Için Polikistik Böbrek Hastalığında Küçük Kemirgen modelleri Ultra yüksek Saha MRI Kullanımı<em> In Vivo</em> Fenotiplendirme ve İlaç İzleme
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
Polikistik Böbrek Hastalığı (PKD), böbrek kist gelişimi ile karakterize tek gen hastalıkları grubunu içerir. Aralarında Otozomal dominant polikistik böbrek hastalığı (ADPKD) ve otozomal resesif polikistik böbrek hastalığı en yaygın türleri 1,2 temsil (ORPBH) bulunmaktadır. Polikistik böbrek, kalıtsal böbrek kistik hastalıkların en sık görülen formu, PKD1 veya PKD2 genlerindeki mutasyonlarla kaynaklanmaktadır. Geç başlangıçlı, birden iki taraflı böbrek kistleri, değişken ekstra renal kistler eşlik yanı sıra kardiyovasküler ve kas iskelet anomalileri ile karakterizedir. ORPBH, en sık etkileyen yenidoğan ve küçük çocuklar, PKHD1 mutasyonlar neden olur ve genişlemiş ekojenik böbrek ve konjenital hepatik fibrozis, 3 ile karakterizedir.
Önemli bir şekilde, polikistik böbrek hem büyük p sonuçlanan bir genin (gen) ve mutasyon (alelik) seviyesi, en heterojenlik ile karakterize edilirhenotypic değişkenliği. PKD1 genindeki mutasyonlar ağır klinik tablo (sayısız kistler, erken tanı, hipertansiyon ve hematüri) yanı sıra, (PKD2 mutasyonları olan hastalardan daha 20 yıl önce) böbrek hastalığı son dönem hızla ilerlemesi ile ilişkili 4. Ağır polikistik karaciğer hastalığı (PLD) ve vasküler anormallikler PKD1 ve PKD2 5, her iki mutasyon ile ilişkili olabilir. bu hastalığın renal komplikasyonlara çoğunluğu ilişkili enflamasyon ve fibroz ile birlikte kist genişleme bir sonucu olarak özellikle ortaya çıkmaktadır. Kist geliştirme intrauterin başlar ve hasta ömür boyu devam eder. Böbrekler genellikle 20'den fazla kez normal böbrek hacmi ulaşabilir bile onların reniform şeklini korumak. Böbrek kistlerinin hastalar mevcut ikili dağıtım çoğu, ancak bazı sıradışı durumlarda, kist tek taraflı veya asimetrik desen gelişebilir.
Önemli bir Challennefrologlar Otozomal dominant polikistik böbrek hastaları takip veya tedaviler uygulanması için ge hastalığın doğal seyri olduğunu. Onun en tabii sırasında böbrek fonksiyonları normale kalır ve böbrek fonksiyonu azalmaya başlar zaman, böbrekler çoğu kistler almıştır. Terapiler sonraki aşamalarda uygulandığında, hastanın zaten kronik böbrek hastalığında geri dönüşü olmayan bir noktaya ulaşmış olabilir çünkü başarılı olmak için daha az olasıdır. Tedavi, erken aşamalarında başlatılan Aksine, bu sadece glomerüler filtrasyon hızı dayanan bir tepki tespit etmek güçtür. Bunun bir sonucu olarak, hastalık ilerlemesinin bir göstergesi olarak, böbrek hacminin kavramı dikkat çekti.
Otozomal dominant polikistik böbrek hastalarında böbrek ve kist hacmindeki artış, doğrudan olarak toplam Böbrek Hacim (TKV) potansiyelini vurgulayan, böbrek fonksiyon bozukluğu ile ilişkili olduğunu Polikistik Böbrek Hastalığı (CRISP) Çalışmanın Radyolojik Görüntüleme Çalışmaları Konsorsiyumu göstermiştirhastalığın ilerlemesi 6,7 için urrogate işaretleyici. Sonuç olarak, şu anda TKV ADPKD 2,8,9 çoklu klinik çalışmalarda birincil ya da ikincil bir son nokta olarak kullanılır.
Birden fare modelleri de dahil olmak üzere spontan mutasyonlar ve genetik olarak PKD 10,11 patogenezinde ışık tutmuştur. PKD1 veya PKD2 modelleri (PKD1 veya PKD2 ya mutasyonlar), onlar mükemmel taklit insan hastalığı en popüler olanları haline gelmiştir. Buna ek olarak, PKD1 ya PKD2 genler dışında genlerdeki mutasyonlarla kemirgen modelleri hastalığı ile ilişkili sinyal yollarının aydınlatmak için deneysel bir platform olarak kullanılmıştır. Buna ek olarak, bu modellerin muhtelif tedaviler test etmek için kullanılmıştır. Ancak, PKD birçok kemirgen çalışmalarında bir sınırlayıcı faktör sırasıyla böbrek anatomik ve fonksiyonel değişiklikleri analiz etmek için etkili non-invaziv yöntemlerin eksikliği genellikle.
Manyetik resonance görüntüleme (MRG) mükemmel yumuşak doku kontrastı ve anatomik detay sağlayan ve TKV ölçümleri sağlayan ADPKD hastaları takip etmek Geçerli altın standart görüntüleme tekniğidir. MRG de in vivo olarak büyük hayvan ve insanlarda, görüntüleme küçük kemirgenler anatomik görüntüleme için kurulmuş olsa bile yüksek çözünürlüklü görüntüleri elde etmek için yeteneği yararlılığını kısıtlayabilir ek teknik zorlukları, gerektirir. Ultra yüksek alan (UHF) MR (7-16,4 T) ve daha güçlü geçişlerini gelişimi tanıtımı ile, benzer gürültü oranları ve teşhis kalitesi ile MR görüntülerinin mekansal çözünürlükte sinyal yüksek ulaşmak artık mümkün insanlarda elde edilmiştir. Sonuç olarak, PKD küçük kemirgen modellerinde in vivo görüntüleme için UHF MRI kullanımı araştırmacılar için güçlü bir araç haline gelmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda, in vivo fenotipik karakterizasyonu veya PKD için kemirgen modellerinde ilaç izleme için bir araç olarak UHF MRI kullanılarak fizibilitesini göstermektedir.
Biz geniş bir delik mikro ve küçük görüntüleme aksesuarlarla donatılmış Avance III yüksek çözünürlüklü NMR spektrometre ile 16.4 T yapılan deneyler açıklar. spektrometre Paravision 5.1 görüntüleme yazılımı tarafından kontrol TopSpin2.0PV toplama ve işleme yazılımı tarafından tahri…
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).
