Name: estimation of urinary nanocrystals in humans using calcium fluorophore labeling and nanoparticle tracking analysis
Uploaded: 2021-02-09T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Estimation of Urinary Nanocrystals in Humans using Calcium Fluorophore Labeling and Nanoparticle Tracking Analysis at JoVE.com

De auteurs bedanken alle deelnemers aan de studie en de UAB CCTS Bionutrition Core en UAB High Resolution Imaging Service Center voor hun bijdragen. Dit werk werd ondersteund door NIH-subsidies DK106284 en DK123542 (TM) en UL1TR003096 (National Center for Advancing Translational Sciences).

Alle experimenten die in dit werk worden beschreven, zijn goedgekeurd door de University of Alabama in Birmingham (UAB) Institutional Review Board. Gezonde volwassenen (33,6 ± 3,3 jaar oud; n=10) werden in het onderzoek ingeschreven als ze een normaal uitgebreid metabolisch bloed hadden, niet-tabaksgebruikers, niet-zwanger, een BMI tussen 20-30 kg/m2, en vrij van chronische medische aandoeningen of acute ziekten. Gezonde deelnemers ondertekenden een schriftelijk formulier voor geïnformeerde toestemming voora...

<ol>
	<li>Fogazzi, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystalluria:+a+neglected+aspect+of+urinary+sediment+analysis.">Crystalluria: a neglected aspect of urinary sediment analysis.</a> Nephrology, Dialysis, Transplantation. 11 (2), 379-387 (1996).</li><li>Kuo, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urine+calcium+and+volume+predict+coverage+of+renal+papilla+by+Randall's+plaque.">Urine calcium and volume predict coverage of renal papilla by Randall's plaque.</a> Kidney International. 64 (6), 2150-2154 (2003).</li><li>Robertson, W. G., Peacock, M., Nordin, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+crystalluria+in+recurrent+renal-stone+formers.">Calcium crystalluria in recurrent renal-stone formers.</a> Lancet. 2 (7610), 21-24 (1969).</li><li>Robertson, W. G., Peacock, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+oxalate+crystalluria+and+inhibitors+of+crystallization+in+recurrent+renal+stone-formers.">Calcium oxalate crystalluria and inhibitors of crystallization in recurrent renal stone-formers.</a> Clinical Science. 43 (4), 499-506 (1972).</li><li>Hallson, P. C., Rose, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+urinary+test+for+stone+"activity".">A new urinary test for stone "activity".</a> British Journal of Urology. 50 (7), 442-448 (1978).</li><li>Daudon, M., Hennequin, C., Boujelben, G., Lacour, B., Jungers, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serial+crystalluria+determination+and+the+risk+of+recurrence+in+calcium+stone+formers.">Serial crystalluria determination and the risk of recurrence in calcium stone formers.</a> Kidney International. 67 (5), 1934-1943 (2005).</li><li>Baumann, J. M., Affolter, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+crystalluria+to+kidney+stones,+some+physicochemical+aspects+of+calcium+nephrolithiasis.">From crystalluria to kidney stones, some physicochemical aspects of calcium nephrolithiasis.</a> World Journal of Nephrology. 3 (4), 256-267 (2014).</li><li>Patel, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxalate+induces+mitochondrial+dysfunction+and+disrupts+redox+homeostasis+in+a+human+monocyte+derived+cell+line.">Oxalate induces mitochondrial dysfunction and disrupts redox homeostasis in a human monocyte derived cell line.</a> Redox Biology. 15, 207-215 (2018).