מודל בעלי חיים גדול לפגיעה חריפה בכליות על ידי אומת עורק כליות דו-צדדית זמנית
Summary
מחקר זה מציג מודל בעלי חיים גדול מאוד לשחזור של איסכמיה-reperfusion כליות פגיעה חזירים באמצעות בלין-צנתר בלון עורי זמני של עורקי הכליה במשך 60 דקות reperfusion עבור 24 שעות.
Abstract
פגיעה חריפה בכליות (AKI) קשורה לסיכון גבוה יותר לתחלואה ולתמותה לאחר ניתוח. פציעת איסכמיה-רפרפוזיה (IRI) היא הגורם הנפוץ ביותר של AKI. כדי לחקות תרחיש קליני זה, מחקר זה מציג מודל בעלי חיים גדול מאוד לשחזור של IRI כליות חזירים באמצעות בלינתר בלון-צנתר עורית זמנית של עורקי הכליות. עורקי הכליות חסומים למשך 60 דקות על ידי החדרת צנתרי הבלון דרך העורק הירך והתרכול וקידוםם לחלק הפרוקסימלי של העורקים. ניגודיות יוד מוזרק בבוט”ש כדי להעריך כל אטימה של כלי הכליות ולאשר את ההצלחה של החסימה בעורק. זה מאושר עוד יותר על ידי שיטוח צורת גל הדופק בקצה צנתרים הבלון. הבלונים מנוטרלים ומוסרים לאחר 60 דקות של סתירה עורק כליות דו צדדי, ובעלי החיים מורשים להתאושש במשך 24 שעות. בסוף המחקר, קריאטינין פלזמה וחנקן אוריאה בדם להגדיל באופן משמעותי, בעוד eGFR ותפוקת שתן להקטין באופן משמעותי. הצורך בניגודיות יוד הוא מינימלי ואינו משפיע על תפקוד הכלייתי. כריתת עורק הכליה הדו-צדדית מחקה טוב יותר את התרחיש הקליני של תת-פרופלוזיה כליות פריופרטיבית, והגישה העורית ממזערת את ההשפעה של התגובה הדלקתית ואת הסיכון לזיהום שנראה בגישה פתוחה, כגון לפרוסטומיה. היכולת ליצור ולשכפל מודל חזירים רלוונטי קלינית זה מקלה על התרגום הקליני לבני אדם.
Introduction
פגיעה חריפה בכליות (AKI) היא מצב מאובחן בקרב חולים כירורגיים הקשורים לתחלואה ותמותה משמעותית1,2. הנתונים הזמינים מראים כי AKI יכול להשפיע אפילו על מחצית מכלל החולים המאושפזים ברחבי העולם ומוביל לשיעור תמותה של 50% בחולים ביחידה לטיפול נמרץ1,3. למרות שכיחותו הגבוהה, הטיפול הנוכחי ב- AKI נותר מוגבל לאסטרטגיות מניעה, כגון ניהול נוזלים ודיאליזה. לכן, יש עניין מתמשך לחקור טיפולים אלטרנטיביים עבור AKI4,5,6.
AKI מסווג בדרך כלל טרום כליות, מהותי, ולאחר כליות מבוסס על האטיולוגיה שלה4,5,6. רוב החולים הכירורגיים עם AKI קשורים לגורמים טרום כליות עקב היפובולמיה, וכתוצאה מכך פגיעה איסכמיה-reperfusion (IRI) של הכליות2. מבחינה קלינית, תפוקת השתן פוחתת, ורמות קריאטינין להגדיל עקב ירידה בתפקוד הכלייתי. הכליה היא איבר בעל קצב חילוף חומרים גבוה ורגיש לאיסכמיה. מודל בעלי חיים גדול מאוד לשחזור של IRI כליות יש צורך להשיג תובנה טובה יותר לתוך הפתופיזיולוגיה של AKI ואת הגישות הטיפוליות הפוטנציאליות שלה5.
כדי לחקות את התרחיש הקליני של hypoperfusion כליות peri-operatively, מודל של נעילת עורק כליות דו צדדי נחשב מתאים. מודלים שתוארו בעבר הכרוכים בחסימה חד-צדדית של עורק הכליה עם או בלי כריתה של הכליה הנגדית אינם מספקים ישימות קלינית מספקת7,8. למרות מודלים אלה מספיקים לגרימת AKI, הם אינם דומים תרחישים קליניים בחיים האמיתיים לא במונחים של סוג ולא משך של פגיעה.
