>カラードップラーモードでは、画面（ 図1F）上の黄色のインジケータライン（パルス波ドプラサンプルボリューム）を起動する一方で、PW]キーをクリックします。 </li><li> PW角キーを使用して血管を通る流れの方向に平行な角度で、腎動脈内の黄色の線を配置します。 </li><li&gt;は、フロー評価のために右腎動脈で、流れの方向で腎動脈に沿ってPW黄色のインジケータラインを配置する（これは図1 のDとEに青色で示されている）ドップラー角が60度以下である保証します。 </li><li>このモードでは、アコースティックウィンドウは上部および下部のセクションに分割されます。 </li><li>ピーク収縮期および拡張期における動脈流の速度を示す波形の画像をキャプチャするためにシネ・ストアを使用します。 </li></ol></li></ol>イメージングの後4.動物の取り扱い<ol><li> 0日目から5日目に、イメージング後に胸骨横臥位の位置に（寝具に清潔なペーパータオルで）きれいなリカバリ領域に動物を配置します。私たちは動物等の積極的な動物のための「テール・ホールディング」方法で細心の注意を払ってすべての動物を扱うことに注意してください麻酔から回復します。 </li><li>麻酔リカバリ時に、外部ょんで動物の体温を保ちますトン源と動物が麻酔から完全に回復するまでの電気生理学的プローブを用いて、動物のバイタルサインを監視します。 </li><li>彼らは、アラートとアクティブであるときに戻り、施設の収容室に動物を回復しました。 </li><li> 6日目、収穫腎臓に制度ガイドラインに従ってすべてのラットを安楽死させるステップ4.5と同様、組織学的評価のため（ステップ4.7を参照してください）​​。 </li><li>腎機能をチェックするためにクレアチニン検査のために代謝ケージに取り付けられた採取管から動物の尿を収集します。 </li><li>動物の腎臓のパラフィン切片を行い、かつ腎毒性を（詳細はステップ4.7を参照）をチェックする染色HE（ヘマトキシリン​​およびエオシン）を行います。 </li><li>動物を犠牲にし、左心室を介して10％緩衝ホルマリン固定、続いて0.9％NaCl溶液で放血。 0.9％NaCl溶液で放血した後、組織学的評価の16のために、ラットの腎臓を削除します。 <ol><li>パラフィンは、腎臓のモルフォリンを観察するために6 mmのセクションを埋め込みます術や腎毒性。 4ºCで48時間、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）中の30％スクロース中の腎組織を脱水。そして、4ºCで24〜48時間、10％緩衝ホルマリン中でセクションを修正します。 </li><li>次に、パラフィンに腎臓組織を埋め込み、切片化するまで室温で組織パラフィンブロックを格納します。さらに、セクション組織ブロックパラフィン切片機を使用し、コーティングされたガラススライド上にセクションを配置。 </li><li>セクションをDeparrafinizeし、再水和し、3分間エオシン続いて10分間ヘマトキシリン​​で染色しました。スライド上のセクションをマウントし、それらは、げっ歯類病理学者によって評価しました。 </li></ol></li></ol> 5.データの計算と分析<ol><li>ステップ3.2から得られたカラードプラ画像から腎動脈ピーク速度を計算します。収縮期および拡張期速度のピークを追跡する速度の時間積分（VTI）ツールを選択します。 </li><li> equatioを使用して計算抵抗指数（RI）と脈動指数（PI）以下のナノ秒。 RI =（ピーク収縮期速度、拡張末期速度）/ピーク収縮期速度 PI =（ピーク収縮期速度エンド拡張期速度）/速度を意味します。 </li><li> 3サイクルの測定値の平均からの標準偏差とRIとPI結果の統計解析を実行します。他の標準的なパラメータについては、（材料および装置表を参照してください）​​独自のソフトウェアを使用してデータ分析を実行するには、メーカーからのマニュアルを参照してください。 </li></ol>

