Использование ультра-высокой полевой МРТ малого грызунов Модели поликистоз почек для<em&gt; В Vivo</em&gt; Фенотипирование и медикаментов мониторинга

Резюме

The use of ultra-high field MRI as a non-invasive way to obtain phenotypic information of rodent models for polycystic kidney disease and to monitor interventions is described. Compared with the traditional histological approach, MRI images can be acquired in vivo, allowing for longitudinal follow-up.

Аннотация

Several in vivo pre-clinical studies in Polycystic Kidney Disease (PKD) utilize orthologous rodent models to identify and study the genetic and molecular mechanisms responsible for the disease, and are very convenient for rapid drug screening and testing of promising therapies. A limiting factor in these studies is often the lack of efficient non-invasive methods for sequentially analyzing the anatomical and functional changes in the kidney. Magnetic resonance imaging (MRI) is the current gold standard imaging technique to follow autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) patients, providing excellent soft tissue contrast and anatomic detail and allowing Total Kidney Volume (TKV) measurements.A major advantage of MRI in rodent models of PKD is the possibility for in vivo imaging allowing for longitudinal studies that use the same animal and therefore reducing the total number of animals required. In this manuscript, we will focus on using Ultra-high field (UHF) MRI to non-invasively acquire in vivo images of rodent models for PKD. The main goal of this work is to introduce the use of MRI as a tool for in vivo phenotypical characterization and drug monitoring in rodent models for PKD.

Введение

Поликистоз почек (ДОК) включает в себя группу моногенных заболеваний, характеризующихся развитием кист почек. Среди них аутосомно-доминантному поликистоз почек (ADPKD) и аутосомно-рецессивным-поликистоз почек (АРПКБП), которые представляют собой наиболее распространенные типы ^1,2. ADPKD, наиболее частая форма наследственных заболеваний почек кистозные, порождается мутаций в генах PKD1 или PKD2. Она характеризуется поздним началом, несколько двусторонних кист почек, сопровождающихся переменной экстра-кист почек, а также сердечно-сосудистых и мышечных скелетных аномалий. АРПКБП, большинство обычно влияющие новорожденных и детей младшего возраста, вызывается мутациями в PKHD1 и характеризуется увеличенными эхогенных почек и врожденные фиброза печени ^3.

Важно отметить, что ADPKD характеризуется неоднородностью, как в гене (генной) и мутации (аллельного) уровнях, что приводит к существенному рhenotypic изменчивость. Мутации в гене pKD1 связаны с тяжелой клинической картиной (многочисленные кисты, ранней диагностики, гипертонии, гематурии и), а также быстрый переход к терминальной стадии почечной болезни (20 лет раньше, чем у пациентов с мутациями PKD2) ^4. Тяжелая поликистоз печени (PLD) и сосудистые нарушения могут быть связаны с мутациями в обоих PKD1 и PKD2 ^5. Большинство почечных осложнений ADPKD возникают главным образом в результате расширения кисты вместе со связанными воспаления и фиброза. Развитие Киста начинает в утробе матери и продолжается в течение жизни пациента. Почки, как правило, поддерживать их почковидные формы, хотя они могли бы достичь более чем в 20 раз нормальный объем почек. Большая часть пациентов данного двустороннего распределения кист почек, но в некоторых исключительных случаях, киста может развиваться в одностороннем или асимметричным рисунком.

Основным ChallenGE для нефрологов следующие пациентов с ADPKD или реализации терапии является естественной истории болезни. В течение большей части его курса, функция почек остается нормальной и к тому времени, функция почек начинает снижаться, большинство из почек были заменены кист. При терапии осуществляется на более поздних стадиях, это менее вероятно, чтобы быть успешным, так как пациент может уже достигли точки невозврата в хронической болезни почек. В противоположность этому, при терапии начали на ранних стадиях, трудно определить ответ, основанный только на скорости клубочковой фильтрации. В результате, понятие объема почек в качестве маркера прогрессирования заболевания привлекли к себе внимание.

