一時的な両側性腎動脈閉塞による急性腎障害の大型動物モデル
Summary
本研究は、60分間の腎動脈の一時的な経皮的両側性両側気球カテーテル閉塞および24時間の再灌流を用いた豚における腎虚血再灌流傷害の非常に再現性の高い大型動物モデルを提示する。
Abstract
急性腎障害(AKI)は、罹患率および死亡率のリスクが高いことに関連しています。虚血再灌流傷害(IRI)は、AKIの最も一般的な原因である。この臨床シナリオを模倣するために、本研究は、腎動脈の一時的な経皮的両側気球カテーテル閉塞を用いて豚中の腎IRIの非常に再現性の高い大型動物モデルを提示する。腎動脈は、大腿動脈および頸動脈を通してバルーンカテーテルを導入し、動脈の近位部分に進めることによって60分間閉塞される。大動脈にヨウ素化されたコントラストを注入して、腎臓血管の全振動を評価し、動脈閉塞の成功を確認する。これは、バルーンカテーテルの先端におけるパルス波形の平坦化によってさらに確認される。バルーンは、両側腎動脈閉塞の60分後に収縮して除去され、動物は24時間回復することが許可される。研究の最後に、血漿クレアチニンと血液尿素窒素が有意に増加し、eGFRおよび尿の出力が大幅に減少する。ヨードコントラストの必要性は最小限であり、腎機能に影響を与えません。両側性腎動脈閉塞は、周術期腎低灌流の臨床シナリオをよりよく模倣し、経皮的アプローチは、炎症性反応の影響および開いたアプローチ(腹腔内術)のような開放的なアプローチで見られる感染のリスクを最小限に抑える。この臨床的に関連する豚モデルを作成し、再現する能力は、人間への臨床翻訳を容易にします。
Introduction
急性腎障害(AKI)は、重大な罹患率および死亡率1,2に関連する外科患者の間で一般的に診断された状態である。利用可能なデータによると、AKIは世界中の入院患者の半数にも影響を及ぼし、集中治療室1,3の患者の死亡率は50%にまで及ぶ。その高い普及にもかかわらず、現在のAKI療法は、流体管理や透析などの予防戦略に限定されたままです。したがって、AKI4、5、6の代替療法の探索に継続的な関心があります。
AKIは、典型的には、その病因4、5、6に基づいて、腎前、組み込み、および腎後に分類される。AKIを有する外科患者の大半は、低心血症による腎前原因と関連しており、腎臓2の虚血再灌流傷害(IRI)をもたらす。臨床的には、尿の出力が減少し、腎機能の低下によりクレアチニンレベルが増加する。腎臓は代謝率が高い臓器で、虚血の影響を受けやすい。腎IRIの非常に再現性の大きな動物モデルは、AKIの病態生理学とその潜在的な治療アプローチに関するより良い洞察を得るために必要である5。
腎低灌流の周回手術の臨床シナリオを模倣するために、両側腎動脈閉塞のモデルが適していると考えられる。前述のモデルは、対側腎臓の切除の有無にかかわらず一方的な腎動脈閉塞を伴うモデルは、十分な臨床適用性を提供していない7,8。これらのモデルはAKIを引き起こすには十分ですが、タイプや傷害の持続時間の面でも実際の臨床シナリオに似ていない。
本論文の目的は、血管造影の下で気球カテーテル閉塞による経皮的両側性腎動脈の一時的閉塞のブタモデルを提示することである。両側性腎動脈閉塞は、腎低灌流の臨床シナリオを模倣し、続いて再灌流用バルーンを除去した9,10.技術的なステップは、カテーテル法、カテーテルガイダンス、血管造影、血行力学的モニタリングを含む。この方法は、腎動脈の高度に制御され、複製可能な閉塞を可能にするだけでなく、経皮的アプローチは、開放的なアプローチと比較して身体に対する侮辱の量を制限することによって炎症反応の影響を最小限に抑える。
Protocol
Representative Results
Discussion
AKIは、世界中の入院成人患者の最大50%に影響を及ぼす一般的な臨床障害である6,12.臨床的に関連する動物モデルは、疾患の病態生理学および潜在的な治療標的をさらに調査するために必要である。AKIを複製するいくつかのマウスモデルがありますが、これらはそれぞれの臨床シナリオと人間の腎臓の解剖学を完全に模倣していません。本研究は、ヒ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
アーサー・ネダー博士の助けと指導に感謝します。この作品は、リチャード・A・アンド・スーザン・F・スミス会長イノベーション賞、マイケル・B・クラインと家族、シドマン・ファミリー財団、マイケル・B・ルキン慈善財団、ケネス・C・グリフィン慈善研究基金、ボストン投資評議会によって支援されました。
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).