<ol>
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著者らは、開示することは何もありません。

過去10年間で、多くの進歩は、高品質、感度、および精度で超音波検査データを提供し、高周波数機械的プローブの開発を含む超音波検査技術で発生しています。これらのプローブは、したがって、それは、このようなラットやマウス18などの小動物を研究するための強力なツールとして機能することができ、5〜12ミリメートル、高フレームレート（より大きい200フレーム/秒）の侵入深さで約50μmの距離分解能を提供することができます19。さらに、それはまた、生理的レベルでのバイタルサインで軽く鎮静さや意識のある動物に超音波診断画像を収集することができます。また、この非侵襲的な様式は、動物19を犠牲にすることなく、疾患の進行の間の構造的および機能的変化の長手方向の評価を実行するための機会を提供します。 1959年、博士。ラッセルとブラシは、最初awarを上げるために3つの「R」ルール（交換、削減、および洗練を）説明しました研究における動物の使用における倫理的問題のeness。提案されたプロトコルはNephorotoxicityの研究では、少なくとも痛み、苦しみや苦痛の下で動物の最小数を利用することができ、非侵襲的な小動物超音波検査ことを初めて示しています。従って、実験動物のための3つの「R」のルールを満たすために潜在的に有効な様式です。 多くの超音波検査の研究では、心臓用途に焦点を当ててきました。腎機能の評価は、多くの場合、心臓の状態ではなく、腎臓20-25の直接の研究の測定から導出されました。私たちは、リアルタイムでの腎臓における解剖学的および機能的変化を可視化するイメージングの方法論を確立しています。私たちは、腎臓ビューのための特異的な相補音響窓、グレースケール/ Bモードとカラードップラー、事前選択セットを使用しました。私たちは、これらの指標とシスプラチン誘発毒性モデルにおける腎機能の変化との関係を評価するために、RIとPI指数を使用しました。 <p class=以下のように「jove_contentは &quot;&gt;しかし、提案された撮像法にはいくつかの課題や制限があります：1）適切な麻酔薬の選択と麻酔の程度は、心臓や呼吸器の安定性のために重要です。 （呼吸と心拍数変動を含む）一貫性のない生理現象は、腎動脈の流れ、イメージングおよび腎機能評価の品質に影響を与えます。私たちは、イメージングおよび腎機能評価の際に適切な正常な生理学的機能を確保するために私たちのバックアップ麻酔薬として、ペントバルビタール（50 mg / kg体重、腹腔内）、IACUCは注射用麻酔薬を承認し使用します。胸毛の存在が超音波検査画像の品質に影響を与える2）脱毛は、重要なステップです。 3）腎臓の超音波検査は、訓練を受けたオペレータにとって比較的簡単ですが、平均演算子のために、個々の動物のユニークな解剖学的構造に技術を適応し、マイナーな操作を行うことが重要です。 4）ラットのサイズがかなり大きい場合（3上50グラム）、低周波プローブ（この研究で使用されるよりも少ない21メガヘルツ）は、最適な撮像のために必要とされ得ます。イメージングシステムの提案操作の前にトレーニングコースを受講するのが賢明かもしれません。 提案された超音波検査方法論と派生プロトコルを使用して、薬物誘発性腎毒性の検出における新規性は、腎障害が発生した場合の血行動態変化のその早期のロバストな検出です。結果は、実際には腎内血管の血行動態の変化が上昇SCRに先行していることを示しています。これらのデータは、組織学的分析を用いた従来のゴールドスタンダードをベンチマークと小動物の超音波検査は、動物使用の最小要件があり、非侵襲的に敏感、かつ再現性のモダリティ、であることを実証されています。従って、ラットモデルを使用して、薬物誘発性腎毒性の早期発見のための有効なツールです。

血清クレアチニン（SCR）は二十年以上のために腎機能を評価するためのゴールドスタンダードメトリックとなっています。最近、多くの研究は、腎傷害がはるかに早くSCR 1の変化よりも起こることを報告しています。しかし、初期の薬剤誘発性腎毒性を含む腎障害の過程で発生する血行動態変化の検出のための堅牢な方法はありません。 薬剤誘発性急性腎血行動態不全は腎組織の損傷および腎不全の2,3へのさらなる進行につながります。過去数十年では、研究では、コンピュータ断層撮影（CAT）、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）や超音波検査などのイメージングツールは、血行動態の評価4における役割を果たしていることを示しています。現在のイメージングツール、カラードップラー技術と結合されたグレースケールの超音波検査では、最も一般的に腎臓3,5,6の解剖学的状態を確立し、評価するために使用されています。サリバンら。らとBonnin個ら。アル。最近、超音波検査は、血管収縮および低酸素ストレス動物モデル7,8における分析血行動態の変化で、効果的で強力かつ非侵襲的なツールであることを報告しました。この技術は、一般に動脈狭窄9,10を検出するために使用されます。 高解像度超音波イメージングの分野における最新の技術的進歩は、 インビボ 11 において 、研究者らは、高周波（25~80メガヘルツ）と高解像度（&lt;0.03ミリメートルの分解能）プローブを使用して、心血管毒性に対処するために許可されています。私たちは、腎臓を研究するために、この高解像度の超音波検査を使用すると、腎毒性の早期発見のための非侵襲的かつ高感度な方法のための前例のない機会を提供すると仮定しました。 シスプラチンは、他の薬剤と組み合わせ12-14に精巣、卵巣、膀胱、頭部、肺、頸部癌を治療するために使用されます。シスプラチン起因Pの細胞の壊死によく文書腎毒性を持っていましたroximal細管（PT）および集合管は、血中尿素窒素（BUN）およびSCR 15の上昇をもたらしました。ここで、我々は腎毒性を誘発薬剤（シスプラチン）のラットモデルを使用して、腎機能障害を特徴づけるために、非侵襲性腎超音波検査を使用しての詳細なステップバイステップの方法論を提供します。

