Method Article
Renal iskemi-reperfüzyon hasarı hastanede yatan hastalarda yüksek morbidite ve mortalite ile ilişkilidir. Burada, tek taraflı renal iskemi-reperfüzyon hasarının basit ve etkili bir fare modelini sunmakta ve böbrekte gözlenen temsili patolojik değişikliklere sıralı bir genel bakış sunulmaktadır.
İskemi-reperfüzyon hasarı (IRI) akut böbrek yetmezliğinin önde gelen nedenidir ve gecikmiş greft fonksiyonuna önemli bir katkıda bulunur. Hayvan modelleri, in vivo olarak karşılaşılan IRI ile ilişkili hasarın karmaşıklığını taklit eden tek mevcut kaynaktır. Bu yazıda, yüksek oranda tekrarlanabilir veriler sağlayan tek taraflı renal IRI'nın etkili bir fare modeli açıklanmaktadır. İskemi, sağ renal pedikülün 30 dakika boyunca tıkanması ve ardından reperfüzyon ile indüklenir. Cerrahi prosedüre ek olarak, renal IRI'yi takiben beklenen fizyolojik ve histopatolojik değişikliklere sıralı bir genel bakış, yedi farklı reperfüzyon zamanından (4 saat, 8 saat, 16 saat, 1 gün, 2 gün, 4 gün ve 7 gün) elde edilen veriler karşılaştırılarak sağlanacaktır. Ortalama cerrahi süre, ortalama anestezik tüketimi ve zaman içindeki vücut ağırlığı değişiklikleri gibi önceden planlama deneyleri için kritik veriler paylaşılacaktır. Bu çalışma, araştırmacıların güvenilir bir renal IRI modeli uygulamalarına ve amaçlanan araştırma hedefleriyle uyumlu uygun reperfüzyon zamanını seçmelerine yardımcı olacaktır.
Böbrekler vücuttaki en yüksek perfüze edilen organlar arasındadır ve kan perfüzyonundaki değişikliklere karşı son derece hassastır1. Renal iskemi-reperfüzyon hasarı (İİİ) akut böbrek yetmezliğinin önde gelen nedeni olmaya devam etmektedir 2,3 ve hastanede yatan hastalarda yüksek morbidite ve yüksek mortalite ile ilişkilidir4. Mevcut sınırlı terapötik seçeneklerle,4,5 renal IRI şu anda biyotıpta çeşitli araştırma çabalarının odak noktasıdır6,7 Yeni terapötik hedeflerin geliştirilmesini ve böbrek hasarının erken ve hassas belirteçlerinin karakterizasyonunu amaçlayan 8,9,10 . Bu ihtiyaçları karşılamak için güvenilir, zaman ve uygun maliyetli bir hayvan modelinin belirlenmesi gerekli görülmektedir. Bu yazıda tek taraflı renal IRI'nin basit ve etkili bir fare modeli sunulmaktadır. İskemi, sağ renal pedikülün 30 dakika11,12 süre ile sıkıştırılmasıyla indüklenir. Bu modelin önemli bir parçası, tübüler nekroz, polimorfonükleer inflamatuar hücre infiltrasyonu veya fibroz gibi ilgilenilen patolojik olayları yeniden üretecek en uygun reperfüzyon zamanını seçmektir. Bu nedenle, araştırmacılara IRI böbreğinde beklenen temsili patolojik değişikliklerin bu sıralı genel bakışı sunulmaktadır.
Aşağıdaki protokol bir sağkalım ameliyatını tanımlamaktadır. Bu nedenle en yüksek aseptik ve cerrahi uygulama uygulanmaktadır. Tüm hayvan deneyleri kurumsal kılavuzlara uygun olarak gerçekleştirilmiş ve Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır. IRI etkilerindeki cinsiyet ve gerinim bazlı farklılıkları ortadan kaldırmak için, çalışmada sadece erkek C57BL6 fareleri kullanılmıştır. Tüm hayvanlar, karşılaştırılabilir sonuçlar elde etmek için yaş ve ağırlık bakımından eşleştirildi.
