We thank Fred Roberts for exemplary technical support. We thank Brigham Women&#8217;s Hospital Cardiovascular Physiology Core for providing with the instrumentation and the funds for this work. This work was supported in part by NHLBI grants HL093148, HL086967, and Departmental Funds from (SUNDRY).

Führen Sie alle in männlichen Ratten Sprague Dawley gekauft von Charles River Laboratories in Übereinstimmung mit American Veterinary Medical Association (AVMA) Richtlinien und Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) Protokolle genehmigt werden. 1. Vorbereitung der Tiere und chirurgische Verfahren <ol><li> Akklimatisieren alle Tiere eine Woche vor jeder experimentellen Verfahren. </li><li> Anesthetize Tier mit Isofluran (2-3% zu induzieren, und 1,0% zu halten) und Augensalbe für beide Augen gelten für Austrocknung, Reizung oder Geschwüren zu verhindern. </li><li> Entfernen Sie Haare aus der Brust des Tieres mit # 40 Klinge und Enthaarungscreme wie nötig. Es kann Haar Form dem Rücken des Tieres zu entfernen, wenn wir nicht eine gute Bilddaten von Bauchseite Bildgebung erhalten haben. </li></ol> 2. Nephrotoxizität Rattenmodell <ol><li> Für Nephrotoxizität Modell Cisplatin-induzierte, verwalten Cisplatin, Protokoll eine mits zuvor beschrieben. 15 </li><li> Führen Sie die Sonographie zu Beginn der Studie, 24 Stunden vor der Verabreichung von Cisplatin (Tag 0). (Siehe Schritt 3 Imaging Protocol) </li><li> Randomisieren Ratten (n = 6) in zwei Gruppen. Am Tag 1, verwalten Cisplatin (10 mg / ml) (10 mg / kg Körpergewicht, Einzeldosis Nephrotoxizität Induktion), Injektionsvolumen (1 ml / kg Körpergewicht) berechnet, indem das Körpergewicht des Tieres), intraperitoneal in der Studiengruppe und normaler Kochsalzlösung ( NS) in der Kontrollgruppe. </li><li> Anästhesieren Tier als Schritt 1.2 bei 24, 48, 72, 96, 120, 144 Stunden nach der Verabreichung von Cisplatin. </li><li> Nehmen Bild hochauflösendem Ultraschall-System (siehe Materialien und Geräte Tabelle) unter stabilen Anästhesie Stufe des Tieres. Weiter das Tier die grundlegenden physiologischen Funktion während der Bildgebung von Narkoseeinleitung durch vollständige Genesung zu überwachen. </li><li> Überwachen des Tieres Vital während Bildgebungsverfahren: Ratte-Temperatur: 35,9-37,5, Atemfrequenz: 66-144 / min, Herzfrequenz: 250-600 / min.Die optimale Vitalzeichen in unserer vorgeschlagenen Studie zu lesen ist: Temperatur: 36,5-37,0, Atemfrequenz: 80-100 / min, Herzfrequenz: 450-550 / min. HINWEIS: Verwenden Sie intravenöse Flüssigkeitsinfusion und Heizlampe Tieres normalen physiologischen Zustand zu halten, um die Auswirkungen der Chirurgie und Anästhesie zu minimieren. Assist Beatmung mit Beatmungsgerät während des Verfahrens, falls erforderlich. Allerdings wird eine mechanische Belüftung selten in diesem Experiment benötigt. </li></ol> 3. Imaging Protocol Hinweis: Die Ultraschall-Maschine-Provider die beheizte Plattform für lange Bildgebungsverfahren zur Verfügung stellt. Allerdings haben wir nicht die erhitzte Plattform in unserem demonstriert Experiment verwenden, da es nur 5 bis 15 Minuten dauert. Die für die Körpertemperatur gesteuert, die mit einem Rektalthermometers mit der Physiologie Steuerschalter überwacht wird. <ol><li> Quer Bild von Nieren (B-Modus): <ol><li> Mit MS 250 Ultraschall mit Mittenfrequenz von 