L'utilisation de l'IRM de terrain ultra-haute dans les modèles petit rongeur de la maladie polykystique des reins pour<em> In Vivo</em> Phénotypage 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

Maladie polykystique des reins (PKD) comprend un groupe de maladies monogéniques caractérisées par le développement de kystes rénaux. Parmi eux se trouvent autosomique dominante polykystose rénale (PKD) et maladie polykystique rénale autosomique récessive (ARPKD), qui représentent les types les plus communs ^1,2. ADPKD, la forme la plus fréquente des maladies rénales héréditaires kystique, est originaire par des mutations dans les gènes PKD1 ou PKD2. Elle est caractérisée par d'apparition tardive, de multiples kystes rénaux bilatéraux, accompagné par des kystes extra-rénale différents, ainsi que des anomalies cardiovasculaires et musculaires squelettiques. ARPKD, la plupart des nouveau-nés et qui influencent généralement les jeunes enfants, est causée par des mutations dans PKHD1 et se caractérise par les reins échogènes agrandies et la fibrose hépatique congénitale ^3.

Fait important, la PKD est caractérisé par une hétérogénéité, à la fois au niveau du gène (génique) et mutation (allylique) niveaux, ce qui entraîne p substantiellela variabilité henotypic. Des mutations dans le gène PKD1 sont associés à de graves présentation clinique (nombreux kystes, le diagnostic précoce, l'hypertension et l'hématurie), ainsi que la progression rapide de mettre fin à l'insuffisance rénale (20 ans plus tôt que les patients présentant des mutations PKD2) ^4. Maladie grave du foie polykystique (PLD) et des anomalies vasculaires peuvent être associés à des mutations dans deux PKD1 et PKD2 ^5. La plupart des complications rénales d'PKRAD se pose principalement en raison de l'expansion du kyste ainsi que l'inflammation et la fibrose associée. le développement de kyste commence in utero et se poursuit à travers la durée de vie du patient. Les reins maintiennent généralement leur forme réniforme même si elles pourraient atteindre plus de 20 fois le volume normal du rein. La plupart des patients présente la distribution bilatérale de kystes rénaux, mais dans certains cas inhabituels, le kyste peut se développer dans un modèle unilatéral ou asymétrique.

Un challen majeurege néphrologues suivi des patients atteints ADPKD ou la mise en œuvre des thérapies est l'histoire naturelle de la maladie. Pendant la majeure partie de sa course, la fonction rénale et reste normale au moment où la fonction rénale commence à diminuer, la plupart des reins ont été remplacés par des kystes. Lorsque thérapies sont mises en œuvre à des stades ultérieurs, il est moins susceptible d'être couronnée de succès puisque le patient peut déjà avoir atteint un point de non-retour dans la maladie rénale chronique. En revanche, lorsque les traitements sont mis en marche à un stade précoce, il est difficile d'identifier une réponse basée uniquement sur le taux de filtration glomérulaire. En conséquence, la notion de volume de rein comme un marqueur de la progression de la maladie a attiré l'attention.

Le Consortium pour la radiologie imagerie études de rein Maladie polykystique (CRISP) étude a montré que chez les patients atteints ADPKD l'augmentation des reins et du kyste volumes corrélation directe avec la détérioration de la fonction rénale, en soulignant le potentiel du volume total du rein (TKV) que commeurrogate marqueur de la progression de la maladie ^6,7. Par conséquent, TKV est actuellement utilisé comme critère principal ou secondaire dans plusieurs essais cliniques contre ADPKD ^2,8,9.

Modèles murins multiples, y compris des mutations spontanées et génétiquement ont mis en lumière la pathogenèse de la PKD ^10,11. Modèles Pkd1 ou PKD2 (mutations dans les deux Pkd1 ou PKD2) sont devenus les plus populaires, comme ils imitent parfaitement la maladie humaine. En outre, des modèles de rongeurs avec des mutations dans des gènes autres que le ou les gènes PKD1 PKD2 ont été utilisés comme une plate-forme expérimentale à élucider des voies liées à la maladie de signalisation. En outre, plusieurs de ces modèles ont été utilisés pour tester des thérapies potentielles. Cependant, un facteur limitant dans de nombreuses études sur les rongeurs pour PKD est souvent le manque de méthodes non invasives efficaces pour analyser successivement les changements anatomiques et fonctionnelles dans le rein.

R magnétiqueImagerie esonance (IRM) est la technique d'imagerie standard actuel de l'or de suivre les patients PKRAD, fournissant un excellent contraste des tissus mous et le détail anatomique, et permettant des mesures de TKV. Même si l'IRM est bien établi pour l'imagerie anatomique dans les grandes animaux et les humains, l'imagerie in vivo de petits rongeurs entraîne des défis techniques supplémentaires, où la capacité d'acquérir des images à haute résolution peut limiter son utilité. Avec l'introduction de ultra-haut champ (UHF) IRM (7 à 16,4 T) et le développement de gradients forts, il est maintenant possible d'obtenir plus élevé des rapports signal sur bruit et la résolution spatiale des images d'IRM d'une qualité semblable à celle de diagnostic obtenue chez l'homme. Par conséquent, l'utilisation de l'IRM pour UHF imagerie in vivo de petits modèles de rongeurs pour PKD est devenue un outil puissant pour les chercheurs.

Protocol

Avant de commencer toute procédure avec des animaux vivants, des protocoles expérimentaux doivent être approuvés par le soin des animaux et l'utilisation comité institutionnel (IACUC). 1. Configuration Scanner Avant de commencer, assurez-vous que le chauffe-eau est en position OFF. Sélectionnez la mini gradient d'imagerie et bobine RF 38 mm et mini titulaire d'imagerie. Dans l'alésage central de la titulaire installer l'assemblage de …

Representative Results

Dans ce manuscrit, nous cherchons à montrer l'utilité de UHF IRM comme outil pour la caractérisation phénotypique in vivo ou la surveillance de la drogue dans des modèles de rongeurs pour PKD et d'autres maladies du rein. Toutes les expériences ont fait partie de protocoles expérimentaux approuvés par le IACUC. Dans phénotypage in vivo de petits modèles de rongeurs pour PKD utilisant UHF IRM: Toutes les études d'imag…

Discussion

Ce manuscrit montre la faisabilité de l'utilisation de l'IRM UHF comme un outil pour la caractérisation phénotypique in vivo ou la surveillance de la drogue dans des modèles de rongeurs pour PKD.

Nous décrivons des expériences effectuées à 16,4 T avec un large alésage Avance III haute résolution du spectromètre RMN équipé d'accessoires d'imagerie micro et mini. Le spectromètre a été tirée par le logiciel d'acquisition et de traitement TopSpin2.0P…

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