Için Polikistik Böbrek Hastalığında Küçük Kemirgen modelleri Ultra yüksek Saha MRI Kullanımı<em&gt; In Vivo</em&gt; Fenotiplendirme ve İlaç İzleme

Özet

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.

Özet

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.

Giriş

Polikistik Böbrek Hastalığı (PKD), böbrek kist gelişimi ile karakterize tek gen hastalıkları grubunu içerir. Aralarında Otozomal dominant polikistik böbrek hastalığı (ADPKD) ve otozomal resesif polikistik böbrek hastalığı en yaygın türleri ^1,2 temsil (ORPBH) bulunmaktadır. Polikistik böbrek, kalıtsal böbrek kistik hastalıkların en sık görülen formu, PKD1 veya PKD2 genlerindeki mutasyonlarla kaynaklanmaktadır. Geç başlangıçlı, birden iki taraflı böbrek kistleri, değişken ekstra renal kistler eşlik yanı sıra kardiyovasküler ve kas iskelet anomalileri ile karakterizedir. ORPBH, en sık etkileyen yenidoğan ve küçük çocuklar, PKHD1 mutasyonlar neden olur ve genişlemiş ekojenik böbrek ve konjenital hepatik ^{fibrozis, 3} ile karakterizedir.

Önemli bir şekilde, polikistik böbrek hem büyük p sonuçlanan bir genin (gen) ve mutasyon (alelik) seviyesi, en heterojenlik ile karakterize edilirhenotypic değişkenliği. PKD1 genindeki mutasyonlar ağır klinik tablo (sayısız kistler, erken tanı, hipertansiyon ve hematüri) yanı sıra, (PKD2 mutasyonları olan hastalardan daha 20 yıl önce) böbrek hastalığı son dönem hızla ilerlemesi ile ilişkili ^4. Ağır polikistik karaciğer hastalığı (PLD) ve vasküler anormallikler PKD1 ve PKD2 ^5, her iki mutasyon ile ilişkili olabilir. bu hastalığın renal komplikasyonlara çoğunluğu ilişkili enflamasyon ve fibroz ile birlikte kist genişleme bir sonucu olarak özellikle ortaya çıkmaktadır. Kist geliştirme intrauterin başlar ve hasta ömür boyu devam eder. Böbrekler genellikle 20'den fazla kez normal böbrek hacmi ulaşabilir bile onların reniform şeklini korumak. Böbrek kistlerinin hastalar mevcut ikili dağıtım çoğu, ancak bazı sıradışı durumlarda, kist tek taraflı veya asimetrik desen gelişebilir.

Önemli bir Challennefrologlar Otozomal dominant polikistik böbrek hastaları takip veya tedaviler uygulanması için ge hastalığın doğal seyri olduğunu. Onun en tabii sırasında böbrek fonksiyonları normale kalır ve böbrek fonksiyonu azalmaya başlar zaman, böbrekler çoğu kistler almıştır. Terapiler sonraki aşamalarda uygulandığında, hastanın zaten kronik böbrek hastalığında geri dönüşü olmayan bir noktaya ulaşmış olabilir çünkü başarılı olmak için daha az olasıdır. Tedavi, erken aşamalarında başlatılan Aksine, bu sadece glomerüler filtrasyon hızı dayanan bir tepki tespit etmek güçtür. Bunun bir sonucu olarak, hastalık ilerlemesinin bir göstergesi olarak, böbrek hacminin kavramı dikkat çekti.

Otozomal dominant polikistik böbrek hastalarında böbrek ve kist hacmindeki artış, doğrudan olarak toplam Böbrek Hacim (TKV) potansiyelini vurgulayan, böbrek fonksiyon bozukluğu ile ilişkili olduğunu Polikistik Böbrek Hastalığı (CRISP) Çalışmanın Radyolojik Görüntüleme Çalışmaları Konsorsiyumu göstermiştirhastalığın ilerlemesi ^6,7 için urrogate işaretleyici. Sonuç olarak, şu anda TKV ADPKD ^2,8,9 çoklu klinik çalışmalarda birincil ya da ikincil bir son nokta olarak kullanılır.

