Technische verfijning van een bilateraal renale ischemie-reperfusie muismodel voor onderzoek naar acuut nierletsel
Summary
Deze studie stelde een protocol op dat zich richt op de technische verfijning van een muismodel van bilaterale renale ischemie-reperfusie voor onderzoek naar acuut nierletsel.
Abstract
Een hartstilstand vormt een grote belasting voor de volksgezondheid. Acuut nierletsel (AKI) is een ongunstige marker bij overlevenden van een hartstilstand na de terugkeer van de spontane circulatie (ROSC) na succesvolle cardiopulmonale reanimatie. Omgekeerd is herstel van de nierfunctie van AKI een voorspeller van gunstige neurologische uitkomsten en ontslag uit het ziekenhuis. Een effectieve interventie om nierbeschadiging veroorzaakt door een hartstilstand na ROSC te voorkomen, ontbreekt echter, wat suggereert dat aanvullende therapeutische strategieën nodig zijn. Renale hypoperfusie en reperfusie zijn twee pathofysiologische mechanismen die AKI veroorzaken na een hartstilstand. Diermodellen van ischemie-reperfusie-geïnduceerde AKI (IR-AKI) van beide nieren zijn vergelijkbaar met patiënten met AKI na ROSC in een klinische setting. IR-AKI van beide nieren is echter technisch uitdagend om te analyseren, omdat het model wordt geassocieerd met een hoge mortaliteit en een grote variatie in nierschade, wat de analyse kan beïnvloeden. Er werd gekozen voor lichtgewicht muizen, die onder algemene anesthesie met isofluraan werden geplaatst, werden onderworpen aan een operatie met een dorsolaterale benadering en hun lichaamstemperatuur werd tijdens de operatie op peil gehouden, waardoor weefselbeschadiging werd verminderd en een reproduceerbaar acuut renaal IR-AKI-onderzoeksprotocol werd opgesteld.
Introduction
Hartstilstand komt meer dan 80.000 keer per jaar voor in de Verenigde Staten 1,2. Het sterftecijfer van een hartstilstand is extreem hoog 3,4,5,6. AKI is een belangrijke risicofactor die in verband wordt gebracht met hoge mortaliteit en slechte neurologische uitkomsten bij patiënten met een hartstilstand na ROSC 7,8,9,10,11,12,13. Herstel van AKI is een goede voorspeller van gunstige neurologische uitkomsten en ontslag uit het ziekenhuis14,15,16. Effectieve therapieën voor IR-AKI ontbreken echter nog steeds 15,16,17,18,19. Aanvullende therapeutische strategieën zijn nodig om de klinische resultaten van de ziekte verder te verbeteren.
IR-AKI met bilaterale renale ischemiebenadering is een van de diermodellen die worden gebruikt voor AKI-onderzoek 20,21,22,23,24,25,26. Renale IR-AKI-diermodellen zijn minder gecompliceerd dan een IR-letselmodel voor het hele lichaam voor de studie van AKI bij patiënten met een plotselinge hartstilstand na ROSC 6,27,28,29,30. Dit impliceert dat consistente resultaten van een renale IR-AKI diermodel gemakkelijker te bereiken zijn vanwege de aanwezigheid van minder verstorende factoren in experimenten. Bovendien omvatten renale IR-AKI-protocollen gewoonlijk een unilaterale of bilaterale occlusie van de nierpedikel. De omstandigheden in experimenten met bilaterale renale IR-AKI zijn vergelijkbaar met de klinische omstandigheden voor AKI na ROSC bij patiënten met een plotselinge hartstilstand na succesvolle cardiopulmonale reanimatie. Hoewel de pathologische kenmerken van de nieren in beide modellen de pathologische kenmerken van IR-beschadiging bij de mens weerspiegelen 31,32,33, is een bilaterale benadering van ischemie relevanter voor AKI onder pathologische omstandigheden bij de mens, zoals hartfalen, vasoconstrictie en septische shock 35. Bilaterale renale IR-AKI-diermodellen zijn geschikt voor studies die zich richten op renale IR-letsels bij hartstilstand na ROSC.
Bilaterale renale IR-AKI-modellen worden geassocieerd met technische problemen, experimentele complexiteit en lange operatieduur 23,26,32,33,35,36. Om deze technische problemen te overwinnen, heeft de huidige studie een betrouwbaar bilateraal IR-AKI-onderzoeksprotocol bij muizen opgesteld door enkele technische wijzigingen aan te brengen. Het voorgestelde protocol resulteerde in minder chirurgische complicaties, minder weefselschade en een lagere kans op sterfte tijdens de operatie. Daarom kan het worden gebruikt om de pathofysiologische processen van AKI na ROSC te onderzoeken om nieuwe therapeutische strategieën te ontwikkelen tegen renale hypoperfusie en reperfusieschade37,38,39.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het voorgestelde bilaterale IR-AKI-protocol is geschikt voor het onderzoeken van het mechanisme van hypoperfusie en reperfusieschade van beide nieren. Het protocol suggereert dat lichtgewicht muizen, algemene anesthesie met isofluraan, een dorsolaterale benadering van de operatie en het handhaven van de lichaamstemperatuur tijdens de operatie de bijbehorende technische problemen verminderen, de duur van de operatie verkorten en de consistentie van de procedure voor acuut bilateraal renaal IR-AKI-onderzoek vergroten.
…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit model is ontwikkeld met financiële steun van het Ministerie van Wetenschap en Technologie, Taiwan (MOST 109-2320-B-030-006-MY3). Dit manuscript werd geredigeerd door Wallace Academic Editing.
Materials
| Absorbable Suture, 6-0 | Ethicon | J510G-BX | |
| Betadine solution | Shineteh Istrument | ||
| Carprofen | Sigma | PHR1452 | |
| Cotton balls | Shineteh Istrument | ||
| Graefe Forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | |
| Heating pad | Shineteh Istrument | ||
| Isoflurane | Piramal Critical Care Inc. | 26675-46-7 | |
| Moria Vessel Clamp | Fine Science Tools | 18320-11 | |
| Olsen-Hegar needle holder | Fine Science Tools | 12002 – 12 | |
| Saline | Shineteh Istrument | ||
| Scalpel blades | Shinva | s2646 | |
| Small Animal Anesthesia Machine | Sheng-Cing Instruments Co. | STEP AS-01 | |
| Tissue scissors | Fine Science Tools | 14072 – 10 |
Referências
- Holmberg, M. J., et al. Annual incidence of adult and pediatric in-hospital cardiac arrest in the United States. Circulation: Cardiovascular Quality and Outcomes. 12 (7), 005580 (2019).
- Benjamin, E. J., et al. Heart disease and stroke statistics-2018 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 137 (12), 67 (2018).
- Lascarrou, J. B., et al. Targeted temperature management for cardiac arrest with nonshockable rhythm. The New England Journal of Medicine. 381 (24), 2327-2337 (2019).
- Chang, H. C., et al. Factors affecting outcomes in patients with cardiac arrest who receive target temperature management: The multi-center TIMECARD registry. Journal of the Formosan Medical Association. 121 (1), 294-303 (2022).
- Yu, G., et al. Comparison of the survival and neurological outcomes in OHCA based on smoking status: investigation of the existence of the smoker’s paradox. Signa Vitae. 18 (2), 121-129 (2022).
- Chen, Y. C., et al. Major interventions are associated with survival of out of hospital cardiac arrest patients – a population based survey. Signa Vitae. 13 (2), 108-115 (2017).
- Sandroni, C., et al. Acute kidney injury after cardiac arrest: a systematic review and meta-analysis of clinical studies. Minerva Anestesiologica. 82 (9), 989-999 (2016).
- Patyna, S., et al. Acute kidney injury after in-hospital cardiac arrest in a predominant internal medicine and cardiology patient population: incidence, risk factors, and impact on survival. Renal Failure. 43 (1), 1163-1169 (2021).
- Storm, C., et al. Impact of acute kidney injury on neurological outcome and long-term survival after cardiac arrest – A 10 year observational follow up. Journal of Critical Care. 47, 254-259 (2018).
- Geri, G., et al. Acute kidney injury after out-of-hospital cardiac arrest: risk factors and prognosis in a large cohort. Intensive Care Medicine. 41 (7), 1273-1280 (2015).
- Guo, Q. Y., Xu, J., Shi, Q. D. Gasping as a predictor of short- and long-term outcomes in patients with cardiac arrest: a systematic review and meta-analysis. Signa Vitae. 17 (2), 208-213 (2021).
- Chen, P. C., et al. Prognostic factors for adults with cardiac arrest in the emergency department: a retrospective cohort study. Signa Vitae. 18 (3), 56-64 (2022).
- Lee, M. J., et al. Predictors of survival and good neurological outcomes after in-hospital cardiac arrest. Signa Vitae. 17 (2), 67-76 (2021).
- Deakin, C. D., et al. European Resuscitation Council guidelines for resuscitation 2010 section 4. adult advanced life support. Resuscitation. 81 (10), 1305-1352 (2010).
- Cha, K. C., et al. Recovery from acute kidney injury is an independent predictor of survival at 30 days only after out-of-hospital cardiac arrest who were treated by targeted temperature management. Signa Vitae. 17 (2), 119-126 (2021).
- Park, Y. S., et al. Recovery from acute kidney injury as a potent predictor of survival and good neurological outcome at discharge after out-of-hospital cardiac arrest. Critical Care. 23 (1), 256 (2019).
- Mah, K. E., et al. Acute kidney injury after in-hospital cardiac arrest. Resuscitation. 160, 49-58 (2021).
- Pelkey, T. J., et al. Minimal physiologic temperature variations during renal ischemia alter functional and morphologic outcome. Journal of Vascular Surgery. 15 (4), 619-625 (1992).
- Kim, H., et al. Effect of different combinations of initial body temperature and target temperature on neurological outcomes in out-of-hospital cardiac arrest patients treated with targeted temperature management. Signa Vitae. , 1-7 (2022).
- Wyss, J. C., et al. Differential effects of the mitochondria-active tetrapeptide SS-31 (D-Arg-dimethylTyr-Lys-Phe-NH2) and its peptidase-targeted prodrugs in experimental acute kidney injury. Frontiers in Pharmacology. 10, 1209 (2019).
- Wang, Y., Wang, B., Qi, X., Zhang, X., Ren, K. Resveratrol protects against post-contrast acute kidney injury in rabbits with diabetic nephropathy. Frontiers in Pharmacology. 10, 833 (2019).
- Li, S., Yu, L., He, A., Liu, Q. Klotho inhibits unilateral ureteral obstruction-induced endothelial-to-mesenchymal transition via TGF-beta1/Smad2/Snail1 signaling in mice. Frontiers in Pharmacology. 10, 348 (2019).
- Godoy, J. R., Watson, G., Raspante, C., Illanes, O. An effective mouse model of unilateral renal ischemia-reperfusion injury. Journal of Visualized Experiments. (173), e62749 (2021).
- Chen, Q., et al. SIRT1 mediates effects of FGF21 to ameliorate cisplatin-induced acute kidney injury. Frontiers in Pharmacology. 11, 241 (2020).
- Li, H. D., et al. Application of herbal traditional Chinese medicine in the treatment of acute kidney injury. Frontiers in Pharmacology. 10, 376 (2019).
- Grenz, A., et al. Use of a hanging-weight system for isolated renal artery occlusion during ischemic preconditioning in mice. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 292, 475-485 (2007).
- Gao, Q., et al. Accumulated epinephrine dose is associated with acute kidney injury following resuscitation in adult cardiac arrest patients. Frontiers in Pharmacology. 13, 806592 (2022).
- Oh, Y. T., et al. Vasoactive-inotropic score as a predictor of in-hospital mortality in out-of-hospital cardiac arrest. Signa Vitae. 15 (2), 40-44 (2019).
