대한 다낭성 신장 질환의 작은 설치류 모델에서 매우 높은 필드 MRI의 사용<em> 생체</em> 표현형 의약품 모니터링
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
다낭성 신장 질환 (PKD)는 신장 낭의 발달을 특징으로 단일 유전자 질환의 군을 포함한다. 그 중 상 염색체 우성 다낭성 신장 질환 (ADPKD)과 염색체 – 열성 다낭성 신장 질환의 가장 일반적인 유형 1, 2를 나타냅니다 (ARPKD)이다. ADPKD, 유전성 신장 낭종 성 질환의 가장 흔한 형태는 PKD1 또는 PKD2 유전자의 돌연변이에 의해 유래. 그것은 후기 발병, 여러 양측 신장 낭종, 변수 여분 신장 낭종을 동반뿐만 아니라 심장 혈관과 근육 골격의 이상을 특징으로한다. ARPKD, 가장 일반적으로 영향을 미치는 신생아 및 어린 아이들, PKHD1 돌연변이에 의해 발생 및 확대 에코 신장과 선천성 간 섬유증 3을 특징으로한다.
중요한 것은, ADPKD 모두 상당한 P 결과 유전자 (제닉)과 변이 (대립 유전자) 수준에서 이질성이 특징입니다henotypic 변화. PKD1 유전자의 돌연변이는 심한 임상 양상 (다수의 낭종, 조기 진단, 고혈압, 및 혈뇨),뿐만 아니라 (PKD2 돌연변이를 가진 환자는 20 년 전) 신장 질환 단계를 종료하는 빠른 진행과 관련된 4. 심한 다낭성 간 질환 (PLD)과 혈관 이상은 PKD1과 PKD2 5 모두에 돌연변이와 연관 될 수 있습니다. ADPKD의 신장 합병증의 대부분은 연관된 염증 및 섬유증과 함께 낭종 팽창의 결과로 주로 발생한다. 낭종 개발은 자궁에서 시작하여 환자의 일생을 통해 계속됩니다. 신장은 보통 20 개 이상의 배 정상 신장 볼륨에 도달 할 수에도 불구하고 자신의 콩팥 모양의 모양을 유지한다. 신장 낭종의 환자 현재 양측 분포의 대부분은, 그러나 어떤 특별한 경우에, 낭종은 일방적 또는 비대칭 패턴으로 개발할 수 있습니다.
주요 challen신장 내과는 ADPKD 환자를 다음 또는 치료를 구현하기위한 GE는 질병의 자연 경과입니다. 그 과정의 대부분 동안, 신장 기능은 정상 유지 및 신장 기능이 감소하기 시작하는 시간, 신장의 대부분은 낭종에 의해 대체되었습니다. 치료법은 나중 단계에서 구현 될 때, 이는 환자가 이미 만성 신장 질환의 귀환 포인트에 도달 할 수 있기 때문에 성공하기 어렵다. 치료는 초기 단계에서 시작되는 경우 반대로, 그것은 전적으로 사구체 여과율에 기초한 응답을 식별하는 것이 곤란하다. 그 결과, 질병 진행의 마커로서 신장 용적의 개념은 주목을 받았다.
ADPKD 환자에서 신장 낭종 볼륨의 증가는 직접 한 총 신장 볼륨 (TKV)의 잠재력을 강조, 신장 기능 저하와 관련이 있음을 다낭성 신장 질환 (선명한) 연구의 방사선 영상 연구 컨소시엄을 보여 주었다질병 진행의 6,7에 대한 urrogate 마커. 따라서, TKV 현재 ADPKD 2,8,9에 대한 여러 임상 시험에서 기본 또는 보조 엔드 포인트로 사용됩니다.
여러 쥐 모델을 포함 자발적인 돌연변이와 유전자 조작은 PKD 10, 11의 발병 기전을 밝혀왔다. Pkd1 또는 Pkd2 모델 (Pkd1 또는 Pkd2 중 하나에 돌연변이), 그들이 완벽하게 모방 인간의 질병에서 가장 인기있는 사람이되었다. 또한 Pkd1 또는 Pkd2 유전자 이외의 유전자 돌연변이 쥐 모델 질환과 관련된 신호 전달 경로 해명 실험 플랫폼으로 사용되어왔다. 또한, 이들 모델의 몇몇 잠재적 인 치료법을 테스트하는 데 사용되어왔다. 그러나, PKD 많은 설치류 연구에 제한 요소를 순차적으로 신장 해부학 적 및 기능적 변화를 분석하는 효율적인 비 침습적 방법은 종종 부족하다.