&#160;
<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Depilatory cream</td>
			<td>Miltex, Inc.</td>
			<td>Surgi-Prep</td>
			<td>Apply 24 hours prior to imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cis-Diamineplatinum(II) dichloride</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>479306</td>
			<td>To induce acute kidney injury at small animals.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Baxter International Inc.</td>
			<td>NDC 10019-773-40</td>
			<td>2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td colspan="2">Table of equipments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Material Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Frequency Ultrasound</td>
			<td>FUJIFILM VisualSonics, Inc.</td>
			<td>Vevo 2100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="3">High-frequency Mechanical Transducer</td>
			<td rowspan="3">FUJIFILM VisualSonics, Inc.</td>
			<td rowspan="3">MS250, MS550D, MS400</td>
			<td rowspan="3"></td>
		</tr>
		<tr>
		</tr>
		<tr>
		</tr>
	</tbody>
</table>

early detection of drug-induced renal hemodynamic dysfunction using sonographic technology in rats

腎臓は通常、血行動態の恒常性を維持するために機能し、薬物毒性による損傷の主要な部位です。薬剤誘発性腎毒性は、重篤患者における急性腎障害（AKI）のすべての臨床例19〜25％に寄与すると推定されます。 AKIの検出は、歴史的に腎機能障害の初期段階における腎毒性の完全な評価で明らかに不十分であるような血清クレアチニン（SCR）または血中尿素窒素（BUN）などの指標に依存してきました。現在、そのような変更は、実際に血清バイオマーカーレベルの上昇に先行するかもしれないが、正確にAKIの初期段階で血行動態の変化を検出するための何の堅牢な診断方法はありません。このような早期発見は、臨床医が正確な診断を行い、治療戦略のための意思決定にで助けることができます。ラットは、AKIを誘導するためにシスプラチンで処理しました。腎毒性は、高周波超音波検査、SCRの測定を使用して、6日間との病理組織学的検査時に評価しました腎臓。 2Dとカラードップラー画像を使用して血行動態評価は超音波検査を用いて、連続したラットにおける腎毒性を研究するために使用しました。我々のデータは、組織学的検査によって成体ラットで成功した薬剤誘発性腎障害を示しました。 AKIのカラードップラー超音波検査ベースの評価は、抵抗性指数（RI）と拍動指数（PI）は治療群で増加したことが示されました。そして、ピーク収縮期速度（ミリメートル/秒）、拡張末期速度（ミリメートル/秒）と速度・時間積分（VTI、mm）を同じグループに腎動脈に減少しました。重要なことには、超音波検査により評価し、これらの血行動態の変化は、SCRレベルの上昇に先行しました。このようなRIやPIなどソノグラフィベースのインデックスは、このようにげっ歯類の減少、腎機能の有用な予測マーカーであることができます。 AKIを受けたラットの腎臓における当社の超音波検査ベースの観測から、我々はこれらの非侵襲的血行動態測定は早期の腎機能障害を検出する際に、正確な高感度かつ堅牢な方法として考えることができることを示しました。 T彼の研究は、研究における動物使用に関連する倫​​理的問題の重要性を強調しています。