21 MHz verbindened auf den aktiven Ports, setzen Sie die Anwendung voreingestellt auf &quot;General Imaging&quot;. </li><li> Mit dem Tier in Rückenlage auf der Plattform, positionieren Sie den 21-MHz-Ultraschallsonde, das Schienensystem unter Verwendung der Mittellinie auf Tier und die Aorta zu isolieren. In dieser Position ist der Sondenwinkel 90 Grad nach links Parasternallinie (Querachse) (1A, B). </li><li> Aus dieser Position, die Plattform mit dem Tier gleiten, so dass die Sonde nun auf der Höhe der renalen Arterie (entweder links oder rechts kann die Bild eine zu einem Zeitpunkt). </li><li> Durch die Mikromanipulatoren verwenden, sehen entweder die rechte oder die linke Nierenarterie. </li><li> Stellen Sie die Sonde Winkel von etwas entlang der y-Achse der Sonde Kippen eine vollständige Niere Ansicht in der Mitte des Bildschirms zu erhalten. </li><li> Sobald die richtigen Ziele (Nierenbecken, Nierenarterie) sind wie in 1C und D dargestellt identifiziert, cine speichern das Bild , um die höchste Framerate mit der verwendeten Sonde erlaubt werden. </li&gt; </ol></li><li> Quer Bild von Nieren (Farb-Doppler-Ansicht): <ol><li> Mit dem Farb-Doppler-Taste auf der Tastatur, schalten Sie Farb-Doppler-Schallfenster. Dies hilft , Nierenarterie und Nierenvene (1D) zu isolieren. (Blaue Farbe zeigt Fluss arterielle und rote Farbe zeigt den venösen Fluss). </li><li> Stellen Sie sicher, dass die Fokustiefe (von und gelbe Pfeilspitze auf der Y-Achse angegeben) in der Mitte der Niere liegt. Notieren Sie sich die Daten mit cine speichern. </li><li> Stellen Sie sicher, Aufzeichnung der Daten auf dem höchstmöglichen Bildrate möglich (&gt; 200 Bilder / s). </li></ol></li><li> Quer Bild von Nieren (Pulsed-Wave oder PW-Ansicht): <ol><li> Klicken Sie auf das PW - Taste, während in Color-Doppler - Modus, einen gelben Linie (Pulsed-Wave - Doppler - Probenvolumen) auf dem Bildschirm (Abbildung 1F) zu bringen. </li><li> Legen Sie die gelbe Linie in der Nierenarterie, in einem Winkel, der die Ausrichtung der Strömung durch den Behälter Parallelen durch den PW Winkel-Taste. </li><li&gt; Für Durchfluss Beurteilung in der rechten Nierenarterie, legen Sie die PW gelben Linie entlang der Nierenarterie in der Richtung des Flusses Gewährleistung des Doppler - Winkels beträgt 60 Grad oder weniger (dies ist in blau in Abbildung 1 D und E dargestellt). </li><li> In diesem Modus teilt das akustische Fenster in obere und untere Abschnitte auf. </li><li> Verwenden Sie Cine Laden, um das Bild der Wellenformen zu erfassen, die die Geschwindigkeit des arteriellen Fluss zu Spitzen Systole und Diastole zeigen. </li></ol></li></ol> 4. Tierhaltung nach dem Imaging <ol><li> Von Tag 0 bis Tag 5, platzieren Tier in einen sauberen Recovery-Bereich (mit sauberen Papiertuch auf Betten) in Brustlage Position nach der Bebilderung. Beachten Sie, dass wir alle Tiere mit äußerster Vorsicht mit &quot;Schwanz-Holding&quot; Methode für aggressive Tiere behandeln wie Tiere erholen sich von der Narkose. </li><li> Während Aufwachraum, halten die Körpertemperatur des Tieres mit einem externen heat Quelle und Monitor Tieres Vitalzeichen mit elektro Sonden bis Tier vollständig erholt sich von der Narkose. </li><li> Zurück erholt Tiere in die Anlage Gehäuse Raum, wenn sie wach und aktiv sind. </li><li> Euthanize alle Ratten gemäß gültiger