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.
Glomerulusfiltrasjon (GFR) er den beste parameter for å vurdere den totale nyrefunksjonen. Gullstandarden for å bestemme GFR er avhengig av urin eller plasma-clearance av eksogene nyre markører, så som inulin 1. Men disse framgangsmåter er tidkrevende og komplisert, og krever innsamling av serielle blod og / eller urinprøver og bakre laboratorieanalyser for sin analyse. I tillegg er disse metodene er invasiv og stressende for dyrene, begrenser det antall ganger og frekvensen der målingene kan gjentas. En rekke alternative metoder er blitt utviklet for å forenkle de klassiske fremgangsmåtene for å bestemme GFR, men de er avhengige av urin og plasma prøvetaking 2-4 og / eller kreve dype anestesi 5,6, som er kjent for å påvirke nyre hemodynamikk og funksjon 7, 8. Sluttproduktene med metabolisme, slik som kreatinin, er også mye brukt til å estimere nyrefunksjon. Imidlertid er det kjent at accurACY av disse endogene markørene er ikke optimal, og dessuten for å analysere dem, urin eller blodprøvetaking er også uunnværlig.
Her beskriver vi en transkutan metode for å vurdere nyrefunksjonen hos bevisste dyr. Denne fremgangsmåte er enklere og raskere enn tradisjonelle metoder, så vel som bare minimalt invasiv. Med denne teknikken, ved hjelp av en miniatyrisert optisk enhet, og det eksogene renal markør fluoresceinisotiocyanat (FITC) -sinistrin, er det mulig å bestemme nyrefunksjon nesten i sanntid uten behov for plasma eller urin prøvetaking og uten kirurgisk kateterisering for substans administrering. På grunn av disse egenskaper, er fremgangsmåten egnet for å utføre sekvensielle målinger på det samme dyret.
FITC-sinistrin er en renal markør fritt filtrert ved glomerulus, uten tubulær reabsorpsjon eller sekresjon. Den optiske delen av miniatyriserte Enheten består av to lysdioder (LED), som opphisseden administrerte markør og en fotodiode for å detektere fluorescensen som avgis gjennom huden. De registrerte data blir lagret i det interne minnet er integrert i enheten, og de kan brukes til å generere den FITC-sinistrin elimineringskinetikk kurven. Power er levert av et lite oppladbart litiumbatteri. For mer detaljert informasjon om enheten og dens enkelte deler referere til Schreiber et al. 9. Anordningen er lett å montere på dyrekroppen ved hjelp av et dobbeltsidig klebemiddellapp som bærer et gjennomsiktig vindu for de optiske komponentene. Resultatene er lett tilgjengelig etter at registreringsperioden er over.
Med fremgangsmåten og protokollen gitt her, har vi introdusere en lovende teknologi som kan erstatte dagens gullstandarden for å bestemme GFR, ikke bare i forskning, men også i det kliniske feltet.
Den nåværende papiret beskriver fremgangsmåten for å avgjøre nyrefunksjon hos bevisste gnagere ved hjelp av en miniatyrisert enheten og eksogene nedsatt markør FITC-sinistrin. Som nevnt tidligere, har denne fremgangsmåte flere fordeler sammenlignet med de tradisjonelle fremgangsmåtene klaring urin og plasma. En av dem er den uavhengighet fra blod og urinprøver som fører til store besparelser i form av forbruksvarer, tid og, selvfølgelig, dyr stress.
Som vist i tabell 2, den eksogene renal markør FITC-sinistrin og måling av dens elimineringskinetikken gjennom huden tillate virkningen av renale patologier på nyrefunksjonen som skal studeres 9,10,14-18. Serie innsamling av blodprøver som kreves for å vurdere plasma clearance eller biomarkører for nyresykdom er stressende for dyret, tungvint og tidkrevende for forskerne. Derfor har sekvensielle målinger innenfor samme dyr vært limset av velferden til dyr og metodiske grunner. Det viste seg i løpet-dyr reproduserbarhet av transkutan måling 13 gjør det en ideell metode for å påvise endringer i nyrefunksjonen på grunn av sykdomsprogresjon eller aldring. Av samme grunn kan det også være svært nyttig for å undersøke effektiviteten av terapeutiske tilnærminger.
To kritiske trinn for en vellykket bruk av denne teknologien er fiksering av den optiske enheten på dyret og korrekt administrasjon av markøren. Enheten må være riktig festet for å unngå bevegelse gjenstander. For dette formål forebygge festing og løsgjøring av den dobbeltsidige klebemiddellapp er viktig da det kan føre til tap av dets adhesive egenskaper og til slutt en upassende fiksering på dyret. Som nevnt i protokollen, immobilisering og beskyttelse av den optiske anordning ved å dekke den med klebetape er en effektiv metode for å sikre en adequate fiksering. Når du utfører FITC-sinistrin bolusinjeksjon er det avgjørende å administrere alt stoffet intravenøst og ikke subkutant. Utgivelsen av markøren i det subkutane vevet kan lett identifiseres av en gul ring sirkle halen på dyret produsert av FITC-sinistrin egen farge. En subkutan injeksjon manifesterer vanligvis som en flatere kurve og langvarig markør utskillelse tid. Den mulige begrensning av denne metode er mer relatert til den markør som brukes enn med teknologien per se. Når et ødem er til stede i huden av et dyr, ville transkutan vurdering av nyrefunksjonen anbefales ikke, da det er et ekstra rom som kan endre utskillelse dynamikken i FITC-sinistrin. På samme måte kan pigmentert hud begrense bruken av teknikken på grunn av den overlappende eksitasjon og emisjonsspektra av FITC-sinistrin og melanin. Men i dyr med pigment i huden i lapper, er problemet løst ved å plassere den optiskedel av enheten i en upigmentert område.
Det er mulig å modifisere forskjellige aspekter av transkutan vurderingen av nyrefunksjon, for å tilpasse fremgangsmåten til forskjellige dyrearter og / eller tilnærminger. For eksempel kan den anbefalte FITC-sinistrin dosering eller lengden av målingen justeres avhengig av målet av forsøket så vel som for forskjellige arter eller dyremodeller. Denne tilpasning av metoden har allerede blitt bekreftet av sin vellykkede anvendelse i ulike arter av gnagere og flere typer stammer med ulike helsemessige forhold. I tillegg har den transkutane vurderingen av nyrefunksjon, er nylig blitt godkjent i hunder og katter 12 med gode resultater. På grunn av de utvilsomme forskjellene mellom disse dyrene og gnagere, denne studien bestemmes riktig dose av FITC-sinistrin for begge, hunder og katter, og det utføres en mye lengre måle tid, 4 timer i stedet for 1 eller 2 timer brukd i gnagere.
Tatt sammen, til bruk av denne teknikken kan hjelpe oss å oppnå mer nøyaktig innsikt i nyre, inkludert en bedre forståelse av renal sykdomsprogresjon og effekten av terapi. Egenskapene til det transkutan vurderingen av nyrefunksjon plasserer den som en egnet teknikk som skal anvendes i humane og veterinære kliniske felt i fremtiden, og bør betraktes som en lovende teknologi for å erstatte den tradisjonelle tilnærminger.
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 |