El uso de ultra-alta MRI Field en Modelos pequeño roedor de la enfermedad renal poliquística para<em> En Vivo</em> Fenotipificación de Drogas y Vigilancia

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

Enfermedad renal poliquística (PKD) incluye un grupo de enfermedades monogénicas que se caracterizan por el desarrollo de quistes renales. Entre ellos se encuentran autosómica dominante enfermedad renal poliquística (PQRAD) y la enfermedad renal poliquística autosómica recesiva (ARPKD), que representan los tipos más comunes ^1,2. PQRAD, la forma más frecuente de las enfermedades quísticas renales hereditarias, se origina por mutaciones en los genes PKD1 o PKD2. Se caracteriza por la aparición tardía, múltiples quistes renales bilaterales, acompañado por quistes extrarrenales variables, así como anomalías esqueléticas cardiovasculares y musculares. ARPKD, la mayoría de los recién nacidos comúnmente afectan a niños y jóvenes, es causada por mutaciones en PKHD1 y se caracteriza por los riñones ecogénicos agrandados y la fibrosis hepática congénita ^3.

Es importante destacar que la PQRAD se caracteriza por la heterogeneidad, tanto en el gen (génica) y la mutación (alélica) niveles, lo que resulta en p sustancialvariabilidad henotypic. Las mutaciones en el gen PKD1 se asocian con la presentación clínica severa (numerosos quistes, el diagnóstico precoz, la hipertensión y hematuria), así como la rápida progresión a fase terminal de la enfermedad renal (20 años antes que los pacientes con mutaciones PKD2) ^4. La enfermedad grave del hígado poliquístico (PLD) y anormalidades vasculares pueden estar asociados con mutaciones en ambos PKD1 y PKD2 ^5. La mayoría de las complicaciones renales de la PQRAD surgen principalmente como consecuencia de la expansión del quiste junto con la inflamación y la fibrosis asociada. Desarrollo quiste comienza en el útero y continúa a través del curso de la vida del paciente. Los riñones normalmente mantienen su forma reniforme a pesar de que podrían alcanzar más de 20 veces el volumen normal del riñón. La mayoría de los pacientes presentan la distribución bilateral de quistes renales, pero en algunos casos inusuales, quistes pueden desarrollar en un patrón unilateral o asimétrica.

Un challen importantege para nefrólogos siguientes pacientes con PQRAD o la aplicación de terapias es la historia natural de la enfermedad. Durante la mayor parte de su curso, la función renal permanece normal y por el tiempo de la función renal comienza a disminuir, la mayoría de los riñones han sido sustituidos por los quistes. Cuando terapias se aplican en etapas posteriores, es menos probable que tenga éxito ya que el paciente ya puede haber alcanzado un punto de no retorno en la enfermedad renal crónica. En contraste, cuando las terapias se inician en las primeras etapas, es difícil identificar una respuesta basada únicamente en la tasa de filtración glomerular. Como resultado, la noción de volumen de riñón como un marcador de progresión de la enfermedad ganó la atención.

El Consorcio de Estudios por imágenes radiológicas de estudio renal poliquística Enfermedades (CRISP) ha demostrado que en los pacientes con PQRAD el aumento de los volúmenes de los riñones y del quiste se correlaciona directamente con el deterioro de la función renal, lo que subraya el potencial del volumen renal total (TKV) como comomarcador urrogate de ^6,7 progresión de la enfermedad. En consecuencia, TKV se utiliza actualmente como punto final primario o secundario en múltiples ensayos clínicos para PQRAD ^2,8,9.

Múltiples modelos murinos incluyendo mutaciones espontáneas y la ingeniería genética han arrojado luz sobre la patogénesis de la PKD ^10,11. Modelos PKD1 o PKD2 (mutaciones en cualquiera Pkd1 o PKD2) se han convertido en los más populares, ya que las enfermedades humanas perfectamente mímica. Además, los modelos de roedores con mutaciones en genes distintos de los genes PKD1 o PKD2 se han utilizado como una plataforma experimental para elucidar las rutas de señalización relacionadas con la enfermedad. Además, varios de estos modelos se han utilizado para probar posibles terapias. Sin embargo, un factor limitante en muchos estudios de roedores para la PKD es a menudo la falta de métodos no invasivos eficientes para analizar secuencialmente los cambios anatómicos y funcionales en el riñón.

R magnéticaimágenes esonance (RM) es la técnica de imagen actual estándar de oro para el seguimiento de pacientes con PQRAD, que proporciona un excelente contraste de tejidos blandos y detalles anatómicos, y permitiendo mediciones TKV. A pesar de que la RM está bien establecido para obtener imágenes anatómicas en los animales y los seres humanos más grandes, pequeños roedores de imágenes in vivo implica desafíos técnicos adicionales, en los que la capacidad de adquirir imágenes de alta resolución puede limitar su utilidad. Con la introducción de Ultra-alta de campo (UHF) MRI (7-16,4 T) y el desarrollo de gradientes fuertes, ahora es posible para lograr una mayor relación señal a ruido y la resolución espacial de las imágenes de resonancia magnética con una calidad de diagnóstico similares a la obtenido en los seres humanos. En consecuencia, el uso de UHF MRI para formación de imágenes in vivo de pequeños modelos de roedores para la PKD se ha convertido en una herramienta poderosa para los investigadores.

Protocol

Antes de iniciar cualquier procedimiento con animales vivos, los protocolos experimentales deben ser aprobados por el cuidado de los animales y el uso comité institucional (IACUC). 1. Configuración del escáner Antes de empezar, asegúrese de que el calentador esté en la posición OFF. Seleccione el Mini gradiente de imágenes y bobina de RF 38 mm y mini titular de imágenes. En el orificio central del soporte de instalar el conjunto de temperatura variable….

Representative Results

En este manuscrito, nuestro objetivo es mostrar la utilidad de UHF RM como una herramienta para la caracterización fenotípica en vivo o un control de drogas en modelos de roedores de PKD y otras enfermedades renales. Todos los experimentos fueron parte de los protocolos experimentales aprobados por la IACUC. En fenotipo vivo de pequeños modelos de roedores para PKD usando UHF MRI: Todos los estudios de imagen se realizaron en animales v…

Discussion

Este manuscrito muestra la viabilidad del uso de UHF MRI como herramienta para la caracterización fenotípica in vivo o un control de drogas en modelos de roedores para la PKD.

Se describe experimentos realizados en 16,4 T con un amplio orificio Avance III alta resolución espectrómetro de RMN equipado con accesorios de micro y mini imagen. El espectrómetro fue impulsado por el software de adquisición y procesamiento TopSpin2.0PV controlado por Paravision 5.1 software de imágen…

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