Консорциум по рентгенологическая картина исследований поликистозных заболевания почек (CRISP) исследования показали, что у пациентов с ADPKD увеличение объемов почек и кисты прямо коррелирует с ухудшением функции почек, подчеркивает потенциал общего объема почек (ТКВ), как вurrogate маркером прогрессирования заболевания ^6,7. Следовательно, TKV в настоящее время используется в качестве первичного или вторичного конечной точки в нескольких клинических испытаний ADPKD ^2,8,9.

Несколько мышиных моделей, включая спонтанные мутации и генной инженерии пролили свет на патогенез ДОК ^10,11. Модели pKD1 или PKD2 (мутации в любом pKD1 или PKD2) стали самыми популярными, так как они прекрасно имитируют человеческий болезнь. Кроме того, модели грызунов с мутациями в других, чем pKD1 или PKD2 генов генов были использованы в качестве экспериментальной платформы для выяснения путей, связанных с болезнью сигнализации. Кроме того, некоторые из этих моделей были использованы для тестирования потенциальных терапии. Тем не менее, ограничивающим фактором во многих исследованиях на грызунах для ДОК часто отсутствие эффективных неинвазивных методов последовательно проанализировать анатомические и функциональные изменения в почках.

Магнитный гesonance томография (МРТ) является методом визуализации тока золотой стандарт, чтобы следовать пациентов ADPKD, обеспечивая превосходную контрастность мягких тканей и анатомической детали, и позволяет измерения ТКВ. Даже если МРТ хорошо известны для анатомической визуализации в более крупных животных и человека, мелких грызунов изображений в естественных условиях влечет за собой дополнительные технические проблемы, где способность приобретать изображения с высоким разрешением могут ограничить свою полезность. С введением сверхвысокой области (УВЧ) МРТ (7-16.4 Т) и развитие сильных градиентов, теперь можно достичь выше сигнал-шум и пространственного разрешения изображений МРТ с диагностическим качеством, аналогичным получены у человека. Следовательно, использование UHF МРТ для визуализации в естественных условиях малых моделей грызунов на ДОК стал мощным инструментом для исследователей.

протокол

Перед началом любых процедур с живых животных, экспериментальные протоколы должны быть утверждены институциональной уходу и использованию животных комитета (IACUC).

1. Конфигурация сканера

1. Перед началом убедитесь, что нагреватель находится в положении ВЫКЛ.
2. Выберите мини-градиент изображения и 38 мм ВЧ катушки и мини-держатель изображений.
3. В центральное отверстие держателя установить переменную сборку температуры.

2. Подготовка животных

1. Для экспериментов МРТ, достижения оптимальных анестезии с помощью испаряется изофлуран. Для индукции анестезии, поместите животное в индукции камеры выложены абсорбирующего ткани. Регулировка расходомера в изофлуран испаритель до 2,0-2,5 л / мин, и изофлуран до 3% в кислороде.
2. Удалите бирку металла или другого металлического предмета на данном этапе. Применить ветеринар мазь на глаза животного, чтобы предотвратить сухость под наркозом.
3. После того, как животноедостиг хирургического самолет анестезии (то есть, потеря отмены рефлекса на носок щепотку), поместите животное на держателе с носом вставляется в носовой конус. Указан расход воздуха в анестезии зонда до 2,0-2,5 мл / мин и изофлуран концентрации 1,5-2,0% в кислороде. Анестезия будет доставлен через носовой конус во время процедуры. Периодически настроить ИФ концентрации в зависимости от возраста и веса животного, чтобы поддерживать интенсивность дыхания ~ 40 ударов в минуту.
4. Использование держателей животных, чтобы обеспечить животное на месте и предотвратить движение во время эксперимента МРТ. Вары Тип держателя животного в зависимости от области тела, которые будут проверяться.
   Примечание: Индивидуальные держатели лабораторных пластмасс (полипропилен, тефлон, полистирол, поликарбонат) могут быть сделаны, чтобы приспособить конкретную эксперимент и по размеру животных (от новорожденных мышей 160 г крысы).
5. Поместите ректального термометра в животном контролировать температуру тела животного. В ехрeriment, держать животное на 35-37 ° С, используя поток теплого воздуха. Регулировка температуры воздуха (30-38 ° С) и поток (1200-2000 л / ч) на основе обратной связи температуры тела животного.
6. Прикрепите датчик воздушного шара дыхания давления на живот животного контролировать частоту дыхания.
7. Безопасный животное в центре РФ катушку и осторожно размещать ВЧ катушки с животным в МРТ сканера.