Richtlinien an Tag 6 und Ernte Nieren (siehe Schritt 4.7) für die histologische Beurteilung sowie Schritt 4.5. </li><li> Sammeln Tier Urin von Sammelröhrchen in dem metabolischen Käfig für Kreatinin-Test angebracht Nierenfunktion zu überprüfen. </li><li> Führen Paraffinschnitt von tierischen Niere, und führen HE (Hämatoxylin und Eosin) Anfärben Nephrotoxizität zu prüfen (siehe Schritt 4.7 für Details). </li><li> Opfern Tiere und exsanguinate mit 0,9% NaCl-Lösung, gefolgt von 10% gepuffertem Formalin Fixierung durch den linken Ventrikel. Nach dem Ausbluten mit 0,9% NaCl - Lösung, 16 die Rattennieren zur histologischen Beurteilung zu entfernen. <ol><li> Paraffin einbetten 6-mm-Abschnitte die Niere Morphol zu beobachtenlogie und Nephrotoxizität. Nierengewebe in 30% Saccharose in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) für 48 Stunden bei 4 ºC dehydratisieren. Befestigen Sie dann die Abschnitte in 10% gepuffertem Formalin für 24 bis 48 Stunden lang bei 4 ºC. </li><li> Als nächstes einzubetten bis zum Schneiden der Nierengewebe in Paraffin, und speichern die Gewebeparaffinblöcke bei RT. Weitere Kapitel werden die Blöcke Gewebe ein Paraffinschnitt Maschine und legen Sie die Abschnitte auf einer beschichteten Glasträger. </li><li> Deparrafinize den Abschnitt und rehydriert und gefärbt mit Hämatoxylin für 10 von Eosin gefolgt min für 3 min. Montieren Sie die Abschnitte auf einer Folie und haben sie von einem Nagetier Pathologen ausgewertet. </li></ol></li></ol> 5. Daten Berechnung und Analyse <ol><li> Berechnen Spitzennierenarterien Geschwindigkeiten von den Farb-Doppler-Bilder aus dem Schritt 3.2 erhalten. Wählen Sie Geschwindigkeits-Zeit-Integral (VTI) Werkzeug, um die Spitzen des systolischen und diastolischen Geschwindigkeit zu verfolgen. </li><li> Berechnen Sie Resistive Index (RI) und Pulsierende Index (PI) unter Verwendung des equations unten. RI = (systolische Spitzengeschwindigkeit-End-diastolische Geschwindigkeit) / systolischen Spitzengeschwindigkeit PI = (systolische Spitzengeschwindigkeit-End-diastolische Geschwindigkeit) / mittlere Geschwindigkeit. </li><li> Führen Sie eine statistische Analyse von RI und PI Ergebnisse mit Standardabweichungen vom Mittelwert aus drei Messungen Zyklus. Für andere Standardparameter finden Sie in den Handbüchern der Hersteller bis zur Datenanalyse unter Verwendung von proprietärer Software (siehe Materialien und Geräte Tabelle) durchführen. </li></ol>

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

In den letzten zehn Jahren haben viele Fortschritte traten in sonographische Technologie, einschließlich der Entwicklung von Hochfrequenz-mechanischen Sonden, die sonographische Daten mit hoher Qualität, Empfindlichkeit und Genauigkeit bieten. Diese Sonden können etwa 50 &amp; mgr; m axiale Auflösung bei einer Eindringtiefe von 5 bis 12 mm und eine hohe Bildraten (größer als 200 Bilder / s), so kann es als ein robustes Werkzeug dienen kleine Tiere zu studieren , wie Ratten und Mäuse 18, 19. Darüber hinaus erlaubt es auch sonographische Bilder auf leicht sediert oder bewusste Tiere mit Vital bei physiologischen Ebenen zu sammeln. Darüber hinaus bietet diese nicht-invasive Modalität auch Gelegenheit Längs Beurteilung der strukturellen und funktionellen Veränderungen während der Progression der Krankheit durchzuführen , ohne