Determination of glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard to assess overall kidney function. However, traditional procedures to measure this parameter are cumbersome and require a large investment of time. Here we describe a faster and minimally invasive method to determinate GFR transcutaneously.
Glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard to assess overall kidney function. However, traditional methods to evaluate GFR are cumbersome and time-consuming. In addition, serial blood or urine samples are required, with the associated stress for the experimental animals. A recent technique significantly reduces the investment in time and resources, minimizing the invasiveness and the animal stress, but being equally valid as the traditional approaches. The method measures transcutaneously renal function. Using an optical device and the exogenous renal marker fluorescein isothiocyanate (FITC)-sinistrin, this technique is capable of measuring the elimination kinetics of the marker through the skin. With neither blood nor urine samples nor the associated laboratory assays needed, the results of the transcutaneous measurement are almost instantaneously available. The method has been already validated in different species and successfully applied in several models of renal pathology. Moreover, due to its minimally invasive characteristics, it is suitable for sequential measurements within the same animal. Here is provided a detailed protocol to carry out the transcutaneous assessment of renal function in rodents.
Glomerulusfiltration (GFR) är den bästa parametern för att bedöma övergripande njurfunktion. Guldmyntfoten för att bestämma GFR är beroende av urin eller plasma clearance av exogena njur markörer, såsom inulin 1. Emellertid är dessa förfaranden är tidskrävande och komplicerad, vilket kräver insamling av serie blod och / eller urinprov och posteriora laboratorieanalyser för sin analys. Dessutom är dessa metoder är invasiva och påfrestande för djuren, vilket begränsar det antal gånger och frekvens, i vilken mätningarna kan upprepas. Ett antal alternativa metoder har utvecklats för att förenkla de klassiska förfaranden för att fastställa GFR, men de förlitar sig fortfarande på urin och plasma provtagning 2-4 och / eller kräver djupa anestesi 5,6, som är kända för att påverka njur hemodynamik och funktion 7, 8. Slutprodukter av metabolism, såsom kreatinin, används också allmänt för att uppskatta njurfunktion. Emellertid är det känt att accurACY av dessa endogena markörer är inte optimal och dessutom att analysera dem, är urin eller blodprover också oumbärlig.
Här beskriver vi en transkutan metod för att bedöma njurfunktion hos medvetna djur. Denna metod är enklare och snabbare än traditionella metoder samt endast minimalt invasiva. Med denna teknik, med hjälp av en miniatyriserad optisk anordning och det exogena renal markör fluoresceinisotiocyanat (FITC) -sinistrin, är det möjligt att bestämma njurfunktion nästan i realtid utan behov av plasma eller urin provtagning och utan kirurgisk kateterisering för substansadministration. På grund av dessa egenskaper är metoden lämplig att utföra sekventiella mätningar i samma djur.
FITC-sinistrin är en njur markör fritt filtreras av glomerulus, utan tubulär reabsorption eller utsöndring. Den optiska delen av den miniatyriserade anordning består av två lysdioder (LED), vilka exciterarden administrerade markör och en fotodiod för att detektera fluorescens som emitteras genom huden. De angivna uppgifterna skall lagras i det interna minnet integrerade i anordningen och de kan användas för att generera den FITC-sinistrin elimineringskinetiken kurva. Strömförsörjningen av en liten uppladdningsbart litiumbatteri. För mer detaljerad information om enheten och dess enskilda komponenter avser Schreiber et al. 9. Anordningen monteras enkelt på djurkroppen med användning av en dubbelsidig självhäftande lapp bär ett transparent fönster för de optiska komponenterna. Resultaten finns tillgängliga efter registreringsperioden är över.
Med metoden och protokoll som avses här presenterar vi en lovande teknik som kan ersätta det nuvarande guldmyntfoten för att bestämma GFR, inte bara i forskning, men även inom det kliniska området.
Föreliggande dokument beskriver förfarandet för att bestämma njurfunktionen hos medvetna gnagare med hjälp av en miniatyriserad enhet och det exogena njur markör FITC-sinistrin. Som nämnts tidigare, har denna metod flera fördelar i jämförelse med traditionella förfaranden av urin och plasmaclearance. En av dem är oberoende av blod och urin provtagning, vilket leder till stora besparingar i form av förbrukningsvaror, tid och, naturligtvis, djur stress.