この研究で提示される画像は、単一のオペレータによって採取しました。すべての画像は（材料および装置表を参照してください）​​高周波超音波機器を用いて収集しました。全てのイメージングデータを単一の研究者によって分析されました。結果は、シスプラチンで処置した動物は、0.5から6日目（ 図2A）で2.1（正常範囲&lt;1.1）の範囲のSCRを有することを示しました。生理食塩水処置した動物と比較した場合しかし、組織学的研究は、急性尿細管間質性損傷の一貫したパ​​ターンを示しました。 脈のPARVUS形態はCisplain処理後6日目に動物で検出された腎臓の血行動態の変化を測定するために、高解像度超音波イメージングを使用して、データが、0日目と6日目の間のNSで処置した動物における形態の変化がなかったことを示しました。通常のRIとPIの上限値は、ラット17において、それぞれ、0.7及び1.15です。血行動態を評価するために上記の指標を用いて、<html> 6日目にシスプラチン処置動物におけるRIとPIの有意な増加があることを実証した腎臓の変化。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig1.jpg" /> ラットにおける腎臓の画像を検出するための図1の超音波装置の設定をラット腎臓超音波検査画像の操作時動物段階（A）及びイメージングプローブ位置（B）の設定を有する撮像システムのグラフィカルなイラスト。高周波、高解像度の超音波システムを使用して、ラット腎臓から得られたサンプル超音波診断画像（素材andand機器の表を参照のこと）。 （CF）。データはさらに、血行動態パラメータの測定および分析のための十分な情報と腎血管に明らか腎臓の解剖学的構造と血流を示します。09fig1large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig2.jpg" /> 図2. 組織学およびシスプラチンの治療中のラットの腎臓超音波検査画像。血清クレアチニン（SCR）と組織学の研究では、シスプラチン処理したラット（A、B）でビヒクル処置ラットと重度の近位尿細管腎障害（黄色の矢印）での正常な腎臓組織を提示します。 SCRは、シスプラチン処理後にわずかに増加したが、正常範囲（&lt;1.1）内に留まりました。車両及びシスプラチン処置したラット（C）上の超音波検査0日目、3でカラードップラーモードにおけるラットの右腎の画像、および6;血行動態パラメータ、RI及びPIは、カラードップラー超音波（D、E）により評価し、増加に有意でした。通常のRIの上限は0.7とPIのために1.15です。重要なのは、トンデータ上記の彼はそれらの血行動態の変化はSCRの立ち上がりに先行示します。脈波速度の測定は、組織学の研究結果と相関シスプラチン処理後遅く、弱いパルス（脈のPARVUS記号、黄色い丸）を示します。この現象は、腎動脈狭窄、閉塞、さらに腎機能障害を示します。組織学的データは、成功した薬剤誘発近位尿細管腎臓損傷を示し、超音波検査の評価は、カラードップラー技術を使用して、RI、PIおよび脈波伝播速度の有意な変化を示しました。 N = 3、*はp &lt;0.05。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52409/52409fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="表1" src="/files/ftp_upload/52409/52409table1.jpg" /> 薬剤誘発AKI 表 1. 腎血行動態パラメータ

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Early Detection of Drug-Induced Renal Hemodynamic Dysfunction Using Sonographic Technology in Rats

Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model.

ラットにおける超音波検査技術を用いた薬剤誘発性腎血行動態機能障害の早期発見

The kidney normally functions to maintain hemodynamic homeostasis and is a major site of damage caused by drug toxicity. Drug-induced nephrotoxicity is ...

early-detection-drug-induced-renal-hemodynamic-dysfunction-using

Research

JoVE Journal

Medicine

11.9K ビュー.  Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School. Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model. 

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Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for Cancer Therapy Monitoring

In molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI) are two of the most important and thus most widely used modalities1-3. PET is characterized by its excellent sensitivity and quantification ability while OI is notable for non-radiation, relative low cost, short scanning time, high throughput, and wide availability to basic researchers. However, both modalities have their shortcomings as well. PET suffers from poor spatial resolution and high cost, while OI is mostly limited to preclinical applications because of its limited tissue penetration along with prominent scattering optical signals through the thickness of living tissues.
 Recently a bridge between PET and OI has emerged with the discovery of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI)4-6. CLI is a new imaging modality that harnesses Cerenkov Radiation (CR) to image radionuclides with OI instruments. Russian Nobel laureate Alekseyevich Cerenkov and his colleagues originally discovered CR in 1934. It is a form of electromagnetic radiation emitted when a charged particle travels at a superluminal speed in a dielectric medium7,8. The charged particle, whether positron or electron, perturbs the electromagnetic field of the medium by displacing the electrons in its atoms. After passing of the disruption photons are emitted as the displaced electrons return to the ground state. For instance, one 18F decay was estimated to produce an average of 3 photons in water5. 
 Since its emergence, CLI has been investigated for its use in a variety of preclinical applications including in vivo tumor imaging, reporter gene imaging, radiotracer development, multimodality imaging, among others4,5,9,10,11. The most important reason why CLI has enjoyed much success so far is that this new technology takes advantage of the low cost and wide availability of OI to image radionuclides, which used to be imaged only by more expensive and less available nuclear imaging modalities such as PET.
 Here, we present the method of using CLI to monitor cancer drug therapy. Our group has recently investigated this new application and validated its feasibility by a proof-of-concept study12. We demonstrated that CLI and PET exhibited excellent correlations across different tumor xenografts and imaging probes. This is consistent with the overarching principle of CR that CLI essentially visualizes the same radionuclides as PET. We selected Bevacizumab (Avastin; Genentech/Roche) as our therapeutic agent because it is a well-known angiogenesis inhibitor13,14. Maturation of this technology in the near future can be envisioned to have a significant impact on preclinical drug development, screening, as well as therapy monitoring of patients receiving treatments.

Cerenkov Luminescence Imaging CLI for Cancer Therapy Monitoring

Use of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for monitoring preclinical cancer treatment is described here. This method takes advantage of Cerenkov Radiation (CR) and optical imaging (OI) to visualize radiolabeled probes and thus provides an alternative to PET in preclinical therapeutic monitoring and drug screening.

がん治療のモニタリングのためのチェレンコフ発光イメージング（CLI）

In  molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI)  are two of the most important and thus most widely used modalities1-3. ...

医学

Using Continuous Data Tracking Technology to Study Exercise Adherence in Pulmonary Rehabilitation

Pulmonary rehabilitation (PR) is an important component in the management of respiratory diseases. The effectiveness of PR is dependent upon adherence to exercise training recommendations. The study of exercise adherence is thus a key step towards the optimization of PR programs. To date, mostly indirect measures, such as rates of participation, completion, and attendance, have been used to determine adherence to PR. The purpose of the present protocol is to describe how continuous data tracking technology can be used to measure adherence to a prescribed aerobic training intensity on a second-by-second basis.
In our investigations, adherence has been defined as the percent time spent within a specified target heart rate range. As such, using a combination of hardware and software, heart rate is measured, tracked, and recorded during cycling second-by-second for each participant, for each exercise session. Using statistical software, the data is subsequently extracted and analyzed. The same protocol can be applied to determine adherence to other measures of exercise intensity, such as time spent at a specified wattage, level, or speed on the cycle ergometer. Furthermore, the hardware and software is also available to measure adherence to other modes of training, such as the treadmill, elliptical, stepper, and arm ergometer. The present protocol, therefore, has a vast applicability to directly measure adherence to aerobic exercise.

Pulmonary rehabilitation is widely recognized in the management of respiratory diseases. A key component to successful pulmonary rehabilitation is adherence to the recommended exercise training. The purpose of the present protocol is to describe how continuous data tracking technology can be used to precisely measure adherence to a prescribed aerobic training intensity.

呼吸リハビリテーションに運動アドヒアランスを研究する継続的なデータ追跡技術を使用して

Pulmonary rehabilitation (PR) is an important component in the management of respiratory diseases. The effectiveness of PR is dependent upon adherence to ...

Monitoring of Systemic and Hepatic Hemodynamic Parameters in Mice

The use of mouse models in experimental research is of enormous importance for the study of hepatic physiology and pathophysiological disturbances. However, due to the small size of the mouse, technical details of the intraoperative monitoring procedure suitable for the mouse were rarely described. Previously we have reported a monitoring procedure to obtain hemodynamic parameters for rats. Now, we adapted the procedure to acquire systemic and hepatic hemodynamic parameters in mice, a species ten-fold smaller than rats. This film demonstrates the instrumentation of the animals as well as the data acquisition process needed to assess systemic and hepatic hemodynamics in mice. Vital parameters, including body temperature, respiratory&#160;rate&#160;and heart&#160;rate were recorded throughout the whole procedure. Systemic hemodynamic parameters consist of carotid artery pressure (CAP) and central venous pressure (CVP). Hepatic perfusion parameters include portal vein pressure (PVP), portal flow rate as well as the flow rate of the common hepatic artery (table 1). Instrumentation and data acquisition to record the normal values was completed within 1.5 h. Systemic and hepatic hemodynamic parameters remained within normal ranges during this procedure.
This procedure is challenging but feasible. We have already applied this procedure to assess hepatic hemodynamics in normal mice as well as during 70% partial hepatectomy and in liver lobe clamping experiments. Mean PVP after resection (n= 20), was 11.41&#177;2.94 cmH2O which was significantly higher (P&#60;0.05) than before resection (6.87&#177;2.39 cmH2O). The results of liver lobe clamping experiment indicated that this monitoring procedure is sensitive and suitable for detecting small changes in portal pressure and portal flow rate. In conclusion, this procedure is reliable in the hands of an experienced micro-surgeon but should be limited to experiments where mice are absolutely needed.