Tiere 19 zu opfern. Im Jahr 1959, Drs. Rusell und Pinsel beschrieben zuerst die drei &quot;R&quot; Regeln (Replacement, Reduction und Refinement) awar zu erhöhenENESS ethische Fragen in der Nutzung von Tieren in der Forschung. Das vorgeschlagene Protokoll zeigt zum ersten Mal, dass nicht-invasive Kleintier Sonographie kann minimale Anzahl von Tieren unter geringsten Schmerzen, Leiden oder Ängste in Nephorotoxicity Studie verwendet. Daher ist es ein potentielles effektive Modalität die drei &quot;R&quot; Regeln für die Versuchstiere zu genügen. Viele sonographische Untersuchungen haben in Herzanwendungen konzentriert; die Nierenfunktion Beurteilungen wurden oft aus Messungen der Herzfunktion abgeleitet statt einer direkten Untersuchung der Nieren 20-25. eine Bildgebungsmethode zu visualisieren anatomischen und funktionellen Veränderungen in der Niere und in Echtzeit Wir haben festgestellt. Wir verwendeten einen vorgewählten Satz komplementärer akustischen Fenster, Graustufen / B-Modus und Farb-Doppler, die spezifisch für Nieren Ansicht. Wir nutzten die RI und PI-Indizes, die die Beziehung zwischen diesen Indizes und den Veränderungen der Nierenfunktion in der Cisplatin induzierte Toxizität Modell zu bewerten. <p class=&quot;Jove_content&quot;&gt; Es gibt jedoch einige Probleme und Einschränkungen der vorgeschlagenen Bildgebungsverfahren wie folgt: 1) eine geeignete Wahl des Narkosemittels und der Grad der Anästhesie entscheidend sind für Herz- und Atmungsstabilität. Uneinheitliche physiologisches Phänomen (einschließlich Atmungs- und Herzfrequenzschwankungen) beeinflussen Nierenarterie Fluss, die Qualität der Bildgebung und die Nierenfunktion Beurteilung. Wir verwenden IACUC injizierbares Anästhetikum zugelassen, Pentobarbital (50 mg / kg Körpergewicht, ip), da unser Sicherungs Anästhetikum richtige normale physiologische Funktion bei der Abbildung und Nierenfunktion Beurteilung zu gewährleisten; 2) Depilation ist ein entscheidender Schritt, wie Vorhandensein von Brusthaar, die Qualität der sonographische Bilder beeinflusst; 3) Während die Sonographie der Nieren relativ einfach für einen geschulten Bediener; für den durchschnittlichen Bediener ist es entscheidend Technik einzelnen Tieres einzigartige Anatomie anzupassen und minor Manipulationen machen; 4) Wenn die Größe der Ratten ist ziemlich groß (über 350 Gramm), eine untere Frequenzsonde (weniger als die in dieser Studie 21 MHz verwendet wird) kann für eine optimale Bildgebung erforderlich. Es könnte sein, klug ein Training vor dem geplanten Betrieb des Bildgebungssystems zu übernehmen. Die Neuheit bei der Aufdeckung von Medikamenten-induzierten Nephrotoxizität die vorgeschlagene sonographische Methodik und abgeleitete Protokoll ist seine frühe robuste Detektion von hämodynamischen Veränderungen im Falle von Nierenschäden. Die Ergebnisse zeigen, dass die intraNierenGefäß hämodynamischen Veränderungen in der Tat die steigende sCr vorangehen. Diese Daten werden gebenchmarkt gegen die herkömmlichen Goldstandard histologischen Analyse mit und zeigen, dass Kleintier Sonographie ist eine nichtinvasive, empfindliche und reproduzierbare Modalität, die minimale Anforderung der Tiernutzung hat. Es ist somit ein wirksames Instrument zur Früherkennung von Medikamenten-induzierten Nephrotoxizität unter Verwendung von Rattenmodell.