Birden fare modelleri de dahil olmak üzere spontan mutasyonlar ve genetik olarak PKD ^10,11 patogenezinde ışık tutmuştur. PKD1 veya PKD2 modelleri (PKD1 veya PKD2 ya mutasyonlar), onlar mükemmel taklit insan hastalığı en popüler olanları haline gelmiştir. Buna ek olarak, PKD1 ya PKD2 genler dışında genlerdeki mutasyonlarla kemirgen modelleri hastalığı ile ilişkili sinyal yollarının aydınlatmak için deneysel bir platform olarak kullanılmıştır. Buna ek olarak, bu modellerin muhtelif tedaviler test etmek için kullanılmıştır. Ancak, PKD birçok kemirgen çalışmalarında bir sınırlayıcı faktör sırasıyla böbrek anatomik ve fonksiyonel değişiklikleri analiz etmek için etkili non-invaziv yöntemlerin eksikliği genellikle.

Manyetik resonance görüntüleme (MRG) mükemmel yumuşak doku kontrastı ve anatomik detay sağlayan ve TKV ölçümleri sağlayan ADPKD hastaları takip etmek Geçerli altın standart görüntüleme tekniğidir. MRG de in vivo olarak büyük hayvan ve insanlarda, görüntüleme küçük kemirgenler anatomik görüntüleme için kurulmuş olsa bile yüksek çözünürlüklü görüntüleri elde etmek için yeteneği yararlılığını kısıtlayabilir ek teknik zorlukları, gerektirir. Ultra yüksek alan (UHF) MR (7-16,4 T) ve daha güçlü geçişlerini gelişimi tanıtımı ile, benzer gürültü oranları ve teşhis kalitesi ile MR görüntülerinin mekansal çözünürlükte sinyal yüksek ulaşmak artık mümkün insanlarda elde edilmiştir. Sonuç olarak, PKD küçük kemirgen modellerinde in vivo görüntüleme için UHF MRI kullanımı araştırmacılar için güçlü bir araç haline gelmiştir.

Protokol

Canlı hayvan ile herhangi prosedürleri başlamadan önce, deney protokolleri kurumsal hayvan bakımı ve kullanımı komitesi (IACUC) tarafından onaylanmış olması gerekir.

1. Tarayıcı Yapılandırması

1. Başlamadan önce, ısıtıcı KAPALI konumda olduğundan emin olun.
2. Mini görüntüleme degrade ve 38 mm RF bobini mini görüntüleme tutucu seçin.
3. Sahibinin merkez deliğinde değişken sıcaklık düzeneğini takın.

2. Hayvan hazırlanması

1. MR deneyler için, buharlaşmış izofluran kullanarak optimum anestezi elde. Anestezinin indüksiyonu için, bir emici doku ile kaplı bir indüksiyon odasında hayvan. 2.0-2.5 L / dk ve oksijen% 3 izofluran izofluran buharlaştırıcı debi ölçer ayarlayın.
2. Bu aşamada herhangi bir metal etiketi veya diğer metalik nesneyi kaldırın. Anestezi altında iken kuruluğunu önlemek için hayvanın gözleri veteriner merhem sürün.
3. Hayvan kezanestezi, cerrahi düzlemine ulaşmıştır (yani, ayak tutam çekilme refleks kaybı), bir burun konisi içine yerleştirilir onun burunlu bir tutucuya hayvan yerleştirin. 2.0-2.5 ml / dk soruşturmada anestezi hava akımını ve oksijen 1.5-2.0% izofluran konsantrasyonu ayarlayın. Anestezi işlemi sırasında burun konisi ile teslim edilecektir. Periyodik 40 bpm ~ bir solunum hızını korumak için hayvanın yaşına ve ağırlığına bağlı olarak izofluran konsantrasyonu ayarlayın.
4. Yerine hayvan sabitlemek ve MRG deney sırasında hareket etmesini önlemek için hayvan sahiplerine kullanın. Vücut bölgesine bağlı olarak hayvan sahibinin tipi taranacak Vary.
   Not: Laboratuvar plastik (polipropilen, Teflon, polistren, polikarbonat) den Özelleştirilmiş sahipleri belirli deney karşılamak ve (160 gr sıçan yenidoğan fareden) hayvan boyutuna uyacak şekilde yapılabilir.
5. Hayvanın vücut sıcaklığını izlemek için hayvanda rektal termometre yerleştirin. Exp sırasındaeriment, bir sıcak hava akımı kullanılarak, 35-37 ° C'de hayvan tutun. Hava sıcaklığı (30-38 ° C) ve hayvanın vücut ısısı yorumlarına dayanarak akışı (1,200-2,000 L / saat) ayarlayın.
6. Solunum hızını izlemek için hayvanın karın bir balon solunum basınç sensörü takın.
7. RF bobini merkezinde hayvan Güvenli ve dikkatli MRI tarayıcısı içine hayvan ile RF bobin yerleştirin.