This film demonstrates how to acquire systemic and hepatic hemodynamics in mice. The whole monitoring includes acquisition of vital parameters, systemic blood pressure, central venous pressure, common hepatic artery flow rate, and portal vein pressure as well as the portal flow rate in mice.

マウスにおける全身および肝血行動態パラメータの監視

The use of mouse models in experimental research is of enormous importance for the study of hepatic physiology and pathophysiological disturbances. ...

Invasive Hemodynamic Characterization of the Portal-hypertensive Syndrome in Cirrhotic Rats

This is a detailed protocol describing invasive hemodynamic measurements in cirrhotic rats for the characterization of portal hypertensive syndrome. Portal hypertension (PHT) due to cirrhosis is responsible for the most severe complications in patients with liver disease. The full picture of the portal hypertensive syndrome is characterized by increased portal pressure (PP) due to the increased intrahepatic vascular resistance (IHVR), hyperdynamic circulation, and increased splanchnic blood flow. Progressive splanchnic arterial vasodilation and increased cardiac output with elevated heart rate (HR) but low arterial pressure characterizes the portal hypertensive syndrome.
Novel therapies are currently being developed that aim to decrease PP by either targeting IHVR or increased splanchnic blood flow &#8212; but side effects on systemic hemodynamics may occur. Thus, a detailed characterization of portal venous, splanchnic, and systemic hemodynamic parameters, including measurement of PP, portal venous blood flow (PVBF), mesenteric arterial blood flow, mean arterial pressure (MAP), and HR is needed for preclinical evaluation of the efficacy of novel treatments for PHT. Our video article provides the reader with a structured protocol for performing invasive hemodynamic measurements in cirrhotic rats. In particular, we describe the catheterization of the femoral artery and the portal vein via an ileocolic vein and the measurement of portal venous and splanchnic blood flow via perivascular Doppler-ultrasound flow probes. Representative results of different rat models of PHT are shown.

Here we describe a detailed protocol for invasive measurements of hemodynamic parameters including portal pressure, splanchnic blood flow, and systemic hemodynamics in order to characterize the portal hypertensive syndrome in rats.

肝硬変ラットにおけるポータル高血圧症侵襲血行動態評価

This is a detailed protocol describing invasive hemodynamic measurements in cirrhotic rats for the characterization of portal hypertensive syndrome. ...

Assessment of Kidney Function in Mouse Models of Glomerular Disease

The use of murine models to mimic human kidney disease is becoming increasingly common. Our research is focused on the assessment of glomerular function in diabetic nephropathy and podocyte-specific VEGF-A knock-out mice; therefore, this protocol describes the full kidney work-up used in our lab to assess these mouse models of glomerular disease, enabling a vast amount of information regarding kidney and glomerular function to be obtained from a single mouse. In comparison to alternative methods presented in the literature to assess glomerular function, the use of the method outlined in this paper enables the glomerular phenotype to be fully evaluated from multiple aspects. By using this method, the researcher can determine the kidney phenotype of the model and assess the mechanism as to why the phenotype develops. This vital information on the mechanism of disease is required when examining potential therapeutic avenues in these models. The methods allow for detailed functional assessment of the glomerular filtration barrier through measurement of the urinary albumin creatinine ratio and individual glomerular water permeability, as well as both structural and ultra-structural examination using the Periodic Acid Schiff stain and electron microscopy. Furthermore, analysis of the genes dysregulated at the mRNA and protein level enables mechanistic analysis of glomerular function. This protocol outlines the generic but adaptable methods that can be applied to all mouse models of glomerular disease.

