En stor djurmodell för akut njurskada av tillfällig bilateral njurartärlusion
Summary
Denna studie presenterar en mycket reproducerbar stor djurmodell av njurlymfknutor ischemi-reperfusion skada hos svin med hjälp av tillfällig perkutan bilaterala ballong-kateter ocklusion av njurlymfknutor artärer för 60 min och reperfusion för 24 h.
Abstract
Akut njurskada (AKI) är förknippad med högre risk för sjuklighet och dödlighet postoperativt. Ischemi-reperfusion skada (IRI) är den vanligaste orsaken till AKI. För att efterlikna detta kliniska scenario presenterar denna studie en mycket reproducerbar stor djurmodell av njurmedicinska IRI hos svin med hjälp av tillfällig perkutan bilaterala ballong-kateter ocklusion av njurlymfknutor artärer. Njurartärerna är ockluderade i 60 minuter genom att introducera ballongkatetrarna genom lårbens- och halspulsådern och föra dem in i den proximala delen av artärerna. Joderad kontrast injiceras i stora delar för att bedöma eventuella opacifiering av njurkärlen och bekräfta framgången för artär ocklusion. Detta bekräftas ytterligare av platta av pulsvågformen vid ballongkatetrarnas spets. Ballongerna deflateras och avlägsnas efter 60 min bilateral njurartärocklusion, och djuren får återhämta sig i 24 timmar. I slutet av studien ökar plasma kreatinin och blodurea kväve avsevärt, medan eGFR och urinproduktionen minskar avsevärt. Behovet av joderad kontrast är minimalt och påverkar inte njurfunktionen. Bilaterala njurlymfknutor gatan ocklusion bättre efterliknar det kliniska scenariot av perioperative njurlymfknutor hypoperfusion, och perkutan strategi minimerar effekten av det inflammatoriska svaret och risken för infektion sett med ett öppet tillvägagångssätt, såsom en laparotomy. Förmågan att skapa och reproducera denna kliniskt relevanta svinmodell underlättar den kliniska översättningen till människor.
Introduction
Akut njurskada (AKI) är ett vanligt diagnostiserat tillstånd bland kirurgiska patienter i samband med betydande sjuklighet ochdödlighet 1,2. Tillgängliga data visar att AKI kan påverka även hälften av alla inlagda patienter över hela världen och leder till 50% dödlighet hos patienter på intensivvårdsavdelningen1,3. Trots sin höga prevalens är nuvarande AKI-terapi fortfarande begränsad till förebyggande strategier, såsom vätskehantering och dialys. Därför finns det ett pågående intresse för att utforska alternativa terapier för AKI4,5,6.
AKI klassificeras vanligtvis i pre-renal, inneboende och post-renal baserat på dess etiologi4,5,6. Majoriteten av kirurgiska patienter med AKI är associerade med pre-njurorsaker på grund av hypovolemia, vilket resulterar i ischemi-reperfusion skada (IRI) av njurarna2. Kliniskt minskar urinproduktionen, och kreatininnivåerna ökar på grund av minskad njurfunktion. Njuren är ett organ med hög ämnesomsättning och mottaglig för ischemi. En mycket reproducerbar stor djurmodell av njurmedicinska IRI är nödvändig för att få en bättre inblick i patofysiologin hos AKI och dess potentiella terapeutiska metoder5.
För att efterlikna det kliniska scenariot av njure hypoperfusion peri-operatively, en modell av bilaterala njurlymfknutor gatan ocklusion anses lämplig. Tidigare beskrivna modeller som innebär ensidiga njurlymfknutor gatan ocklusion med eller utan samband av kontralateral njure ger inte tillräcklig klinisk tillämplighet7,8. Även om dessa modeller är tillräckliga för att orsaka AKI, liknar de inte verkliga kliniska scenarier varken när det gäller typ eller varaktighet av skada.
Syftet med detta dokument är att presentera en svin modell av perkutan bilaterala tillfälliga ocklusion av njurlymfknutor artärer av ballong-kateter ocklusion under angiografi. Bilaterala njurlymfknutor gatan ocklusion efterliknar det kliniska scenariot av njurlymfknutor hypoperfusion, följt av efterföljande avlägsnande av ballongen för reperfusion9,10. De tekniska stegen beskrivs, inklusive kateterisering, kateter vägledning, angiografi och hemodynamic övervakning. Denna metod möjliggör inte bara en mycket kontrollerad och reproducerbar ocklusion av njurartärerna, men det perkutana tillvägagångssättet minimerar effekten av det inflammatoriska svaret genom att begränsa mängden förolämpning mot kroppen jämfört med ett öppet tillvägagångssätt.
Protocol
Representative Results
Discussion
AKI är en vanlig klinisk sjukdom som påverkar upp till 50% av inlagda vuxna patienter över hela världen6,12. En kliniskt relevant djurmodell behövs för att ytterligare undersöka patofysiologin hos sjukdomen och potentiella terapeutiska mål. Även om det finns flera murinmodeller som replikerar AKI, efterliknar dessa inte helt sina respektive kliniska scenarier och anatomin hos den mänskliga njuren. Denna studie föreslår en kliniskt relevant svinmodell …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka dr Arthur Nedder för hans hjälp och vägledning. Detta arbete stöddes av Richard A. och Susan F. Smith President’s Innovation Award, Michael B. Klein and Family, The Sidman Family Foundation, Michael B. Rukin Charitable Foundation, Kenneth C. Griffin Charitable Research Fund och The Boston Investment Council.
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).