1. Hazırlık
NOT: Farklı deneysel aşamaların ve müdahalelerin zaman çizelgesi Şekil 1A'da gösterilmiştir.
2. Ameliyat
3. İyileşme ve ameliyat sonrası
NOT: Ameliyat sonrası zaman gerçek reperfüzyon zamanı olduğundan, uygun cerrahi sonrası bakım etik olarak zorunludur ve bilimsel olarak önemlidir. Reperfüzyon süreleri araştırmacının istediği şekilde seçilebilir. 4 saat, 8 saat, 16 saat, 1 gün, 2 gün, 4 gün ve 7 günlük reperfüzyon süreleri, renal İRI tarafından indüklenen patolojik değişikliklerin sıralı bir özetini elde etmek için karşılaştırılmıştır.
4. Ötenazi ve örnek toplama
Fizyolojik parametreler
Fareler bu tek taraflı renal IRI ameliyatından olaysız bir şekilde iyileşti; aktif ve uyanık görünüyordu; ve ertesi güne kadar normal yeme, içme ve davranış gösterdi. Bazı fareler IRI sonrası vücut ağırlığı kaybına sahip olabilir, ancak genellikle ilk vücut ağırlığının% 10'undan azdır (Şekil 2). Daha büyük vücut ağırlığı kayıpları (˃10%) zararlı olabilir ve bu hayvanlar çalışmadan çıkarılmalıdır. Sahte olarak ameliyat edilen fareler ameliyat sonrası vücut ağırlığı değişiklikleri göstermedi (ameliyattan 24 saat sonra ölçüldü). Çoğu fare, ameliyat sonrası 4 ila 7. günler arasında ilk vücut ağırlığını geri kazandı (bkz. IRI 7 günlük grup, Şekil 2). Böbrek fonksiyonu, kan üre azotu (BUN) ve kreatinin gibi geleneksel belirteçler kullanılarak değerlendirilebilir. Ek olarak, serumdaki elektrolit seviyeleri (sodyum, potasyum ve klorür) ve otomatik diferansiyel kan sayımı analize dahil edildi.
Histopatolojik değişiklikler
Histopatolojik bulguların değerlendirilmesi, hematoksilin/eozin (HE), periyodik asit Schiff ve Masson trikrom boyaları ile boyanmış böbreğin %4 paraformaldehit sabit, parafin gömülü bütün orta sagital kesitleri kullanılarak yapıldı. Bu tek taraflı renal IRI modeli tarafından üretilen en belirgin değişiklikler, kortiko-medüller bileşkede, özellikle proksimal tübüllerde, Henle döngüsünün kalın yükselen uzuvlarında ve distal kıvrımlı tübüllerde ve ayrıca tübüler interstisyumda görülebilir ( Şekil 3 için efsaneye bakınız). Böbrekte IRI sonrası en karakteristik lezyonları gösteren mikroskobik görüntüler Şekil 3'te görülebilir. Sıralı histopatolojik bulguların listesi Tablo 1'de verilmiştir.
Zaman içindeki hasarı kategorize etmek için boru şeklindeki yaralanma skorlama sistemi geliştirilmiştir (Şekil 4). Bunda, beş tanımlanmış değişiklik üç farklı değerlendirici tarafından değerlendirilmiştir: 1) tübüler epitel zayıflaması; 2) fırça sınırı kaybı; 3) tübüler nekroz; 4) luminal tıkanıklık; ve 5) proteinli dökümün varlığı. "1" ataması değişikliğin mevcut olduğunu, "0" ise olmadığını gösterir.