This protocol describes a full kidney work-up that should be carried out in mouse models of glomerular disease. The methods allow for detailed functional, structural, and mechanistic analysis of glomerular function, which can be applied to all mouse models of glomerular disease.

糸球体疾患のマウス ・ モデルにおける腎機能の評価

The use of murine models to mimic human kidney disease is becoming increasingly common. Our research is focused on the assessment of glomerular function ...

Incorporation of a Survivable Liver Biopsy Procedure in Mice to Assess Non-alcoholic Steatohepatitis (NASH) Resolution

Clinical trials assessing therapies for the treatment of non-alcoholic steatohepatitis (NASH) involve a baseline and end of study liver biopsy, and assessment of improvement in disease endpoints, often reflected as a percent of each treatment arm that improved, worsened or remained unchanged. Traditional preclinical rodent studies for putative NASH therapies are often limited by not knowing the level of liver disease/NASH present at the start of therapeutic intervention, instead of randomizing treatment groups on easily measurable endpoints such as body weight, metabolic status or similar. Here, we describe a liver biopsy technique in a diet-induced NASH mouse model, for the assessment of baseline liver disease in order to exclude mice that do not exhibit fibrosis and to equally distribute animals with similar fibrosis between treatment groups. These levels can then be compared to the terminal, post-intervention levels for a truer understanding of in vivo pharmacological effects and thus more accurately reflect clinical trial design strategies. The mouse is properly anesthetized and prepared for the surgery using sterile conditions. A small incision is made in the upper abdomen and the left lateral lobe of the liver is exposed. A wedge of the liver is surgically removed, and a similar-sized piece of absorbable gelatin is put in its place to stop any bleeding. The mouse is surgically sutured and stapled closed and will recover back to normal within 1 day. The entire process takes 5-10 min per mouse. Here we exemplify the utility of this procedure by leveraging the pre-study biopsy to assess the impact of the glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor agonist liraglutide on NASH endpoints in mice.

Incorporation of a Survivable Liver Biopsy Procedure in Mice to Assess Non-alcoholic Steatohepatitis NASH Resolution

In clinical settings, a liver biopsy is used to assess stages of non-alcoholic steatohepatitis (steatosis, inflammation, hepatocyte ballooning, and fibrosis). Here, we illustrate a survivable liver biopsy in mice which can be used for histological analyses to enable assessment of therapeutic agents in a manner more aligned with clinical trials.

非アルコール性脂肪性肝炎 (NASH) の解像度を評価するためにマウスで存続可能肝生検の手順の定款

Clinical trials assessing therapies for the treatment of non-alcoholic steatohepatitis (NASH) involve a baseline and end of study liver biopsy, and ...

An In Vitro Hemodynamic Loop Model to Investigate the Hemocytocompatibility and Host Cell Activation of Vascular Medical Devices

In this study, the hemocompatibility of tubes with an inner diameter of 5 mm made of polyvinyl chloride (PVC) and coated with different bioactive conjugates was compared to uncoated PVC tubes, latex tubes, and a stent for intravascular application that was placed inside the PVC tubes. Evaluation of hemocompatibility was done using an in vitro hemodynamic loop model that is recommended by the ISO standard 10993-4. The tubes were cut into segments of identical length and closed to form loops avoiding any gap at the splice, then filled with human blood and rotated in a water bath at 37 &#176;C for 3 hours. Thereafter, the blood inside the tubes was collected for the analysis of whole blood cell count, hemolysis (free plasma hemoglobin), complement system (sC5b-9), coagulation system (fibrinopeptide A), and leukocyte activation (polymorphonuclear elastase, tumor necrosis factor and interleukin-6). Host cell activation was determined for platelet activation, leukocyte integrin status and monocyte platelet aggregates using flow cytometry. The effect of inaccurate loop closure was examined with x-ray microtomography and scanning electron microscopy, that showed thrombus formation at the splice. Latex tubes showed the strongest activation of both plasma and cellular components of the blood, indicating a poor hemocompatibility, followed by the stent group and uncoated PVC tubes. The coated PVC tubes did not show a significant decrease in platelet activation status, but showed an increased in complement and coagulation cascade compared to uncoated PVC tubes. The loop model itself did not lead to the activation of cells or soluble factors, and the hemolysis level was low. Therefore, the presented in vitro hemodynamic loop model avoids excessive activation of blood components by mechanical forces and serves as a method to investigate in vitro interactions between donor blood and vascular medical devices.