Serum-Kreatinin (SCR) wurde der Goldstandard metrische Nierenfunktion zu beurteilen, für mehr als zwei Jahrzehnten. Vor kurzem wurden viele Studien berichtet , dass Nierenschädigung tritt viel früher als die Veränderungen in sCr 1. Es gibt jedoch keine robusten Verfahren zum Nachweis der hämodynamischen Veränderungen, die früh im Verlauf der Nierenschädigung einschließlich Arzneimittel-induzierter Nephrotoxizität auftreten. Arzneimittel-induzierte akute Niereninsuffizienz führt hämodynamischen Dysfunktion zu Nierengewebeschäden und weitere Progression zu Nierenversagen 2,3. In den letzten paar Jahrzehnten, zeigen Studien , dass Imaging - Tools wie Computertomographie (CAT), funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) und Sonographie eine Rolle bei der hämodynamischen Bewertung 4 spielen. In der aktuellen Imaging - Tools, Sonographie Graustufen gekoppelt mit Farb-Doppler - Techniken, sind die am häufigsten 3,5,6 zu etablieren und zu bewerten anatomischen Status der Niere eingesetzt. Sullivan et. al. und Bonnin et. al. berichteten kürzlich , dass die Sonographie eine wirksame, leistungsfähige und nicht-invasive Werkzeug bei der Analyse hämodynamischen Veränderungen in Vasokonstriktion und Hypoxie Stress Tiermodellen 7,8 ist. Diese Technik wird auch allgemein zu detektieren arterielle Stenose 9,10 verwendet. Die neuesten technischen Fortschritte auf dem Gebiet der hochauflösenden Ultraschall - Bildgebung erlaubt haben Forscher kardiovaskuläre Toxizität unter Verwendung von Hochfrequenz (25-80 MHz) und hoher Auflösung (&lt;0,03 mm Auflösung) Sonden in vivo 11 zu adressieren. Wir vermuten, dass diese hochauflösenden Sonographie Nieren zu untersuchen wird eine einmalige Gelegenheit für eine nicht-invasive und empfindliche Methode zur Früherkennung von Nephrotoxizität bieten. Cisplatin wird verwendet , Hoden zu behandeln, Eierstock-, Blase, Kopf, Lunge und Hals - Tumoren in Kombination mit anderen Arzneimitteln 12-14. Cisplatin hat war gut dokumentierte Nephrotoxizität aufgrund Zellnekrosen von proximal Tubuli (PT) und Sammelkanäle führten Blutharnstoffstickstoff (BUN) und sCr 15 steigt. Hier bieten wir eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Methode der Verwendung von nicht-invasiven Nierensonographie Funktionsstörungen der Nieren mit dem Rattenmodell der Droge (Cisplatin) -induzierten Nephrotoxizität zu charakterisieren.