Şekil 1: Farede deneysel renal IRI modeli . (A) Deney ve girişimlerin fazları (anestezi indüksiyonu, iskemi ve reperfüzyon) gösterilmiştir. İskemi sırasında sağ böbreğin renginin koyu kırmızıya (B) reperfüzyon sırasında pembeye (C) dönüştüğüne dikkat edin. (D) IRI sağ böbreğinin (kırmızı ok) makroskopik görünümü, ameliyattan 24 saat sonra aynı hayvanın kontralateral IRI olmayan böbreğine kıyasla. (B) içindeki kırmızı ok, hemostatik kelepçenin konumunu gösterir. Kısaltma: IRI = İskemi-reperfüzyon hasarı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Renal IRI'den önce ve sonra farelerin vücut ağırlığı. Tek tek veriler gösterilir. Kısaltmalar: IRI = İskemi-reperfüzyon hasarı; h = saat; d = gün. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: IR ile çalışan farelerin kortekste ve kortiko-medüller kavşağında gözlenen tipik mikroskobik lezyonlar. Şam ve farklı reperfüzyon süreleri gösterilir (her resmin üstünde gösterilir). (A) Bozulmamış yapılar sahte olarak gösterilir (büyütme 40x; ölçek çubuğu = 20 μm). IRI 4 h'deki oklar, boru şeklindeki lümende proteinli dökümün varlığını gösterir (büyütme 40x; ölçek çubuğu = 20 μm). IRI 8 h'deki oklar boru şeklindeki dilatasyonu gösterir (büyütme 40x; ölçek çubuğu = 50 μm). IRI 16 h'deki siyah ok, medüller segmentlerde boru şeklindeki dökümü gösterir; beyaz oklar hücresel nekroz alanlarını gösterir (büyütme 40x; ölçek çubuğu = 50 μm). IRI 1 d'deki siyah oklar boru şeklindeki dilatasyonu gösterir (büyütme 10x; ölçek çubuğu = 100 μm). IRI 2 d'deki siyah ok, genişlemiş hücre çekirdeklerini gösterir; beyaz ok uçları lenfosit ve makrofaj infiltrasyon alanlarını gösterir (büyütme 40x; ölçek çubuğu = 50 μm). IRI 4 d'deki beyaz ok uçları mitotik boru şeklindeki hücreleri gösterir (büyütme 40x; ölçek çubuğu = 50 μm). IRI 7 d'deki siyah ok, fokal fibrozun bir alanını gösterir; beyaz ok ucu bir rejenerasyon alanı gösterir (büyütme 20x; ölçek çubuğu = 100 μm). (B) Erken reperfüzyon sırasında farelerin renal korteksini gösteren PAS boyama (4 saat, 8 saat ve 16 saat). Fırça kenarlığının (oklar) aşamalı olarak zayıflamasına dikkat edin. Büyütmeler 40x; ölçek çubukları = 50 μm (C) İnterstisyel fibroz alanlarını gösteren sahte ve IRI 7 d farelerin masson trikrom boyaması (beyaz oklar). Büyütme 40x; ölçek çubukları = 50 μm. Kısaltmalar: IRI = İskemi-reperfüzyon hasarı; Glo = glomerulus; PCT = proksimal kıvrımlı tübül; DCT = distal kıvrımlı tübül; CD = toplama kanalı; PAS = periyodik asit Schiff; d = gün. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Sahte ve IRI ile çalışan farelerin tübüler yaralanma skoru. Tübüler epitel zayıflaması için skorlama sistemi ölçeği 1'den 5'e kadar; fırça sınırı kaybı; tübüler nekroz; luminal obstrüksiyon; ve proteinli döküm varlığı. "1" ataması değişikliğin mevcut olduğunu, "0" ise olmadığını gösterir. Tek tek değerler gösterilir. Çubuklar ortalama ± SD'yi temsil eder (n = 4). Kısaltma: IRI = İskemi-reperfüzyon hasarı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
IRI'dan sonraki zaman | En önemli patolojik değişiklikler |
4 saat | Boru tıkanıklığı |
Lümende protein dökümü | |
8 saat | Boru şeklindeki dilatasyon |
Yeni başlayan nekroz | |
Epitelin zayıflaması | |
16 saat | Hücresel nekroz |
Borulu döküm | |
Nötrofil infiltrasyonu | |
1 gün | Nekroz |
Boru şeklindeki dilatasyon | |
Nötrofil infiltrasyonu | |
2 gün | Boru şeklindeki dilatasyon |
Lenfosit ve makrofaj infiltrasyonu | |
Genişlemiş hücre çekirdekleri | |
4 gün | Tübül hücrelerinde belirgin mitotik aktivite |
7 günler | Fokal fibroz |
Yenilenme alanları |
Tablo 1: Zaman içinde en önemli patolojik değişiklikler. Grup başına 4-6 hayvanın mikroskobik incelemesine dayanarak teşhis edilir.