</li><li>Khan, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+renal+epithelial+cells+in+the+initiation+of+calcium+oxalate+stones.">Role of renal epithelial cells in the initiation of calcium oxalate stones.</a> Nephron Experimental Nephrology. 98 (2), 55-60 (2004).</li><li>Mulay, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+oxalate+crystals+induce+renal+inflammation+by+NLRP3-mediated+IL-1beta+secretion.">Calcium oxalate crystals induce renal inflammation by NLRP3-mediated IL-1beta secretion.</a> Journal of Clinical Investigation. 123 (1), 236-246 (2013).</li><li>Umekawa, T., Chegini, N., Khan, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxalate+ions+and+calcium+oxalate+crystals+stimulate+MCP-1+expression+by+renal+epithelial+cells.">Oxalate ions and calcium oxalate crystals stimulate MCP-1 expression by renal epithelial cells.</a> Kidney International. 61 (1), 105-112 (2002).</li><li>Huang, M. Y., Chaturvedi, L. S., Koul, S., Koul, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxalate+stimulates+IL-6+production+in+HK-2+cells,+a+line+of+human+renal+proximal+tubular+epithelial+cells.">Oxalate stimulates IL-6 production in HK-2 cells, a line of human renal proximal tubular epithelial cells.</a> Kidney International. 68 (2), 497-503 (2005).</li><li>Lu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Renal+tubular+epithelial+cell+injury,+apoptosis+and+inflammation+are+involved+in+melamine-related+kidney+stone+formation.">Renal tubular epithelial cell injury, apoptosis and inflammation are involved in melamine-related kidney stone formation.</a> Urological Research. 40 (6), 717-723 (2012).</li><li>Williams, J., Holmes, R. P., Assimos, D. G., Mitchell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monocyte+Mitochondrial+Function+in+Calcium+Oxalate+Stone+Formers.">Monocyte Mitochondrial Function in Calcium Oxalate Stone Formers.</a> Urology. 93, 221-226 (2016).</li><li>Balcke, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+hyperoxaluria+after+ingestion+of+chocolate+as+a+high+risk+factor+for+calcium+oxalate+calculi.">Transient hyperoxaluria after ingestion of chocolate as a high risk factor for calcium oxalate calculi.</a> Nephron. 51 (1), 32-34 (1989).</li><li>Khan, S. R., Kok, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulators+of+urinary+stone+formation.">Modulators of urinary stone formation.</a> Frontiers in Bioscience. 9, 1450-1482 (2004).</li><li>Rodgers, A., Allie-Hamdulay, S., Jackson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+action+of+citrate+in+urolithiasis+explained+by+chemical+speciation:+increase+in+pH+is+the+determinant+factor.">Therapeutic action of citrate in urolithiasis explained by chemical speciation: increase in pH is the determinant factor.</a> Nephrology, Dialysis, Transplantation. 21 (2), 361-369 (2006).</li><li>Verplaetse, H., Verbeeck, R. M., Minnaert, H., Oosterlinck, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solubility+of+inorganic+kidney+stone+components+in+the+presence+of+acid-base+sensitive+complexing+agents.">Solubility of inorganic kidney stone components in the presence of acid-base sensitive complexing agents.</a> European Urology. 11 (1), 44-51 (1985).</li><li>Frochot, V., Daudon, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+value+of+crystalluria+and+quantitative+morphoconstitutional+analysis+of+urinary+calculi.">Clinical value of crystalluria and quantitative morphoconstitutional analysis of urinary calculi.</a> International Journal of Surgery. 36, 624-632 (2016).</li><li>Grover, P. K., Thurgood, L. A., Wang, T., Ryall, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+intracrystalline+and+surface-bound+proteins+on+the+attachment+of+calcium+oxalate+monohydrate+crystals+to+renal+cells+in+undiluted+human+urine.">The effects of intracrystalline and surface-bound proteins on the attachment of calcium oxalate monohydrate crystals to renal cells in undiluted human urine.</a> BJU International. 105, 708-715 (2010).</li><li>Bader, C. A., Chevalier, A., Hennequin, C., Jungers, P., Daudon, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methodological+aspects+of+spontaneous+crystalluria+studies+in+calcium+stone+formers.">Methodological aspects of spontaneous crystalluria studies in calcium stone formers.</a> Scanning Microscopy. 8 (2), 215-231 (1994).</li><li>Daudon, M., Cohen-Solal, F., Jungers, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Eurolithiasis. 9th European Symposium on Urolithiasis. , 261-263 (2001).</li><li>Werness, P. G., Bergert, J. H., Smith, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystalluria.">Crystalluria.</a> Journal of Crystal Growth. 53 (1), 166-181 (1981).</li><li>Fan, J., Chandhoke, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Examination+of+crystalluria+in+freshly+voided+urines+of+recurrent+calcium+stone+formers+and+normal+individuals+using+a+new+filter+technique.">Examination of crystalluria in freshly voided urines of recurrent calcium stone formers and normal individuals using a new filter technique.</a> Journal of Urology. 161 (5), 1685-1688 (1999).</li><li>Sun, X. Y., Ouyang, J. M., Yu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape-dependent+cellular+toxicity+on+renal+epithelial+cells+and+stone+risk+of+calcium+oxalate+dihydrate+crystals.">Shape-dependent cellular toxicity on renal epithelial cells and stone risk of calcium oxalate dihydrate crystals.</a> Scientific Reports. 7 (1), 7250 (2017).</li><li>He, J. Y., Deng, S. P., Ouyang, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphology,+particle+size+distribution,+aggregation,+and+crystal+phase+of+nanocrystallites+in+the+urine+of+healthy+persons+and+lithogenic+patients.">Morphology, particle size distribution, aggregation, and crystal phase of nanocrystallites in the urine of healthy persons and lithogenic patients.</a> IEEE Trans Nanobioscience. 9 (2), 156-163 (2010).</li><li>Gao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+Physicochemical+Properties+of+Nano-+and+Microsized+Crystals+in+the+Urine+of+Calcium+Oxalate+Stone+Patients+and+Control+Subjects.">Comparison of Physicochemical Properties of Nano- and Microsized Crystals in the Urine of Calcium Oxalate Stone Patients and Control Subjects.</a> Journal of Nanomaterials. 2014, 9 (2014).</li><li>Gavin, C. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Methods+of+Determining+Urinary+Calculi+Composition:+Petrographic+Thin+Sectioning+of+Calculi+and+Nanoscale+Flow+Cytometry+Urinalysis.">Novel Methods of Determining Urinary Calculi Composition: Petrographic Thin Sectioning of Calculi and Nanoscale Flow Cytometry Urinalysis.</a> Scientific Reports. 6, 19328 (2016).</li><li>Kumar, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dietary+Oxalate+Induces+Urinary+Nanocrystals+in+Humans.">Dietary Oxalate Induces Urinary Nanocrystals in Humans.</a> Kidney International Reports. 5 (7), 1040-1051 (2020).</li><li>Carr, B., Hole, P., Malloy, A., Nelson, P., Smith, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+nanoparticle+tracking+analysis+in+nanoparticle+research--A+mini-review.">Applications of nanoparticle tracking analysis in nanoparticle research--A mini-review.</a> European Journal of Parenteral Sciences and Pharmaceutical Sciences. 14 (2), 45 (2009).</li><li>Dragovic, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sizing+and+phenotyping+of+cellular+vesicles+using+Nanoparticle+Tracking+Analysis.">Sizing and phenotyping of cellular vesicles using Nanoparticle Tracking Analysis.</a> Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 7 (6), 780-788 (2011).</li><li>Dragovic, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+syncytiotrophoblast+microvesicles+and+exosomes+and+their+characterisation+by+multicolour+flow+cytometry+and+fluorescence+Nanoparticle+Tracking+Analysis.">Isolation of syncytiotrophoblast microvesicles and exosomes and their characterisation by multicolour flow cytometry and fluorescence Nanoparticle Tracking Analysis.</a> Methods. 87, 64-74 (2015).</li><li>Gercel-Taylor, C., Atay, S., Tullis, R. H., Kesimer, M., Taylor, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+analysis+of+circulating+cell-derived+vesicles+in+ovarian+cancer+patients.">Nanoparticle analysis of circulating cell-derived vesicles in ovarian cancer patients.</a> Analytical Biochemistry. 428 (1), 44-53 (2012).</li><li>Minta, A., Kao, J. P., Tsien, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent+indicators+for+cytosolic+calcium+based+on+rhodamine+and+fluorescein+chromophores.">Fluorescent indicators for cytosolic calcium based on rhodamine and fluorescein chromophores.</a> Journal of Biological Chemistry. 264 (14), 8171-8178 (1989).</li><li>Harkins, A. B., Kurebayashi, N., Baylor, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resting+myoplasmic+free+calcium+in+frog+skeletal+muscle+fibers+estimated+with+fluo-3.">Resting myoplasmic free calcium in frog skeletal muscle fibers estimated with fluo-3.</a> Biophysical Journal. 65 (2), 865-881 (1993).</li><li>Hernandez-Santana, A., Yavorskyy, A., Loughran, S. T., McCarthy, G. M., McMahon, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+approaches+in+the+detection+of+calcium-containing+microcrystals+in+synovial+fluid.">New approaches in the detection of calcium-containing microcrystals in synovial fluid.</a> Bioanalysis. 3 (10), 1085-1091 (2011).</li><li>Tong, M., Brown, O. S., Stone, P. R., Cree, L. M., Chamley, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+speed+alters+the+apparent+size+and+concentration+of+particles+measured+using+NanoSight+nanoparticle+tracking+analysis.">Flow speed alters the apparent size and concentration of particles measured using NanoSight nanoparticle tracking analysis.</a> Placenta. 38, 29-32 (2016).</li><li>Maas, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Possibilities+and+limitations+of+current+technologies+for+quantification+of+biological+extracellular+vesicles+and+synthetic+mimics.">Possibilities and limitations of current technologies for quantification of biological extracellular vesicles and synthetic mimics.</a> Journal of Controlled Release. 200, 87-96 (2015).</li><li>Hole, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interlaboratory+comparison+of+size+measurements+on+nanoparticles+using+nanoparticle+tracking+analysis+(NTA).">Interlaboratory comparison of size measurements on nanoparticles using nanoparticle tracking analysis (NTA).</a> Journal of Nanoparticle Research. 15, 2101 (2013).</li><li>Tomlinson, P. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+distinct+circulating+exosomes+in+Parkinson's+disease.">Identification of distinct circulating exosomes in Parkinson's disease.</a> Annals of Clinical and Translational Neurology. 2 (4), 353-361 (2015).</li></ol>

NTA is in deze studie gebruikt om nanokristallen in menselijke urine te beoordelen met behulp van een calciumbindende sonde, Fluo-4 AM. Er is geen standaardmethode beschikbaar om nanokristallen in de urine te detecteren. Sommige onderzoeksgroepen hebben nanokristallen in de urine gedetecteerd en vertrouwden op het gebruik van uitgebreide protocollen of methoden die beperkt zijn in hun vermogen om de monsters te kwantificeren27,28. Deze studie toont een specifieke...

Urinekristallen vormen zich wanneer urine oververzadigd raakt met mineralen. Dit kan voorkomen bij gezonde personen, maar komt vaker voor bij personen met nierstenen1. De aanwezigheid en accumulatie van urinekristallen kan het risico op het ontwikkelen van een niersteen verhogen. In het bijzonder gebeurt dit wanneer kristallen zich binden aan Randall's plaque, nucleeren, accumuleren en groeien in de loop van de tijd2,3,4. Crystalluria gaat vooraf aan de vorming van nierstenen en de beoordeling van kristallurie kan voorspellende waarde hebben in niersteenvormers3,5. In het bijzonder is gesuggereerd dat kristallurie nuttig is om het risico op steenrecidief te voorspellen bij patiënten met een voorgeschiedenis van calciumoxalaat dat stenenbevat 6,7.
Er is gemeld dat kristallen een negatieve invloed hebben op de nierepitheel- en circulerende immuuncelfunctie8,9,10,11,12,13. Eerder is gemeld dat circulerende monocyten uit calciumoxalaat (CaOx) niersteen voormalige cellulaire bio-energetica hebben onderdrukt in vergelijking met gezonde individuen14. Bovendien verminderen CaOx-kristallen cellulaire bio-energetica en verstoren ze de redoxhomeostase in monocyten8. Consumptie van maaltijden die rijk zijn aan oxalaat kan kristallurie veroorzaken, wat kan leiden tot schade aan de niertubulus en de productie en functie van macromoleculen in de urine kan veranderen die beschermen tegen niersteenvorming15,16. Verschillende studies hebben aangetoond dat urinekristallen kunnen variëren in vorm en grootte, afhankelijk van de pH en temperatuur van de urine17,18,19. Verder is aangetoond dat urine-eiwitten kristalgedrag moduleren20. Daudon et al.19, stelden voor dat kristalluria-analyse nuttig zou kunnen zijn bij de behandeling van patiënten met niersteenziekte en bij het beoordelen van hun reactie op therapieën. Enkele conventionele methoden die momenteel beschikbaar zijn om de aanwezigheid van kristallen te evalueren , zijn gepolariseerde microscopie21,22, elektronenmicroscopie23, deeltjestellers3, urinefiltratie24, verdamping3,5 of centrifugeren21. Deze studies hebben waardevol inzicht gegeven in het niersteenveld met betrekking tot kristallurie. Een beperking van deze methoden was echter het onvermogen om kristallen van minder dan 1 μm groot te visualiseren en te kwantificeren. Kristallen van deze grootte kunnen de groei van CaOx-stenen beïnvloeden door zich aan Randalls plaquette te hechten.
Nanokristallen blijken uitgebreide schade aan niercellen te veroorzaken in vergelijking met grotere microkristallen25. De aanwezigheid van nanokristallen is gemeld in de urine met behulp van een nanodeeltjesanalysator26,27. Recente studies hebben fluorescerend gelabelde bisfosfaatsondes (alendronaat-fluoresceïne/alendronaat-Cy5) gebruikt om nanokristallen te onderzoeken met behulp van nanoschaalstroomcytometrie28. De beperking van deze kleurstof is dat het niet specifiek is en zich zal binden aan bijna alle soorten stenen behalve cysteïne. Het nauwkeurig beoordelen van de aanwezigheid van nanokristallen bij individuen kan dus een effectief hulpmiddel zijn om kristallurie te diagnosticeren en/of steenrisico te voorspellen. Het doel van deze studie was om calcium bevattende nanokristallen (<1 μm groot) te detecteren en te kwantificeren met behulp van nanodeeltjestrackinganalyse (NTA). Om dit te bereiken, werd NTA-technologie gebruikt in combinatie met een calciumbindende fluorofoor, Fluo-4 AM om calcium met nanokristallen in de urine van gezonde volwassenen te detecteren en te kwantificeren.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Benchtop Centrifuge</td>
			<td>Jouan Centrifuge</td>
			<td>CR3-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Oxalate monohydrate</td>
			<td>Synthesized in the lab as previously described29.</td>
			<td> </td>
			<td>Store at RT; Stock 10 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Phosphate crystals (hydroxyapatite nanopowder)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>677418</td>
			<td>Store at RT; Stock 10 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Fischer Scientific</td>
			<td>AC615095000</td>
			<td>Store at RT; Stock 100%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluo-4 AM*</td>
			<td>AAT Bioquest, Inc.</td>
			<td>20550</td>
			<td>Store at Freezer (-20&#176;C); Stock 5 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold Nanoparticles</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>742031</td>
			<td>Store at 2-8&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoSight Instrument</td>
			<td>Malvern Instruments, UK</td>
			<td>NS300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>98-4730</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Virkon Disinfectant</td>
			<td>LanXESS Energizing Company, Germany</td>
			<td>LSP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">*Fluorescence dyes are light sensitive; stock and aliquots should be stored in the dark at -20&#176;C.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

estimation of urinary nanocrystals in humans using calcium fluorophore labeling and nanoparticle tracking analysis

Nierstenen komen wereldwijd steeds vaker voor bij volwassenen en kinderen. De meest voorkomende soort niersteen bestaat uit calciumoxalaat (CaOx) kristallen. Kristallurie treedt op wanneer urine oververzadigd raakt met mineralen (bijv. calcium, oxalaat, fosfaat) en voorafgaat aan de vorming van niersteen. Standaardmethoden om kristallurie in steenvormers te beoordelen, omvatten microscopie, filtratie en centrifugeren. Deze methoden detecteren echter voornamelijk microkristallen en geen nanokristallen. Nanokristallen zijn in vitro schadelijker voor nierepitheelcellen dan microkristallen. Hier beschrijven we het vermogen van Nanoparticle Tracking analysis (NTA) om menselijke nanokristallen in de urine te detecteren. Gezonde volwassenen kregen een gecontroleerd oxalaatdieet voordat ze een oxalaatbelasting dronken om nanokristallen in de urine te stimuleren. Urine werd 24 uur voor en na de oxalaatbelasting verzameld. Monsters werden verwerkt en gewassen met ethanol om monsters te zuiveren. Urine nanokristallen waren bevlekt met de calciumbindende fluorofoor, Fluo-4 AM. Na het kleuren werden de grootte en het aantal nanokristallen bepaald met behulp van NTA. De bevindingen van deze studie tonen aan dat NTA nanokristallurie efficiënt kan detecteren bij gezonde volwassenen. Deze bevindingen suggereren dat NTA een waardevolle vroege detectiemethode van nanokristallijne bij patiënten met niersteenziekte kan zijn.

De bevindingen van deze studie tonen aan dat NTA efficiënt de gemiddelde grootte en concentratie van calcium kan detecteren die urinenanokristallen in menselijke urine bevatten. Dit werd bereikt door gebruik te maken van de fluorofoor, Fluo-4 AM en nanodeeltjes tracking analyse. Fluo-4 AM was in staat om zich te binden aan zowel CaOx- als CaP-kristallen. Zoals weergegeven in figuur 3A,werden CaOx-kristallen tussen 50-270 nm groot en hebben ze een gemiddelde concentratie van 1,26 x 109<...

Watch this Scientific Journal Video about Estimation of Urinary Nanocrystals in Humans using Calcium Fluorophore Labeling and Nanoparticle Tracking Analysis at JoVE.com

Estimation of Urinary Nanocrystals in Humans using Calcium Fluorophore Labeling and Nanoparticle Tracking Analysis

Het doel van deze studie was om te bepalen of nanodeeltjestrackinganalyse (NTA) urinecalcium met nanokristallen van gezonde volwassenen kon detecteren en kwantificeren. De bevindingen van de huidige studie suggereren dat NTA een potentieel hulpmiddel kan zijn om urinaire nanokristallen tijdens niersteenziekte te schatten.

Schatting van urinenanokristallen bij mensen met behulp van calciumfluorofooretikettering en nanodeeltjestrackinganalyse

Kidney stones are becoming more prevalent worldwide in adults and children. The most common type of kidney stone is comprised of calcium oxalate (CaOx) ...

Dit protocol kan specifiek calciumhoudende nanokristallen in menselijke urine detecteren. Deze techniek kan mogelijk nuttig zijn om vroege stadia van niersteenvorming en andere ziekten geassocieerd met kristal ureum te voorspellen. Dr.Parveen Kumar, onderzoeker IV in mijn laboratorium, demonstreert de procedure.Laat deelnemers drie dagen lang een laag-oxalaatdieet consumeren en 's nachts vasten. Verzamel vervolgens een 24-uurs urinemonster van de deelnemers voordat ze een oxalaatbelasting consumeren. Voed de deelnemers met een smoothie met groenten en fruit met een oxalaatlading van ongeveer acht millimol.Laat deelnemers hun urine 24 uur na oxalaatconsumptie verzamelen en de volgende dag terugbrengen. Houd alle urinemonsters op kamertemperatuur voordat u ze verwerkt. Meet en registreer de pH van de urine en het volume van de urinemonsters.Meng grondig en voeg 50 milliliter urine toe aan een steriele 50 milliliter conische buis. Centrifugeer het monster gedurende 10 minuten op 10 minuten op 10 g met behulp van een bench-top centrifuge. Gooi het supernatant weg en was en resuspend de pellet opnieuw met vijf milliliter 100% ethanol.Centrifugeer het monster gedurende 10 minuten op 10 minuten op 10 g met behulp van een bench-top centrifuge. Gooi het supernatant weg en resuspendeer de pellet in één milliliter 100%ethanol. Bewaar het monster op min 20 graden Celsius voor latere verwerking of ga onmiddellijk verder met het kleuren van de monsters.Verdun gouden nanodeeltjes ter grootte van 100 nanometer in ultrapure water in een verhouding van 1:1,000 en gebruik ze voor het optimaliseren van de instellingen op het instrument. Verdun de urinemonsters 20 keer in water voorafgaand aan de kleuring met vijf millimolar Fluo-4 AM gedurende 30 minuten in het donker en analyseer de monsters met behulp van NTA. Bereid calciumoxalaat- en calciumfosfaatkristallen voor zoals beschreven in het teksthandschrift voorafgaand aan de NTA-analyse.Schakel de computer en het instrument in, open vervolgens de software en schakel de camera in. Klik op het opnamepictogram in de linkerbovenhoek van het venster om de opnamemodus te starten. Reinig het platform door er eerst lucht in te pompen met een spuit van één milliliter totdat het platform schoon lijkt.Voeg voorzichtig twee tot drie keer water toe aan het apparaat en gebruik nog een spuit van één milliliter om eventuele luchtbellen te verwijderen. Zodra het platform schoon is, voegt u water toe en controleert u op eventuele verontreiniging op het oppervlak door de camera te bekijken en voegt u vervolgens gouden nanodeeltjes toe als een controle aan de injector van de monsterlaadpomp om het instrument in te stellen. Pas het cameraniveau op het scherm of op de knop aan de rechterkant van het instrument aan totdat het beeld gekleurde pixels begint weer te geven en verlaag vervolgens het cameraniveau.Pas vervolgens het scherm aan om de afbeelding te optimaliseren. Klik met de linkermuisknop op de videoafbeelding. Houd de linkermuisknop ingedrukt en sleep de afbeelding omhoog en omlaag om de hele weergave te krijgen.Stel de infusiesnelheid in en stel de camera zo in dat de gouden nanodeeltjes zichtbaar zijn op het camerascherm. Stel de infusiesnelheid in op hoog voor de eerste installatie om ervoor te zorgen dat de gouden nanodeeltjes worden gedetecteerd. Eenmaal gedetecteerd, vermindert u de snelheid tot 50 microliter per minuut om gouden nanodeeltjes te visualiseren.Pas het cameraniveau aan om de deeltjes te visualiseren. Voor niet-besmeurde monsters past u de schermversterking aan op niveau vijf om de camerafocus te bereiken en stelt u het cameraniveau in op acht. Zodra de focus is ingesteld, neemt u het monster op.Reinig het apparaat na optimalisatie opnieuw met water voordat u andere monsters beoordeelt om ervoor te zorgen dat de slang schoon is en dat er geen deeltjes aanwezig zijn. Om bevlekte monsters te analyseren, past u de camera aan de filterpositie aan die het geschikte fluorescerende filter bevat en laadt u verdunde en bevlekte monsters op de injector van de monsterlaadpomp, waardoor de snelheid wordt verminderd tot 20 microliters per minuut voor analyse. Stel de schermversterking in op vijf en het cameraniveau op 13.Sla de gegevens na elke meting op. Bereken het gemiddelde aantal nanodeeltjes voor alle vijf de metingen voor elk afzonderlijk monster en analyseer de gegevens met behulp van standaarddeviatie of standaardfout van het gemiddelde. Gebruik T-tests voor gekoppelde analyse.Fluo-4 AM was in staat om zich te binden aan zowel calciumoxalaatkristallen, die tussen de 50 en 270 nanometer groot waren en een gemiddelde concentratie hadden van 1, 260 miljoen deeltjes per milliliter, als calciumfosfaatkristallen, die tussen de 30 en 225 nanometer lagen en een gemiddelde concentratie van 2,220 miljoen deeltjes per milliliter hadden. 24-uurs urinemonsters verzameld vóór de oxalaatbelasting bevatten enkele urinenanokristallen tussen 110 en 300 nanometer groot. Daarentegen was er een aanzienlijke toename van nanokristallen in urinewegmonsters die aanwezig waren in postoxalaatmonsters.Om de reproduceerbaarheid van de methode te bevestigen, werden de monsters driemaal gemeten en was er geen significante variatie in technische replicaties. Wanneer u dit protocol probeert, kan het moeilijk zijn om monsters zonder bellen aan de machine toe te voegen. Om dit te voorkomen, voegt u lucht en water toe aan de machine en voegt u vervolgens langzaam monsters toe.Zorg er ook voor dat u uw monsters voortdurend controleert en dat er geen bellen aanwezig zijn. Deze nieuwe methode zal worden getest bij personen met calciumoxalaat niersteenziekte om de progressie van de ziekte te volgen en/of om het risico op niersteen te voorspellen.

Research

JoVE Journal

Medicine

Evaluation of Nanoparticle Uptake in Tumors in Real Time Using Intravital Imaging

Evaluatie van de Nanodeeltje Opname in Tumoren in real time via intravitale Imaging

Current technologies for tumor imaging, such as ultrasound, MRI, PET and CT, are unable to yield high-resolution images for the assessment of nanoparticle ...

Labeling Stem Cells with Ferumoxytol, an FDA-Approved Iron Oxide Nanoparticle

Labeling stamcellen met Ferumoxytol, een FDA-goedgekeurd ijzeroxide Nanodeeltje

Stem cell based therapies offer significant potential for the field of regenerative medicine. However, much remains to be understood regarding the in vivo ...

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

In vivo 19 F MRI voor mobiele Tracking

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. ...

Carotid Artery Infusions for Pharmacokinetic and Pharmacodynamic Analysis of Taxanes in Mice

Halsslagader Infusions voor farmacokinetische en farmacodynamische analyse van Taxanen in Muizen

When proposing the use of a drug, drug combination, or drug delivery into a novel system, one must assess the pharmacokinetics of the drug in the study ...

Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans

Inductie en beoordeling van exertionele Skeletal spierbeschadiging in Humans

Contraction-induced muscle damage via voluntary eccentric (lengthening) contractions offers an excellent model for studying muscle adaptation and recovery ...

A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans

Een Model klinisch relevante Hypoxie bij mensen simuleren

In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

In vivo Tracking van Oedema Ontwikkeling En Microvasculaire Patologie In Een Model Van Experimentele Cerebrale Malaria Met Magnetic Resonance Imaging

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

Comparing Bibliometric Analysis Using PubMed, Scopus, and Web of Science Databases

Het vergelijken van bibliometrische analyse met behulp van PubMed, Scopus en web of Science databases

Literature databases (i.e., PubMed, Scopus, and Web of Science) differ in terms of their coverage, focus, and the tool they provide. PubMed focuses mainly ...

Estimation of Nephron Number in Whole Kidney using the Acid Maceration Method

Schatting van het Nephron aantal in hele nieren met behulp van de zure methode

Nephron endowment refers to the total number of nephrons an individual is born with, as nephrogenesis in humans is completed by 36 weeks of gestation and ...

High-Throughput Analysis of Optical Mapping Data Using ElectroMap

High-throughput analyse van optische toewijzingsgegevens met behulp van ElectroMap

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we ...