Presented here is a protocol for a standardized in vitro hemodynamic loop model. This model allows to test the hemocompatibility of perfusion tubes or vascular stents to be in accordance with ISO (International Organization for Standardization) standard 10993-4.

血管医療機器の血球適合性と宿主細胞活性化を調べるインビトロ血球ループモデル

In this study, the hemocompatibility of tubes with an inner diameter of 5 mm made of polyvinyl chloride (PVC) and coated with different bioactive ...

Organ Ischemia-Reperfusion Injury by Simulating Hemodynamic Changes in Rat Liver Transplant Model

Orthotopic liver transplantation (OLT) in rats is a tried and proven animal model used for preoperative, intraoperative, and postoperative studies, including ischemia-reperfusion injury (IRI) of extrahepatic organs. This model requires numerous experiments and devices. The duration of anhepatic phase is closely related to the time to develop IRI after transplantation. In this experiment, we used hemodynamic changes to induce extrahepatic organ damage in rats and determined the maximum tolerance time. The time until the most severe organ injury varied for different organs. This method can easily be replicated and can also be used to study IRI of the extrahepatic organs after liver transplantation.

This paper provides a detailed description of how to build an animal model of the anhepatic phase (liver ischemia) in rats to facilitate basic research into ischemia-reperfusion injury after liver transplantation.

ラット肝移植モデルにおける血球力学的変化をシミュレートすることによる臓器虚血再灌流損傷

Orthotopic liver transplantation (OLT) in rats is a tried and proven animal model used for preoperative, intraoperative, and postoperative studies, ...

Direct Drug Delivery to Kidney via the Renal Artery

There is a need for directed injections to enable increased and specific renal exposure for efficient evaluation of drug targets in the renal research field. Accumulation of drugs in certain organs may give rise to adverse and unwanted effects, depending on the nature of injectate. To minimize spillover and/or accumulation in other tissues, the herein described method directs the formulation into the renal artery bloodstream by inserting a catheter in the infra renal aorta, just below where it branches into the renal artery, resulting in the kidney as first reached organ and distributing of formulation throughout the kidney.
This manuscript provides a detailed description of the method, as well as its challenges and difficulties. It guides the experimenter to become skillful with this type of microsurgery that requires accuracy under sterile conditions. Speed is crucial for minimizing the ischemia and practicing the procedure will increase the chance of successful injections without adverse effects. By modulating the time between injection and reperfusion as well as the injected volume, the risk of spillover to other organs is mitigated. 
Note that this technique is suitable for single dosing strategies.

This manuscript describes a method for targeted delivery to a single kidney via a catheter placed in the infrarenal abdominal aorta in the mouse.

腎動脈を介した腎臓への直接薬物送達

There is a need for directed injections to enable increased and specific renal exposure for efficient evaluation of drug targets in the renal research ...

Long-Term Continuous Measurement of Renal Blood Flow in Conscious Rats

The kidneys play a crucial role in maintaining the homeostasis of body fluids. The regulation of renal blood flow (RBF) is essential to the vital functions of filtration and metabolism in kidney function. Many acute studies have been carried out in anesthetized animals to measure RBF under various conditions to determine mechanisms responsible for the regulation of kidney perfusion. However, for technical reasons, it has not been possible to measure RBF continuously (24 h/day) in unrestrained unanesthetized rats over prolonged periods. These methods allow the continuous determination of RBF over many weeks while also simultaneously recording blood pressure (BP) with implanted catheters (fluid-filled or by telemetry). RBF monitoring is carried out with rats placed in a circular servo-controlled rat cage that enables the unrestrained movement of the rat throughout the study. At the same time, the tangling of cables from the flow probe and arterial catheters is prevented. Rats are first instrumented with an ultrasonic flow probe placement on the left renal artery and an arterial catheter implanted in the right femoral artery. These are routed subcutaneously to the nape of the neck, and connected to the flowmeter and pressure transducer, respectively, to measure RBF and BP. Following surgical implantation, rats are immediately placed in the cage to recover for at least one week and stabilize the ultrasonic probe recordings. Urine collection is also feasible in this system. The surgical and post-surgical procedures for continuous monitoring are demonstrated in this protocol.

The present protocol describes a long-term continuous measurement of renal blood flow in conscious rats and simultaneously recording blood pressure with implanted catheters (fluid-filled or by telemetry).