자기 Resonance 이미징 (MRI)이 우수한 부드러운 티슈 콘트라스트 및 해부학 상세를 제공하고 있으나 TKV 측정을 허용 ADPKD 환자를 따르는 전류 금 표준 영상 법이다. MRI가 아니라 생체 내에서 더 큰 동물과 인간, 촬상 작은 설치류에서 해부학 촬상 수립 되더라도 높은 해상도의 이미지를 획득 할 수있는 능력이 그 유용성을 제한 할 수있는 추가의 기술적 도전을 수반한다. 초고 필드 (UHF) MRI (7-16.4 T)과 강한 구배 현상의 도입으로, 이것은 유사한 잡음비 및 진단 품질 MRI 화상의 공간 해상도 신호 – 더 달성하는 것이 가능하다 인간에서 얻어진. 따라서, PKD에 대한 작은 설치류 모델의 생체 내 이미징을위한 UHF MRI의 사용은 연구를위한 강력한 도구가되고있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 원고는 생체 표현형 특성 또는 PKD에 대한 설치류 모델에서 약물 모니터링을위한 도구로 UHF 자기 공명 영상 사용의 가능성을 보여줍니다.
우리는 넓은 구멍 마이크로 미니 이미징 액세서리를 갖춘 이동이다 III 고해상도 NMR 분광계와 16.4 T에서 수행 실험을 설명합니다. 분광계는 Paravision 5.1 이미징 소프트웨어에 의해 제어 TopSpin2.0PV 취득 및 처리 소프트웨어에 의해 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Drs. Xiaofang Wang and Katharina Hopp for their invaluable help with the animal models. This work has been supported by grants from the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, National Institutes of Health (DK090728, DK058816).
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 |
Riferimenti
- Torres, V. E., Harris, P. C. Autosomal dominant polycystic kidney disease: the last 3 years. Kidney Int. 76, 149-168 (2009).
- Chapman, A. B., et al. Kidney volume and functional outcomes in autosomal dominant polycystic kidney disease. Clinical journal of the American Society of Nephrology : CJASN. 7, 479-486 (2012).
- Torres, V. E., Harris, P. C. Polycystic kidney disease: genes, proteins, animal models, disease mechanisms and therapeutic opportunities. J Intern Med. 261, 17-31 (2007).
- Hateboer, N., et al. Comparison of phenotypes of polycystic kidney disease types 1 and 2 European PKD1-PKD2 Study Group. Lancet. 353, 103-107 (1999).
- Rossetti, S., et al. Association of mutation position in polycystic kidney disease 1 (PKD1) gene and development of a vascular phenotype. Lancet. 361, 2196-2201 (2003).
- Chapman, A. B., et al. Renal structure in early autosomal-dominant polycystic kidney disease (ADPKD): The Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease (CRISP) cohort. Kidney international. 64, 1035-1045 (2003).
- Grantham, J. J., et al. Volume progression in polycystic kidney disease. N Engl J Med. 354, 2122-2130 (2006).
- Schrier, R. W., et al. Blood Pressure in Early Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease. The New England journal of medicine. , (2014).
- Torres, V. E., et al. Angiotensin Blockade in Late Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease. The New England journal of medicine. , (2014).
- Wilson, P. D. Mouse models of polycystic kidney disease. Curr Top Dev Biol. 84, 311-350 (2008).
- Happe, H., Peters, D. J. Translational research in ADPKD: lessons from animal models. Nature reviews. Nephrology. , (2014).
- Frahm, J., Haase, A., Matthaei, D. Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 3, 321-327 (1986).
- Bae, K. T., et al. Magnetic resonance imaging evaluation of hepatic cysts in early autosomal-dominant polycystic kidney disease: the Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease cohort. Clin J Am Soc Nephrol. 1, 64-69 (2006).
- Hossack, K. F., Leddy, C. L., Johnson, A. M., Schrier, R. W., Gabow, P. A. Echocardiographic findings in autosomal dominant polycystic kidney disease. N Engl J Med. 319, 907-912 (1988).
- Lumiaho, A., et al. Mitral valve prolapse and mitral regurgitation are common in patients with polycystic kidney disease type 1. American journal of kidney diseases : the official journal of the National Kidney Foundation. 38, 1208-1216 (2001).
- Vallee, J. P., Ivancevic, M. K., Nguyen, D., Morel, D. R., Jaconi, M. Current status of cardiac MRI in small animals. Magma. 17, 149-156 (2004).
- Epstein, F. H. MR in mouse models of cardiac disease. NMR Biomed. 20, 238-255 (2007).
- Bloomgarden, D. C., et al. Global cardiac function using fast breath-hold MRI: validation of new acquisition and analysis techniques. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 37, 683-692 (1997).
- Larson, A. C., et al. Self-gated cardiac cine MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 93-102 (2004).
- Smith, J. C., Corbin, T. J., McCabe, J. G., Bolon, B. Isoflurane with morphine is a suitable anaesthetic regimen for embryo transfer in the production of transgenic rats. Laboratory animals. 38, 38-43 (2004).
- Ahrens, E. T., Srinivas, M., Capuano, S., Simhan, H. N., Schatten, G. P. Magnetic resonance imaging of embryonic and fetal development in model systems. Methods Mol Med. 124, 87-101 (2006).
- Zhou, R., Pickup, S., Glickson, J. D., Scott, C. H., Ferrari, V. A. Assessment of global and regional myocardial function in the mouse using cine and tagged MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 760-764 (2003).
- Stimpfel, T. M., Gershey, E. L. Selecting anesthetic agents for human safety and animal recovery surgery. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 5, 2099-2104 (1991).