3. МРТ Эксперимент

1. Настройка и соответствовать РФ катушку перед началом эксперименты, чтобы минимизировать ВЧ мощность используется и максимально соотношение сигнал-шум. Чтобы начать настройку соответствия /:
   1. Откройте инструмент управления спектрометр, нажав на значок инструментов.
   2. В инструменте управления спектрометр нажмите Acquisition → Колебание. Окно Acq / Реко откроет отображения качаний кривой.
   3. Кроме настраивайте настройки и соответствующие конденсаторы (используя настройку и соответствие стержней) в небольших шагов, пока отраженного власти РФсводится к минимуму. Цель состоит в том, чтобы увидеть кривую с минимумом на вертикальной оси, расположенной на нуль на горизонтальной оси.
   4. Когда калибровка катушки была успешно достигнута, нажмите кнопку Stop в окне Acq / Reco.
2. Приобретать разведчик изображения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, чтобы создать осевые, корональные и сагиттального изображения. Используйте быстрый последовательность изображений, таких как внутри Gate Быстрый Низкий угол снимка (IG-FLASH) приобрести разведчиков изображения ^12. Используйте разведчиков изображения, чтобы установить правильную геометрию для фактического изображения.
3. В зависимости от конкретных научно-исследовательских целей, выберите правильную последовательность и параметры изображения и начать сканирование с светофора. Это позволит откалибровать радиочастотный канал, прокладке магнит, установленный на несущей частоте резонанса-за воды и отрегулировать усиление приемника, все автоматически.
   1. Для анатомических исследований и Т2 взвешенных изображениях, приобретают в 2D мульти срезе или 3D-режиме. Чтобы сократить время эксперимента для данного пространственного разрешения, держать в поле-of вида (FOV) как можно меньше, но достаточно большой, чтобы избежать наматывается вокруг артефактов (2.56-3.2 см).
4. Держите цикл выбранной последовательности немного короче, чем цикл дыхания животных от правильного выбора времени повторения (TR) и / или количество кусочков. Это гарантирует, что данные, собранные в ходе периода затишья животных.
   1. Например, для брюшной изображений, держите скорость дыхания животного на ~ 30 ударов в минуту; что составляет около 2,000 мс на дыхании. Используйте Turbo быстрого сбора с Релаксация Enhancement (редко) последовательности и приобрести 11-19 корональных ломтиками, с TR / TE 1500/9 мс, редкие фактором 8 и (матрица 256 х 256, поле зрения 2,56 х 2,56 см, толщина среза 0,75 мм) ,
      Примечание: Регулируя TR 1500 мс, и держать частоту дыхания животного ~ 30 ударов в минуту (2000 мс в дыхании), мы гарантируем, что данные, собранные в ходе периода затишья животных.
5. Ведь приобретение образ был завершен, разместить отсканированное животноена нагретой площадку и не контролировать до амбулаторно. После выздоровления, вернуть животное в клетке и мониторинг по крайней мере, в течение 1 часа, прежде чем вернуться на объект животного.

Результаты

В этой рукописи, мы стремимся, чтобы показать полезность УВЧ МРТ в качестве инструмента для в естественных условиях фенотипической характеристики или мониторинга наркотиков в моделях грызунов для ДОК и других заболеваниях почек. Все эксперименты были частью экспериментальных п?...

Обсуждение

Эта рукопись показывает целесообразность использования UHF МРТ в качестве инструмента для в естественных условиях фенотипической характеристики или мониторинга наркотиков в моделях грызунов для ДОК.

Мы описываем эксперименты, выполненные на 16,4 T с широким отверст...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
AVANCEIII-700 (16.4 T)	Bruker	BH067206	Wide-bore two channel multinuclear spectrometer equipped with mini and micro-imaging accessories for in vivo small rodent imaging
TopSpin2.0PV	Bruker	H9088TA2	Spectrometer processing software
Paravision 5.1	Bruker	T10314L5	Imaging sofware
VTU BVT 3000 digital	Bruker	W1101095	Temperature controller