Fare böbrek IRI modelleri, nispeten düşük işletme maliyetleri ve çeşitli transgenik modellerin mevcudiyeti nedeniyle biyomedikal araştırmalarda popülerdir12. Burada sunulan tek taraflı renal IRI modeli, tübüler dilatasyon, nekroz ve fibroz13 gibi insan renal IRI'sinde gözlenen karakteristik patolojik değişiklikleri taklit etmektedir. Bu sonuçlar değişen reperfüzyon sürelerine dayanmaktadır.
Bu protokolün kritik adımları, sabit vücut ısısının korunmasını ve vasküler kelepçenin renal pediküle doğru yerleştirilmesini içerir. Vücut ısısı hayvanın metabolizmasını etkiler14, deneysel sonuçları hem fizyolojik hem de hücresel seviyelerde değiştirir15. Bu modelde, ameliyattan önce rektal ve ped sensör probları kullanılarak vücut ısısı stabilize edildi. Ek olarak, tüm cerrahi prosedür sırasında vücut ısısının sürekli izlenmesi, özellikle iskemiyi indüklemek için vasküler kelepçeyi yerleştirmeden önce şiddetle tavsiye edilir.
Böbreğin maruz kalması ve vasküler kelepçenin uygun şekilde yerleştirilmesi de deneyin başarısı için kritik öneme sahiptir. Böbreğin cerrahi insizyondan maruz kalması sırasında forsepslerin yanlış kullanımı sonucu böbrek kapsülünün zarar görmesi perirenal kanama ve inflamasyona neden olacaktır. Vasküler kelepçe, üreter ve suprarenal arterleri etkilemeden renal arteri ve renal veni tıkayan renal pedikül üzerine yerleştirilmelidir. Bu adım için kritik olan, renal hilum 14,16'yı çevreleyen yağ dokusunun dikkatli bir şekilde diseksiyonudur.
Bu model uygun maliyetli ve zaman etkindir. Fare başına anestezik tüketim 156.47 ± 37.88 μL (ortalama ± SD, n = 17) önceden seyreltilmiş bir ketamin / ksilazin kokteyli (1:10 ketamin, 1:50 ksilazin, salin içinde; stok çözeltisi konsantrasyonu, her ikisi de 100 mg / mL) idi. Ameliyat nispeten kısa sürede yapılabilir. Fare başına toplam ameliyat süresi 53 ± 5.23 dakika idi (ortalama ± SD, n = 17). Eğitimli personel ile aynı anda birkaç ameliyat gerçekleştirilebilir. Grubumuzda, deneyimli bir araştırmacı kelepçe renal pedikülden serbest bırakılana kadar ameliyatı gerçekleştirirken, ikincisi yara kapanmasından farenin iyileşmesine kadar devraldı. Bu yaklaşımla tek bir günde çok sayıda ameliyat gerçekleştirebildik. Bu modelde, orta hat yaklaşımı16 ile karşılaştırıldığında daha az travma ve karın boşluğundan sıvı ve ısı kaybını azaltan dorsolateral yaklaşımı kullandık.
