استخدام فائقة MRI الميداني في القوارض الصغيرة نماذج من مرض الكلى المتعدد الكيسات ل<em> في فيفو</em> Phenotyping والدواء المراقبة
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
مرض الكلى المتعدد الكيسات (PKD) يتضمن مجموعة من الاضطرابات أحادية المنشأ تتميز تطوير الكيسات الكلوية. فيما بينها هي من جسمي قاهر مرض الكلى المتعدد الكيسات (ADPKD) وراثي متنحي تكيس أمراض الكلى (ARPKD)، والتي تمثل الأنواع الأكثر شيوعا 1،2. ADPKD، الشكل الأكثر شيوعا من أمراض الكلى الكيسي وراثية، ونشأت عن طفرات في PKD1 أو PKD2 الجينات. ويتميز هذا في وقت متأخر من البداية، متعددة الكيسات الكلوية الثنائية، يرافقه متغير الخراجات خارج الكلى، فضلا عن تشوهات الهيكل العظمي القلب والأوعية الدموية والعضلات. ARPKD، الأكثر شيوعا التي تؤثر على الأطفال حديثي الولادة والأطفال الصغار، والتي تسببها طفرات في PKHD1 ويتميز الكلى مولد للصدى تضخم وتليف كبدي خلقي 3.
الأهم من ذلك، يتميز ADPKD من قبل التجانس، سواء في الجين (الجيني) وطفرة (أليلية) المستويات، مما يؤدي إلى ص كبيرتقلب henotypic. ترتبط طفرات في الجين PKD1 مع العرض شديد السريري (العديد من الخراجات، والتشخيص المبكر وارتفاع ضغط الدم، وبيلة دموية)، فضلا عن التقدم السريع لإنهاء مرحلة المرض الكلوي (قبل 20 سنة من المرضى الذين يعانون من الطفرات PKD2) 4. مرض شديد تكيس الكبد (الملعوبة) وتشوهات الأوعية الدموية يمكن أن تترافق مع طفرات في كل من PKD1 وPKD2 5. غالبية المضاعفات الكلوية من ADPKD تنشأ أساسا نتيجة للتوسع الكيس جنبا إلى جنب مع التهاب وتليف المرتبطة بها. تبدأ تطوير الكيس داخل الرحم وتستمر خلال فترة حياة المريض. الكلى عادة الحفاظ على شكل كلوي الشكل على الرغم من أنهم يمكن أن تصل إلى أكثر من 20 أضعاف حجم الكلى العادي. معظم المرضى الحالي توزيع الثنائي من الكيسات الكلوية، ولكن في بعض الحالات غير عادية، والكيس قد تتطور في نمط أحادي الجانب أو غير المتماثلة.
يشكل تحديا كبيراشركة جنرال الكتريك لالكلى عقب المرضى الذين يعانون من ADPKD أو تنفيذ العلاجات هو التاريخ الطبيعي للمرض. خلال معظم مجراه، تبقى وظيفة الكلى طبيعية وبحلول الوقت الذي تبدأ وظيفة الكلى في الانخفاض، فإن معظم الكلى قد حلت محلها الخراجات. عندما يتم تنفيذ العلاجات في مراحل لاحقة، فإنه من غير المحتمل أن تكون ناجحة منذ المريض قد بالفعل قد وصلت إلى نقطة اللاعودة في مرض الكلى المزمن. في المقابل، عندما بدأ العلاج في المراحل المبكرة، فإنه من الصعب تحديد استجابة تستند فقط على معدل الترشيح الكبيبي. ونتيجة لذلك، فإن فكرة حجم الكلى كعلامة من تطور المرض اكتسبت اهتمام.
وقد أظهرت التجمع من أجل إشعاعي الدراسات التصوير من مرض الكلى المتعدد الكيسات الدراسة (CRISP) أنه في المرضى الذين يعانون من ADPKD الزيادة في الكلى والكيس كميات يرتبط بشكل مباشر مع الكلوي تدهور وظيفة، مع التشديد على أهمية إجمالى حجم التداول الكلى (TKV) كماعلامة urrogate لتطور المرض 6،7. ونتيجة لذلك، يتم استخدام TKV حاليا منصب نقطة النهاية الأولية أو الثانوية في تجارب سريرية متعددة لADPKD 2،8،9.
ألقت نماذج الفئران متعددة بما في ذلك الطفرات العفوية وراثيا الضوء على التسبب في PKD 10،11. أصبحت PKD1 أو Pkd2 نماذج (الطفرات في أي PKD1 أو Pkd2) الأكثر شعبية، لأنها الأمراض التي تصيب البشر تقليد تماما. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام نماذج القوارض مع الطفرات في جينات أخرى من PKD1 أو Pkd2 الجينات باعتباره منصة تجريبية لتوضيح مسارات الإشارات المتعلقة بهذا المرض. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام العديد من هذه النماذج لاختبار العلاجات المحتملة. ومع ذلك، فإن العامل المحدد في العديد من الدراسات القوارض لPKD هو في كثير من الأحيان عدم وجود طرق غير الغازية فعالة لتحليل بالتتابع التغيرات التشريحية والوظيفية في الكلى.
ص المغناطيسيالتصوير esonance (MRI) هو الأسلوب الحالية التصوير معيار الذهب لمتابعة المرضى ADPKD، وتوفير ممتازة النقيض من الأنسجة الرخوة والتفاصيل التشريحية، والسماح للقياسات TKV. على الرغم من أن التصوير بالرنين المغناطيسي هي راسخة للتصوير التشريحية في الحيوانات والبشر أكبر، القوارض الصغيرة التصوير في الجسم الحي تنطوي على تحديات تقنية إضافية، حيث القدرة على الحصول على صور عالية الدقة قد يحد من فائدته. مع إدخال الحقل فائق (UHF) MRI (7-16،4 T) وتطوير التدرجات أقوى، أصبح من الممكن الآن لتحقيق أعلى إشارة إلى نسبة الضوضاء والتحليل المكاني للصور MRI مع نوعية التشخيص مماثلة لتلك التي التي تم الحصول عليها في البشر. ونتيجة لذلك، أصبح استخدام UHF MRI للتصوير في الجسم الحي من نماذج القوارض الصغيرة لPKD أداة قوية للباحثين.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتظهر هذه المخطوطة جدوى استخدام UHF MRI كأداة لفي الجسم الحي توصيف phenotypical أو مراقبة المخدرات في نماذج القوارض لPKD.
وصفنا التجارب القيام به في 16.4 T مع تحمل واسعة سميت بال المقدمة III عالية الدقة NMR مطياف مجهزة مع الملحقات التصوير ال…
Declarações
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 |
Referências
- 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).