מטרתו של נייר זה היא להציג מודל חזירי של חסימה זמנית דו-צדדית עורית של עורקי הכליה על ידי חסימת צנתר בלון תחת אנגיוגרפיה. אותיקה עורק כליות דו צדדי מחקה את התרחיש הקליני של hypoperfusion כליות, ואחריו הסרה מאוחרת יותר של הבלון עבור reperfusion9,10. השלבים הטכניים מתוארים, כולל צנתור, הדרכת צנתר, אנגיוגרפיה וניטור המודינמי. שיטה זו לא רק מאפשרת חסם מבוקר מאוד לשכפול של עורקי הכליות, אלא הגישה העורית ממזערת את ההשפעה של התגובה הדלקתית על ידי הגבלת כמות העלבון לגוף בהשוואה לגישה פתוחה.
Protocol
Representative Results
Discussion
AKI היא הפרעה קלינית נפוצה המשפיעה על עד 50% מהחולים הבוגרים המאושפזים ברחבי העולם6,12. מודל בעלי חיים רלוונטי קלינית נדרש כדי לחקור עוד יותר את הפתופיזיולוגיה של המחלה ויעדים טיפוליים פוטנציאליים. למרות שישנם מספר מודלים מורים המשכפלים AKI, אלה אינם מחקים לחלוט…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות לד”ר ארתור נדר על עזרתו והדרכתו. עבודה זו נתמכה על ידי פרס החדשנות של ריצ’רד א’ וסוזן פ. סמית’ לנשיא, מייקל ב. קליין ומשפחתו, קרן משפחת סידמן, קרן הצדקה מייקל ב. רוקין, קרן המחקר לצדקה של קנת ס. גריפין ומועצת ההשקעות של בוסטון.
Materials
| 0.9% sodium chloride injection, usp, 100 ml viaflex plastic container | Baxter | 2B1302 | For animal hydration |
| Agent contrast 100.0ml injection media btl ioversal 74% | CARDINAL HEALTH | 133311 | For visualizing the vasculature |
| Bard Bardia Closed System Urinary Drainage Bag | BARD Inc | 802001 | For urine collection |
| BD Vacutainer K2 EDTA | BD | 367841 | For blood sample storage |
| BD Vacutainer Lithium Heparin | BD | 366667 | For blood sample storage |
| Betadine | Henry Schein | 6906950 | For skin disinfection |
| Bookwalker retractor | Codman | For skin retraction | |
| Bupivacaine 0.25% | Hospira | Administer at incision site for analgesia | |
| Buprenorphine SR | Zoo Pharm | 10mg/ml bottle, Dose: 0.2mg/kg SC | |
| Cath angio 5.0 Fr x100.0 cm 0.038 in JR4 | MERIT MEDICAL SYSTEM INC | 7523-21 | For identification of the renal arteries |
| Cuffed endotracheal tube | Emdamed | To establish a secure airway for the duration of the operation | |
| EKG Medtronics- Physiocontrol LifePak 20 Oxygen saturation monitor | GE Healthcare Madison WI | For oxygen saturation monitoring | |
| Encore 26 inflator | BOSTON SCIENTIFIC | 710113 | For inflating the balloon catheters |
| Ethanol 95% (Ethyl alcohol) | Henry Schein | For skin disinfection | |
| Fentanyl patch | Mylan | Dose: 25-50mcg/hr, TD | |
| Gold silicone coated Foley | TELEFLEX MEDICAL INC | 180730160 | For urine collection |
| Heparin sodium | LEO Pharma A/S | Dose: 200 IU/kg IV | |
| i33 ultrasound machine | Phillips | Use ultrasonographic guidance for femoral catherization if necessary | |
| Inqwire diagnostic guide wire – 0.035" (0.89 mm) – 260 cm (102") – 1.5 mm j-tip | MERIT MEDICAL SYSTEM INC | 6609-33 | For guiding the balloon catheters to the renal arteries |
| Intravenous catheter, size 20 gauge | Santa Cruz Biotechnology | Inc SC-360097 | For fluid administration |
| Isoflurane | Patterson Veterinary Supply, Inc. | 21283620 | Dose: 3%, INH |
| Metzenbaum blunt curved 14.5 cm – 5(3/4)" | Rudolf Medical | RU-1311-14M | For tissue dissection and cutting |
| Neonatal disposable transducer kit with 30ml/hr flush device and double 4-way stopcocks for continuous monitoring | Argon Medical | 041588505A | For pressure measurement |
| Powerflex pro PTA dilatation catheter 6 x 20 mm – shaft length (135cm) | CARDINAL HEALTH | 4400602X | For occlusion of the renal arteries |
| Pressure monitoring lines mll/mll – 12" clear, mll/mll | Smiths Medical | B1571/MX571 | For pressure measurement |
