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.
Glomerulære filtrationshastighed (GFR) er det bedste parameter til at vurdere den samlede nyrefunktion. Den gyldne standard til at bestemme GFR afhængig urin eller plasma clearance af eksogene renale markører, såsom inulin 1. Men disse procedurer er tidkrævende og kompliceret og kræver indsamling af serielle blod og / eller urinprøver og posteriore laboratorieassays for analysen. Desuden er disse metoder invasive og belastende for dyrene, begrænsning af antallet af klokkeslæt og frekvens, hvor målingerne kan gentages. En række alternative metoder er blevet udviklet til at forenkle de klassiske procedurer til at afgøre GFR, men de er stadig afhængige af urin og plasma prøveudtagning 2-4 og / eller kræver dyb anæstesi 5,6, som er kendt for at påvirke renal hæmodynamik og funktion 7, 8. Slutprodukterne metabolisme, såsom creatinin, er også udbredt anvendt til at estimere nyrefunktion. Det er imidlertid kendt, at accurACY af disse endogene markører ikke er optimal, og desuden at analysere dem, urin eller blodprøver er også uundværlig.
Her beskriver vi en transkutan metode til at vurdere nyrefunktionen i bevidste dyr. Denne fremgangsmåde er enklere og hurtigere end traditionelle metoder samt kun minimalt invasiv. Med denne teknik, ved anvendelse af en miniaturiseret optisk anordning og det exogene nyremarkør fluoresceinisothiocyanat (FITC) -sinistrin, er det muligt at bestemme nyrefunktion næsten i realtid uden behov for plasma eller urin prøveudtagning og uden kirurgisk kateterisation for stof administration. På grund af disse egenskaber, er fremgangsmåden egnet til at udføre sekventielle målinger på det samme dyr.
FITC-sinistrin er nyremarkør filtreres frit af glomerulus, uden tubulær reabsorption eller sekretion. Den optiske del af miniaturiserede anordning består af to lysemitterende dioder (LED), der excitererden administrerede markør og en fotodiode til at detektere fluorescens udsendt gennem huden. De registrerede data gemmes i den interne hukommelse integreret i enheden, og de kan anvendes til at generere den FITC-sinistrin eliminationskinetik kurve. Strømforsyning varetages af en lille genopladeligt lithium batteri. For mere detaljerede oplysninger om enheden og dens enkelte komponenter henvises til Schreiber et al. 9. Anordningen monteres let på dyrekroppen ved anvendelse af en dobbeltsidet klæbende plaster bærer et transparent vindue for de optiske komponenter. Resultaterne er let tilgængelige efter optagelsen er overstået.
Med fremgangsmåden og protokollen tilvejebragt her, vi indfører en lovende teknologi, som kan erstatte den nuværende guldstandarden at bestemme GFR, ikke blot i forskning, men også i det kliniske område.
Nærværende dokument beskriver proceduren til at bestemme nyrefunktion i bevidste gnavere ved hjælp af en miniaturiseret anordning og den eksogene nyremarkør FITC-sinistrin. Som før nævnt er denne metode har flere fordele i sammenligning med de traditionelle procedurer urin og plasma clearance. En af dem er uafhængighed af blod og urin prøveudtagning, som fører til store besparelser med hensyn til hjælpematerialer, tid og selvfølgelig dyr stress.
Som vist i tabel 2, det exogene nyremarkør FITC-sinistrin og målingen af dets eliminationskinetikken gennem huden tillader virkningerne af renale patologier på nyrefunktionen skal undersøges 9,10,14-18. Den serielle indsamling af blodprøver, der kræves for at vurdere plasma clearance eller biomarkører for nyresygdom er stressende for dyret, besværlige og tidskrævende for forskerne. Derfor har sekventielle målinger i den samme dyr været limgrænset af dyrenes velfærd og metodologiske grunde. Det viste sig i dyr reproducerbarhed transkutan måling 13 gør det en ideel metode til påvisning af ændringer i nyrefunktionen på grund af sygdomsprogression eller aldring. Af samme grund kan det også være yderst nyttigt at undersøge effektiviteten af terapeutiske fremgangsmåder.
To kritiske trin til en vellykket anvendelse af denne teknologi er fiksering af den optiske enhed på dyret og den korrekte administration af markøren. Enheden skal være passende fast for at undgå bevægelse artefakter. Med henblik herpå er afgørende forhindring af vedhæftning og løsning af dobbeltsidet klæbende plaster, da det kan føre til tab af dets klæbende egenskaber og i sidste ende en uhensigtsmæssig fiksering på dyret. Som nævnt i protokollen, immobilisering og beskyttelse af den optiske enhed ved at dække den med tape er en effektiv metode til at sikre en adequate fiksering. Ved udførelse af FITC-sinistrin bolusinjektion er det afgørende at administrere alle stoffet intravenøst og ikke subkutant. Frigivelsen af markøren i det subkutane væv let kan identificeres ved en gul ring kredser hale af dyret produceret af FITC-sinistrin egen farve. En subkutan injektion manifesterer typisk som en fladere kurve og langvarig markør udskillelse tid. Den mulige begrænsning ved denne metode er mere relateret til markøren anvendt end med den teknologi per se. Når et ødem er til stede i huden på et dyr, ville den transkutane vurdering af nyrefunktionen ikke anbefales, da der er et yderligere rum, som kunne ændre udskillelsen dynamik FITC-sinistrin. Tilsvarende kan pigmenteret hud begrænse anvendelsen af teknikken som følge af overlapningen excitations- og emissionsspektre af FITC-sinistrin og melanin. Men i dyr med hudpigmentering i pletter, er problemet løst ved at placere den optiskedel af indretningen i et upigmenteret område.
Det er muligt at modificere forskellige aspekter af transkutan vurdering af nyrefunktionen for at tilpasse proceduren til forskellige dyrearter og / eller fremgangsmåder. For eksempel kan den anbefalede FITC-sinistrin dosering eller længden af målingen justeres afhængig af målet af forsøget samt for forskellige arter eller dyremodeller. Denne tilpasningsevne metoden er allerede blevet bekræftet af sin vellykkede anvendelse i forskellige arter af gnavere og flere typer af stammer med forskellige sundhedsmæssige betingelser. Desuden har den transkutane vurdering af nyrefunktionen nylig blevet valideret i hunde og katte 12 med fremragende resultater. På grund af de utvivlsomme forskelle mellem disse dyr og gnavere, denne undersøgelse den passende dosis FITC-sinistrin til både, hunde og katte, og det udføres en meget længere måletid, 4 timer i stedet for 1 eller 2 timer brugd hos gnavere.
Tilsammen til anvendelsen af denne teknik kan hjælpe os til at få mere nøjagtige indsigt i nefrologi, herunder en bedre forståelse af nyresygdomsfremadskriden og virkningen af terapier. Egenskaberne ved transkutan vurdering af nyrefunktionen placerer den som en egnet teknik, der skal anvendes i human og veterinær kliniske felter i fremtiden, og bør betragtes som en lovende teknologi til at erstatte de traditionelle metoder.
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 |