Anvendelse af Ultra-high Field MRI i Small gnavermodeller af polycystisk nyresygdom for<em> In vivo</em> Fænotypebestemmelse and Drug Monitoring

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

Polycystisk nyresygdom (PKD) indeholder en gruppe af monogene sygdomme karakteriseret ved udviklingen af ​​renale cyster. Blandt dem er autosomal-dominant polycystisk nyresygdom (ADPKD) og autosomal-recessiv polycystisk nyresygdom (ARPKD), som repræsenterer de mest almindelige typer ^1,2. ADPKD, den hyppigste form for arvelige renale cystiske sygdomme er opstået ved mutationer i pKD1 eller PKD2 gener. Det er kendetegnet ved sent debuterende, flere bilaterale renale cyster, ledsaget af variable ekstra renale cyster, samt hjerte-kar-og muskel skeletabnormiteter. ARPKD, mest almindeligt påvirker nyfødte og småbørn, er forårsaget af mutationer i PKHD1 og er karakteriseret ved forstørrede ekkogene nyrer og medfødt leverfibrose ^3.

Vigtigt er ADPKD kendetegnet ved heterogenitet, både på genet (gen-) og mutation (allel) niveauer, hvilket resulterer i væsentlig phenotypic variabilitet. Mutationer i pKD1 genet er associeret med svær klinisk præsentation (mange cyster, tidlig diagnose, hypertension og hæmaturi), samt hurtig progression at ende nyresygdom (20 år tidligere end patienter med PKD2 mutationer) ^4. Alvorlig polycystisk leversygdom (PLD) og vaskulære abnormaliteter kan være forbundet med mutationer i både pKD1 og PKD2 ^5. De fleste af renale komplikationer af ADPKD opstår primært som følge af den cyste ekspansion sammen med tilhørende inflammation og fibrose. Cyste udvikling starter i livmoderen og fortsætter gennem patientens levetid. Nyrer normalt bevare deres reniform form, selvom de kunne nå mere end 20 gange den normale nyre volumen. De fleste af de patienter, nuværende bilaterale fordeling af renale cyster, men i nogle usædvanlige tilfælde, cyste kan udvikle sig i en ensidig eller asymmetrisk mønster.

En større Challenge for nyrespecialister efter patienter med ADPKD eller gennemføre behandlinger er den naturlige historie af sygdommen. I det meste af sit løb, nyrefunktionen forbliver normal og af den tid nyrefunktionen begynder at falde, har de fleste af nyrerne blevet erstattet af cyster. Når behandlinger gennemføres på et senere tidspunkt, er det mindre sandsynligt, at være en succes, da patienten allerede kan have nået et point of no return i kronisk nyresygdom. I modsætning hertil, når terapier startede på tidlige stadier, er det vanskeligt at identificere en respons baseret udelukkende på glomerulære filtrationshastighed. Som et resultat, at begrebet nyre volumen som en markør for sygdomsprogression fået opmærksomhed.

Konsortiet for radiologiske Imaging Studier af polycystisk nyresygdom (CRISP) undersøgelse har vist, at patienter med ADPKD stigningen i nyre- og cyste mængder direkte korrelerer med nyrefunktionen forringelse, hvilket understreger potentialet i Total Nyre Volume (TKV) som somurrogate markør for sygdomsprogression ^6,7. Følgelig TKV øjeblikket bruges som primær eller sekundær endpoint i flere kliniske forsøg for ADPKD ^2,8,9.

Flere murine modeller, herunder spontane mutationer og genetisk manipuleret har kastet lys over patogenesen af PKD ^10,11. PKD1 eller Pkd2 modeller (mutationer i enten pKD1 eller Pkd2) er blevet de mest populære dem, da de helt efterligner menneskelig sygdom. Desuden har gnavermodeller med mutationer i andre end pKD1 eller Pkd2 gener gener blevet anvendt som en eksperimentel platform at belyse signalveje i forbindelse med sygdommen. Desuden har flere af disse modeller blevet anvendt til at teste potentielle terapier. Men en begrænsende faktor i mange gnavere for PKD ofte manglen på effektive ikke-invasive metoder til sekventielt analysere de anatomiske og funktionelle ændringer i nyrerne.

Magnetisk resonance imaging (MRI) er den nuværende guldstandarden imaging teknik til at følge ADPKD patienter, giver fremragende blødt væv kontrast og anatomiske detaljer, og tillader TKV målinger. Selvom MRI er veletableret for anatomisk billeddannelse i større dyr og mennesker, billedbehandling små gnavere in vivo medfører yderligere tekniske udfordringer, hvor evnen til at tilegne sig billeder i høj opløsning kan begrænse sin nytte. Med indførelsen af ​​Ultra-high felt (UHF) MR (7-16,4 T) og udviklingen af ​​stærkere stigninger, er det nu muligt at opnå højere signal-støj-forhold og rumlig opløsning på MRI-billeder med en diagnostisk kvalitet svarende til den opnået hos mennesker. Følgelig er anvendelsen af UHF MRI til in vivo-billeddannelse af små gnavermodeller for PKD blevet et stærkt værktøj for forskere.

Protocol

Før du starter nogen procedurer med levende dyr, bør forsøgsprotokoller skal godkendes af den institutionelle dyr pleje og brug udvalg (IACUC). 1. Scanner Configuration Før du starter, skal du sørge for varmeren er i OFF position. Vælg mini imaging gradient og 38 mm RF-spole og mini billeddannelse holder. I den centrale boring af holderen installere variabel temperatur forsamling. 2. Animal Forberedelse For MR…

Representative Results

I dette manuskript, vi sigter mod at vise nytten af UHF MRI som et værktøj til in vivo fænotypisk karakterisering eller overvågning lægemiddel i gnavermodeller for PKD og andre nyresygdomme. Alle forsøgene var en del af forsøgsprotokoller godkendt af IACUC. In vivo fænotypebestemmelse af små gnavermodeller for PKD hjælp UHF MRI: Alle billeddiagnostiske undersøgelser blev udført på levende dyr under isofluran anæstesi, med en Bruker AV…

Discussion

Dette håndskrift viser muligheden for at benytte UHF MRI som et redskab til in vivo fænotypisk karakterisering eller overvågning lægemiddel i gnavermodeller for PKD.

Vi beskriver eksperimenter udfærdiget i 16,4 T med en bred boring Avance III høj opløsning NMR-spektrometer udstyret med mikro og mini imaging-tilbehør. Den spektrometer var drevet af købet og behandling software TopSpin2.0PV kontrolleret af Paravision 5.1 imaging software. Fordi gnaver størrelse varierer i lo…

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