| Procedure pack | Molnlycke Health Care | 97027809 | Surgical drape, gauze pads, syringes, beaker etc |
| Protamine | Henry Schein | 1044148 | For heparin reversal |
| Scalpel blade – size #10 | Cardinal Health (Allegiance) | 32295-010 | For the skin incisions |
| Stopcock iv 4 way lrg bore rotg male ll adptr strl | Peoplesoft | 1550 | For connecting tubings |
| Straight lateral retractor | Codman | For skin retraction | |
| Suture perma hnd 18in 2-0 braid silk blk | CARDINAL HEALTH 1 | A185H | For suturing incision site and securing catheters |
| Syringe contrast injection 10ml fixed male luer red | MERIT MEDICAL SYSTEM INC | MSS111-R | To administer the contrast agent |
| Syringe medical 60ml ll plst strl ltx free disp | CARDINAL HEALTH 1 | BF309653 | For urine collection and flushing of the angiocath |
| Tilzolan (tiletamine/zolazepam) | Patterson Veterinary Supply, Inc. | 07-893-1467 | Dose: 4-6 mg/kg, IM |
| Xylazine | Putney, INC | Dose: 1.1-2.2 mg/kg, IM |
References
- Ali Pour, P., Kenney, M. C., Kheradvar, A. Bioenergetics consequences of mitochondrial transplantation in cardiomyocytes. Journal of the American Heart Association. 9 (7), 014501 (2020).
- Giraud, S., Favreau, F., Chatauret, N., Thuillier, R., Maiga, S., Hauet, T. Contribution of large pig for renal ischemia-reperfusion and transplantation studies: The Preclinical Model. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 14 (2011).
- Amdisen, C., et al. Testing Danegaptide effects on kidney function after ischemia/reperfusion injury in a new porcine two week model. PLoS ONE. 11 (10), 1-13 (2016).
- Bhargava, P., Schnellmann, R. G. Mitochondrial energetics in the kidney. Nature Reviews Nephrology. 13 (10), 629-646 (2017).
- Bonventre, J. V., Weinberg, J. M. Recent advances in the pathophysiology of ischemic acute renal failure. Journal of the American Society of Nephrology. 14 (8), 2199-2210 (2003).
- Case, J., Khan, S., Khalid, R., Khan, A. Epidemiology of Acute Kidney Injury in the Intensive Care Unit. Critical Care Research and Practice. 2013, 9 (2013).
- Jabbari, H., et al. Mitochondrial transplantation ameliorates ischemia/reperfusion-induced kidney injury in rat. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular Basis of Disease. 1866 (8), 165809 (2020).
- Malagrino, P. A., et al. Catheter-based induction of renal ischemia/reperfusion in swine: Description of an experimental model. Physiological Reports. 2 (9), 1-13 (2014).
- Freeman, R. V., et al. Nephropathy requiring dialysis after percutaneous coronary intervention and the critical role of an adjusted contrast dose. American Journal of Cardiology. 90 (10), 1068-1073 (2002).
- Gasthuys, E., et al. Postnatal maturation of the glomerular filtration rate in conventional growing piglets as potential juvenile animal model for preclinical pharmaceutical research. Frontiers in Pharmacology. 8 (431), 1-7 (2017).
- Doulamis, I. P., et al. Mitochondrial transplantation by intra-arterial injection for acute kidney injury. American Journal of Physiology – Renal Physiology. 319 (3), 403-413 (2020).
- Rewa, O., Bagshaw, S. M. Acute kidney injury-epidemiology, outcomes and economics. Nature Reviews Nephrology. 10 (4), 193-207 (2014).
- Grossini, E., et al. Levosimendan Protection against Kidney Ischemia/Reperfusion Injuries in Anesthetized Pigs. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 342 (2), 376-388 (2012).
- Laskey, W. K., et al. Volume-to-creatinine clearance ratio. A pharmacokinetically based risk factor for prediction of early creatinine increase after percutaneous coronary intervention. Journal of the American College of Cardiology. 50 (7), 584-590 (2007).