Daha önce yayınlanmış protokoller, farelerde akut böbrek hasarını indüklemek için renal pedikül sıkma tekniğini tanımlamıştır17,18,19. Ancak bu çalışmalarda iskemik süreleri 15-26 dakika arasında değişen tek taraflı IRI'ye ek olarak kontralateral nefrektomi uygulanmıştır. Bu protokolde kontralateral böbreği korurken 30 dakika boyunca tek taraflı iskemiyi indükledik. Bu,% 100'lük bir hayatta kalma oranıyla sonuçlandı. Bununla birlikte, bu model kısmen cerrahi olarak müdahale edilmeyen kontralateral böbreğin uyguladığı telafi edici etki nedeniyle azotemik böbrek hasarını indüklemek için uygun değildir. Bununla birlikte, bir böbreği aynı hayvanda etkilenmeden tutmak, daha yüksek bir hayatta kalma oranıyla daha uzun iskemi süreleri kullanmanın avantajını sunar. Buna ek olarak, kontralateral böbrek, deneysel prosedür sırasında uygulanan test ilaçlarının veya tedavilerinin olası yan etkilerini değerlendirmek ve böbrek-böbrek çapraz konuşma etkilerini incelemek için kullanılabilir20,21. Örneğin, bu model hem IRI hem de kontralateral, cerrahi olarak müdahale edilmeyen böbrek11'de hücresel düzeyde reaktif oksijen türlerinin neden olduğu değişiklikleri göstermede yararlı olmuştur.
Bu model, renal İİR'de kullanılacak ilaç adaylarının tek taraflı böbrek hasarı belirteçlerini, renal çapraz geçiş etkilerini, post-renal IRI kaynaklı hemodinamik değişiklikleri ve potansiyel nefrotoksik etkilerini tanımlamayı ve karakterize etmeyi amaçlayan çalışmalarda potansiyel bir uygulamaya sahiptir. Ana patolojik değişikliklerin bu ayrıntılı açıklaması, inflamasyon ve nekrozdan (4 saat ila 2 gün) rejenerasyona (4 gün ve sonra) ve fibrozise (7 gün ve sonra) kadar spesifik hücresel süreçleri incelemek için en uygun zamanı seçmek için değerli bir araç görevi görür.
Yazarlar bu makale ile ilgili çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Bu makalede gösterilen çalışmanın bir kısmı, Ross Üniversitesi Veterinerlik Fakültesi (RUSVM), Saint Kitts ve Nevis Bütünleştirici Memeli Araştırmaları Merkezi tarafından kurulmuştur. Long Island Üniversitesi Veterinerlik Fakültesi Veteriner Biyomedikal Bilimler Bölümü tarafından sağlanan mali yardım büyük beğeni toplamaktadır.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Atipamezole hydrochloride | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | PVS8700 | 5 mg/mL |
Buprenorphine | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | PRMBURPEN22 | 0.3 mg/mL |
Commercial euthanasia solution | various suppliers | na | e.g., Euthasol Virbac (sodium pentobarbital 390 mg/mL + sodium phenytoin 50 mg/mL) |
Eye ointment Puralube | Dechra Veterinary Products, KS, USA | na | 3.5 g (1/8 oz) |
Heating pad RightTempJr | Kent Scientific, CT, USA | RT-JR-20 | Consider the one with two temperature probes |
Ketamine hydrochloride | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | VED1220 | 100 mg/ml |
S&T Vascular clamp | Fine Science Tools, Inc., Germany | 00398-02 | Jaw dimensions: 5.5 x 1.5 mm; length: 11 mm |
Sterile Disposable Towel Drapes | Kent Scientific, CT, USA | SURGI-5023-3 | Disposable, individualy packed |
Surgical instruments (Graefe forceps, Halsted-Mosquito hemostat, scissors, etc) | Fine Science Tools, Inc., Germany | Various | Consider the extra fine straight scissor and the angled Graefe forceps |
Vicryl suture | Ethicon US, LLC | J493G | Size 5-0 |
Xylazine hydrochloride | Penn Veterinary Supply, Inc., PA, USA | VAM4821 | 100 mg/mL |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır