Het gebruik van ultra-hoge gebied MRI in kleine knaagdieren Modellen van Polycystic voor<em> In Vivo</em> Fenotypering and Drug Monitoring

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

Polycystische nierziekte (PKD) een groep monogene stoornissen gekenmerkt door de ontwikkeling van renale cysten. Onder hen zijn autosomaal dominante polycystische nierziekte (ADPKD) en autosomaal recessieve polycystische nierziekte (ARPKD), die de meest voorkomende soorten ^1,2 vertegenwoordigen. ADPKD, de meest voorkomende vorm van erfelijke renale cystic ziekten, is ontstaan ​​door mutaties in het PKD1 of PKD2 genen. Het wordt gekenmerkt door late-onset, verschillende bilaterale renale cysten, vergezeld van variabele extrarenale cysten, en hart- en spier skeletafwijkingen. ARPKD, meestal invloed baby's en jonge kinderen, wordt veroorzaakt door mutaties in PKHD1 en wordt gekenmerkt door vergroting echogene nieren en aangeboren leverfibrose ^3.

Belangrijk is ADPKD gekenmerkt door heterogeniteit, zowel op het gen (gene) en mutatie (allelische) niveau, wat resulteert in aanzienlijke phenotypic variabiliteit. Mutaties in het PKD1-gen worden geassocieerd met ernstige klinische presentatie (talrijke cysten, vroegtijdige diagnose hypertensie en hematurie), en voor de snelle progressie naar eindstadium nierziekte (20 jaar eerder dan patiënten met PKD2 mutaties) ^4. Ernstige polycysteuze leverziekte (PLD) en vasculaire abnormaliteiten kan worden geassocieerd met mutaties in zowel PKD1 en PKD2 ^5. De meerderheid van renale complicaties van ADPKD ontstaan ​​voornamelijk als gevolg van de cyste expansie samen met bijbehorende ontsteking en fibrose. Cyste ontwikkeling begint in de baarmoeder en gaat door de patiënt leven. Nieren meestal behouden hun vorm reniform hoewel ze meer dan 20 maal de normale nier volume kon bereiken. De meeste patiënten onderhavige bilaterale verdeling van renale cysten, maar in sommige bijzondere gevallen, cyste kan ontstaan ​​bij een unilaterale of asymmetrisch.

Een belangrijke Challenge voor nefrologen volgende patiënten met ADPKD of uitvoering therapieën is de natuurlijke geschiedenis van de ziekte. Gedurende het grootste deel van zijn traject, de nierfunctie normaal blijft en toen de nierfunctie verder afneemt, hebben de meeste van de nieren vervangen door cysten. Wanneer therapieën in een later stadium worden uitgevoerd, is het minder waarschijnlijk om succesvol te zijn, omdat de patiënt kan al een point of no return in chronische nierziekte hebben bereikt. Wanneer daarentegen therapie gestart in een vroeg stadium, is het moeilijk om een ​​antwoord uitsluitend gebaseerd op glomerulaire filtratiesnelheid identificeren. Dientengevolge, het begrip volume nieren als marker van ziekteprogressie aandacht gekregen.

Het Consortium voor Radiologic Imaging Studies van polycysteuze nierziekte (CRISP) studie heeft aangetoond dat bij patiënten met ADPKD de stijging van de nieren en de cyste volumes direct correleert met de verslechtering van de nierfunctie, het benadrukken van het potentieel van Total Kidney Volume (TKV) alsurrogate marker voor progressie van de ziekte ^6,7. Bijgevolg wordt TKV momenteel gebruikt als primaire of secundaire eindpunt in meerdere klinische studies voor ADPKD ^2,8,9.

Meerdere muismodellen waaronder spontane mutaties en genetisch gemanipuleerde hebben licht werpen op de pathogenese van PKD ^10,11. PKD1 of PKD2 modellen (mutaties in beide PKD1 of PKD2) zijn uitgegroeid tot de meest populaire, omdat ze perfect nabootsen menselijke ziekte. Daarnaast zijn knaagdiermodellen met mutaties in andere dan PKD1 of PKD2-genen genen gebruikt als experimenteel platform te helderen signaalwegen betrekking tot de ziekte. Bovendien zijn verscheidene van deze modellen zijn gebruikt om mogelijke therapieën te testen. Echter een beperkende factor in veel knaagdieren studies PKD vaak het gebrek aan efficiënte niet-invasieve methoden sequentieel analyseren anatomische en functionele veranderingen in de nier.

Magnetische resonance imaging (MRI) is de huidige gouden standaard beeldvormende techniek met ADPKD patiënten te volgen, uitstekende wekedelencontrast en anatomische details, en waardoor TKV metingen. Hoewel MRI is vaste anatomische beeldvorming in grotere dieren en mensen, imaging kleine knaagdieren in vivo veroorzaakt hogere technische uitdagingen, waarbij het ​​vermogen om hoge resolutie beelden te verkrijgen zijn nut kan beperken. Met de introductie van Ultra-high veld (UHF) MRI (7-16,4 T) en de ontwikkeling van sterkere verlopen, is het nu mogelijk om hogere bereiken signaal-ruisverhoudingen en de ruimtelijke resolutie van MRI beelden met een diagnostische kwaliteit vergelijkbaar met die verkregen bij de mens. Bijgevolg is het gebruik van UHF MRI voor in vivo beeldvorming van kleine diermodellen voor PKD is een krachtig hulpmiddel voor onderzoekers.

Protocol

Voordat u begint met de procedures met levende dieren, moeten experimentele protocollen worden goedgekeurd door de institutionele dierlijke zorg en gebruik Comite (IACUC). 1. Scanner Configuration Voordat u begint, zorg ervoor dat de kachel in de stand OFF. Selecteer de mini-imaging gradiënt en 38 mm RF-spoel en mini-imaging houder. In de centrale boring van de houder installeer de variabele temperatuur montage. 2. Animal Voorb…

Representative Results

In dit manuscript, willen we het nut van UHF MRI als een instrument voor in vivo fenotypische karakterisering of drug monitoring in knaagdiermodellen voor PKD en andere nierziekten te tonen. Alle van de experimenten maakten deel uit van experimentele protocollen door de IACUC goedgekeurd. In vivo fenotypering van kleine knaagdieren modellen voor PKD met UHF MRI: Alle imaging studies naar levende dieren onder isofluraan anesthesie met een Bruker AVA…

Discussion

Dit manuscript toont de haalbaarheid van het gebruik van UHF MRI als een instrument voor in vivo fenotypische karakterisering of drug monitoring in knaagdiermodellen voor PKD.

We beschrijven experimenten gedaan op 16.4 T met een brede boring Avance III hoge resolutie NMR-spectrometer uitgerust met micro en mini imaging accessoires. De spectrometer werd gedreven door de acquisitie en processing software TopSpin2.0PV bestuurd door Paravision 5.1 imaging software. Omdat het knaagdier g…

Materials

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