Som framgår av tabell 2, den exogena njur markör FITC-sinistrin och mätning av dess elimineringskinetik genom huden tillåta effekterna av njur patologier på njurfunktionen som ska studeras 9,10,14-18. Serie insamling av blodprover som krävs för att bedöma plasmaclearance eller biomarkörer av njursjukdom är stressande för djuret, besvärliga och tidskrävande för forskarna. Därför har sekventiella mätningar inom samma djur varit limsas av djurens välbefinnande och metodologiska skäl. Det visade sig vara inom-djur reproducerbarhet transkutan mätning 13 gör det till en idealisk metod för att upptäcka förändringar i njurfunktionen på grund av sjukdomsprogression eller åldrande. Av samma skäl kan det också vara mycket användbara för att studera effektiviteten av terapeutiska tillvägagångssätt.
Två viktiga steg för en framgångsrik tillämpning av denna teknik är fixeringen av den optiska enheten på djuret och korrekt administration av markören. Enheten måste vara lämpligt fast för att undvika rörelse artefakter. För detta ändamål, är av avgörande betydelse att förhindra fastsättning och borttagning av den dubbelsidiga självhäftande plåster eftersom det kan leda till förlust av dess vidhäftande egenskaper och i slutändan en olämplig fixering på djuret. Som nämnts i protokollet, immobilisering och skydd av den optiska enheten genom att täcka den med tejp är ett effektivt sätt att säkerställa en Adequate fixering. När man utför FITC-sinistrin bolusinjektion är det viktigt att administrera alla ämnet intravenöst och inte subkutant. Frisläppandet av markören i den subkutana vävnaden kan lätt identifieras av en gul ring cirklar svansen av djur som framställts genom FITC-sinistrin egen färg. En subkutan injektion manifesterar vanligtvis som en flackare kurva och långvarig markör utsöndring tid. Den möjliga begränsning med denna metod är mer relaterade till markören används än med tekniken per se. När ett ödem förekommer i huden på ett djur, skulle transkutan bedömning av njurfunktionen inte rekommenderas, eftersom det finns en annan avdelning som kan påverka utsöndringen dynamiken i FITC-sinistrin. På liknande sätt kan pigmenterad hud begränsa användningen av tekniken på grund av att den överlappande excitations- och emissionsspektra av FITC-sinistrin och melanin. Men i djur med hudpigmentering fläckvis, löses problemet genom att placera den optiskaen del av anordningen i en opigmenterad område.
Det är möjligt att modifiera olika aspekter av den transkutana bedömning av njurfunktion, för att anpassa förfarandet till olika djurarter och / eller inflygning. Till exempel kan den rekommenderade FITC-sinistrin dosering eller längden av mätningen justeras beroende på målet med experimentet såväl som för olika arter eller djurmodeller. Denna anpassningsförmåga metoden har redan bekräftats av dess framgångsrik tillämpning i olika arter av gnagare och flera typer av stammar med varierande hälsotillstånd. Dessutom har transkutan bedömning av njurfunktionen har nyligen godkänts i hundar och katter 12 med utmärkta resultat. På grund av att de obestridliga skillnaderna mellan dessa djur och gnagare, bestäms denna studie den lämpliga dosen av FITC-sinistrin för både, hundar och katter, och det utförs en mycket längre mättid, 4 timmar i stället för de 1 eller 2 timmar användningd hos gnagare.
Sammantaget användningen av denna teknik kan hjälpa oss att få mer exakta insikter i nefrologi, inklusive en bättre förståelse av njursjukdom progression och effekten av terapi. Egenskaperna hos den transkutana bedömning av njurfunktionen placerar den som en lämplig teknik som skall användas i human- och veterinär kliniska områden i framtiden, och bör betraktas som en lovande teknik för att ersätta den traditionella metoder.
The authors have nothing to disclose.
ZHP was supported by the Marie-Curie project: NephroTools.
NIC-Kidney device | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Software, batteries and chargers are provided together with the device/s. Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
FITC-sinistrin | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
Double-sided adhesive patch | Mannheim Pharma & Diagnostics GmbH | Orderings should be done through info@mapdiagnostics.com | |
Isis Rodent electric shaver | Braun Aesculap | GT420 | |
Isoflurane | Abbott GmbH | PZN4831850 | |
Leukosilk adhesive tape | BSN medical | 102200 | |
Tubular elastic gauze bandage | MaiMed Medical GmbH | 73012 | There are different sizes available. Size 1 is recommended for mice. |
Veet depilation cream | Reckitt Benckiser | PZN7768307 | Sensitive skin formulation is recommended as is more gentle with the skin of the animals |
Micro USB cable | Samsung | APCBU10BBE | |
Deltajonin Physiologic solution | AlleMan Pharma GmbH | 3366954 | Alternatively, it can be used saline or PBS |