3. MR Deney

1. Ayarlama deneyleri RF gücü kullanılan en aza indirmek için ve sinyal-gürültü oranının en üst düzeye çıkarmak için başlamadan önce RF bobini maç ve. Eşleştirme / ayarlamayı başlatmak için:
   1. Araçlar simgesini tıklatarak spektrometre kontrol aracını açın.
   2. Spektrometre kontrol aracı olarak Acquisition → yalpalama tıklatın. Bir Edi / Reco penceresi yalpalama eğrisi görüntüleyen açılacaktır.
   3. Alternatif yansıyan RF gücü kadar küçük adımlarla ayarlama ve eşleştirme kapasitörler (çubuklar ayar kullanarak ve eşleştirme) ayarlamaken aza indirilir. amaç yatay eksende sıfır konumlandırılmış dikey eksende minimum bir eğri görmektir.
   4. Bobinin kalibrasyon başarıyla elde edildiğinde, Edi / Reco penceresindeki Durdur düğmesine basın.
2. Eksenel koronal ve sagital görüntüler oluşturmak için üç ortogonal düzlemde izci görüntü elde. Izci görüntüler elde etmek için ¹² gibi içi Kapısı Hızlı Düşük Açılı Çekim (IG-FLASH) gibi hızlı görüntü dizisi kullanın. Gerçek görüntüleme için uygun geometriyi ayarlamak için keşif görüntüleri kullanın.
3. Özel araştırma amaçlarına bağlı olarak, uygun görüntü dizisi ve parametreleri seçin ve bir trafik ışığı ile tarama başlatın. Bu, tüm otomatik, RF kanalı kalibre su üzerinde rezonans mıknatıs, set taşıyıcı frekansı şim ve alıcı kazancı ayarlar.
   1. Anatomik çalışmalar ve T2 ağırlıklı görüntülerde, 2B çoklu dilim veya 3D modunda kazanır. Alan tutmak, belirli bir uzamsal çözünürlük için deney süresini kısaltmak için-Tabii-view (FOV) mümkün ama wrap-around eserler (2,56-3,2 cm) önlemek için yeterince büyük olduğu kadar küçük.
4. Tekrarlama süresi (TR) ve / veya dilim sayısı uygun bir şekilde seçilmesi ile, hayvan respirasyon döngüsü biraz daha kısa seçilen sekansın döngüsü tutun. Bu veriler hayvanların sessiz dönemde tahsil edilmesini sağlar.
   1. Örneğin, karın görüntüler için, ~ 30 bpm hayvanın solunum hızı tutmak; Bu nefes başına yaklaşık 2,000 milisaniye olduğunu. TR, Dinlenme Geliştirme (NADİR) dizisi ile Turbo Hızlı Toplama kullanın ve 11-19 koronal dilim elde / TE 1500/9 msn, NADİR faktör 8 ve (matris 256 x 256, FOV 2.56 x 2.56 cm, dilim kalınlığı 0.75 mm) .
      Not: 1500 msn TR ayarlayarak ve ~ 30 bpm (nefes başına 2,000 msn) hayvanın solunum hızı tutarak, biz veri hayvanların sessiz dönemde toplanan emin olun.
5. Tüm görüntü elde etme tamamlandıktan sonra, taranan hayvan koyunve ısıtmalı pad üzerinde ayaktan kadar izler. İyileştikten sonra, kafesine hayvan dönün ve hayvan tesis dönmeden önce 1 saat en az izlenen.

Sonuçlar

Bu yazıda, PKD ve diğer böbrek hastalıkları için kemirgen modellerinde in vivo fenotipik karakterizasyonu veya ilaç takibi için bir araç olarak UHF MR yararlılığını göstermeyi hedeflemekteyiz. Deneyler Tüm IACUC tarafından onaylanmış deneysel protokollerin bir parçası idi.

PKD UHF MRI kullanarak küçük kemirgen modellerinde in vivo feno:

Tüm görüntüleme çalışmaları Bruker AVANCEIII-700 (16.4 T) ile, izofluran anestezi...

Tartışmalar

Bu yazıda, in vivo fenotipik karakterizasyonu veya PKD için kemirgen modellerinde ilaç izleme için bir araç olarak UHF MRI kullanılarak fizibilitesini göstermektedir.

Biz geniş bir delik mikro ve küçük görüntüleme aksesuarlarla donatılmış Avance III yüksek çözünürlüklü NMR spektrometre ile 16.4 T yapılan deneyler açıklar. spektrometre Paravision 5.1 görüntüleme yazılımı tarafından kontrol TopSpin2.0PV toplama ve işleme yazılımı tarafından tahri...

Malzemeler

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