- Burne-Taney, M. J., et al. Acute renal failure after whole body ischemia is characterized by inflammation and T cell-mediated injury. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 285 (1), 87-94 (2003).
- Adams, J. A., et al. Periodic acceleration (pGz) prior to whole body ischemia reperfusion injury provides early cardioprotective preconditioning. Life Sciences. 86 (19-20), 707-715 (2010).
- Gaut, J. P., Liapis, H. Acute kidney injury pathology and pathophysiology: a retrospective review. Clinical Kidney Journal. 14 (2), 526-536 (2021).
- Hesketh, E. E., et al. Renal ischaemia reperfusion injury: a mouse model of injury and regeneration. Journal of Visualized Experiments. (88), e51816 (2014).
- Wei, Q., Dong, Z. Mouse model of ischemic acute kidney injury: technical notes and tricks. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 303 (11), 1487-1494 (2012).
- Wei, Q., Dong, Z. Regulation and pathological role of bid in ischemic acute kidney injury. Renal Failure. 29 (8), 935-940 (2007).
- Grenz, A., et al. Use of a hanging-weight system for isolated renal artery occlusion. Journal of Visualized Experiments. (53), e2549 (2011).
- Skrypnyk, N. I., Harris, R. C., de Caestecker, M. P. Ischemia-reperfusion model of acute kidney injury and post injury fibrosis in mice. Journal of Visualized Experiments. (78), e50495 (2013).
- Han, S. J., Lee, H. T. Mechanisms and therapeutic targets of ischemic acute kidney injury. Kidney Research and Clinical Practice. 38 (4), 427-440 (2019).
- Huang, C. W., et al. A novel caffeic acid derivative prevents renal remodeling after ischemia/reperfusion injury. Biomedicine & Pharmacotherapy. 142, 112028 (2021).
- Spoelstra-de Man, A. M. E., Oudemans-van Straaten, H. M. Acute kidney injury after cardiac arrest: the role of coronary angiography and temperature management. Critical Care. 23 (1), 193 (2019).
- Burne, M. J., Haq, M., Matsuse, H., Mohapatra, S., Rabb, H. Genetic susceptibility to renal ischemia reperfusion injury revealed in a murine model. Transplantation. 69 (5), 1023-1025 (2000).
- Muller, V., et al. Sexual dimorphism in renal ischemia-reperfusion injury in rats: possible role of endothelin. Kidney International. 62 (4), 1364-1371 (2002).
- Schmitt, R., Marlier, A., Cantley, L. G. Zag expression during aging suppresses proliferation after kidney injury. Journal of the American Society of Nephrology. 19 (12), 2375-2383 (2008).
- Oxburgh, L., de Caestecker, M. P. Ischemia-reperfusion injury of the mouse kidney. Methods in Molecular Biology. 886, 363-379 (2012).
- Delbridge, M. S., Shrestha, B. M., Raftery, A. T., El Nahas, A. M., Haylor, J. L. The effect of body temperature in a rat model of renal ischemia-reperfusion injury. Transplantation Proceedings. 39 (10), 2983-2985 (2007).
- IBM Micromedx, I. Phenobarbital sodium. IBM Corporation Available from: https://www-micromedexsolutions-com.autorpa.mmh.org.tw/micromedex2/librarian/CS/53C834/ND_PR/evidencexpert/ND_P/evidencexpert/DUPLICATIONSHIELDSYNC/51EFF0/ND_PG/evidencexpert/ND_B/evidencexpert/ND_AppProduct/evidencexpert/ND_T/evidencexpert/PFActionId/evidencexpert.DoIntegratedSearch?SearchTerm=Phenobarbital+Sodium&fromInterSaltBase=true&UserMdxSearchTerm=%24userMdxSearchTerm&false=null&=null (2022)
- IBM Micromedx, Isoflurane. IBM Corporation Available from: https://www-micromedexsolutions-com.autorpa.mmh.org.tw/micromedex2/librarian/PFDefaultActionId/evidencexpert.DoIntegratedSearch?navitem=headerLogout (2022)