<table><tbody><tr><td>Depilatory cream</td><td>Miltex, Inc.</td><td>Surgi-Prep</td><td>Apply 24 hours prior to imaging</td></tr><tr><td>cis-Diamineplatinum(II) dichloride</td><td>Sigma</td><td>479306</td><td>To induce acute kidney injury at small animals.</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Baxter International Inc.</td><td>NDC 10019-773-40</td><td>2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute</td></tr><tr><td>High Frequency Ultrasound</td><td>FUJIFILM VisualSonics, Inc.</td><td>Vevo 2100</td><td></td></tr><tr><td>High-frequency Mechanical Transducer</td><td>FUJIFILM VisualSonics, Inc.</td><td>MS250, MS550D, MS400</td><td></td></tr></tbody></table>

early detection of drug-induced renal hemodynamic dysfunction using sonographic technology in rats

Die Nierenfunktion normalerweise hämodynamischen Homöostase und ist ein wichtiger Ort der durch Medikamententoxizität verursacht wurden. Arzneimittel-induzierte Nephrotoxizität wird geschätzt, dass 19- 25% aller klinischen Fälle von akutem Nierenversagen (AKI) bei kritisch kranken Patienten beizutragen. AKI Erkennung hat in der Vergangenheit auf Metriken verlassen, wie Serum-Kreatinin (SCR) oder Blutharnstoffstickstoff (BUN), die nachweislich unzureichend vollständige Bewertung der Nephrotoxizität in der frühen Phase der Nierenfunktionsstörung sind. Derzeit gibt es keine robusten Diagnoseverfahren genau zu hämodynamischen Veränderungen in der frühen Phase der AKI erfassen, während solche Änderungen tatsächlich den Anstieg des Serum-Biomarker Ebenen voraus könnten. Eine solche Früherkennung Klinikern helfen, eine genaue Diagnose zu stellen und in die in der Entscheidung helfen, für die therapeutische Strategie zu machen. Die Ratten wurden mit Cisplatin behandelt AKI zu induzieren. Nephrotoxizität wurde für sechs Tage mit Hochfrequenz-Sonographie, sCr Messung beurteilt und auf HistopathologieNiere. Hämodynamische Auswertung mit Hilfe von 2D und Farb-Doppler-Bilder wurden verwendet, um seriell Nephrotoxizität in Ratten untersucht, die Sonographie. Unsere Daten zeigten erfolgreiche Arzneimittel-induzierte Nierenschädigung bei erwachsenen Ratten durch die histologische Untersuchung. Farb-Doppler-basierte sonographische Beurteilung der AKI darauf hingewiesen, dass resistive-Index (RI) und pulsierender-Index (PI) wurden in der Behandlungsgruppe erhöht; und Peak-systolischen Geschwindigkeit (mm / s), enddiastolische Geschwindigkeit (mm / s) und die Geschwindigkeits-Zeit-Integral (VTI, mm) wurden in Nierenarterien in der gleichen Gruppe verringert. Wichtig ist durch die Sonographie ausgewertet, diese hämodynamischen Veränderungen voran den Aufstieg sCr Ebenen. Sonography-basierte Indizes wie RI oder PI kann so nützlich prädiktive Marker werden bei Nagetieren die Nierenfunktion von rückläufig. Aus unserer Sonographie-basierte Beobachtungen in den Nieren von Ratten, die AKI unterzog, haben wir gezeigt, dass diese nicht-invasive hämodynamische Messungen als eine genaue, empfindliche und robuste Methode bei der Aufdeckung von frühen Stadium des Nierenfunktionsstörung betrachten kann. Tseine Studie unterstreicht auch die Bedeutung der ethischen Fragen im Zusammenhang mit Tierversuchen in der Forschung.

Die Bilder in dieser Studie vorgestellt wurden von einem einzigen Betreiber übernommen. Alle Bilder wurden mit einem Hochfrequenz-Ultraschall-Maschine gesammelt (siehe Materialien und Geräte Tabelle). Alle Bilddaten wurde von einem einzigen Ermittler analysiert. Die Ergebnisse zeigten , dass Cisplatin-behandelten Tieren sCr 0,5-2,1 (Normalbereich &lt;1,1) im Bereich hatte am Tag 6 (2A). Jedoch zeigten die histologischen Studien konsistente Muster der akuten tubule interstitielle Verletzungen im Vergleich zu physiologischer Kochsalzlösung behandelten Tieren. Mit hochauflösenden Ultraschall-Bildgebung hämodynamischen Veränderungen der Niere zu messen, zeigten die Daten, dass bei Tieren mit NS keine Änderung der Morphologie war zwischen Tag behandelt 0 und Tag 6, während Pulsus parvus Morphologie bei Tieren am Tag sechs nach Cisplain Behandlung festgestellt wurde. Die obere Grenze des normalen RI und PI sind 0,7 und 1,15 jeweils in Ratten 17. Unter Verwendung der obigen Indizes hämodynamischen zu bewerten<html> Veränderungen der Niere, die zeigten, dass es am Tag 6 signifikante Zunahme von RI und PI in Cisplatin-behandelten Tieren. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig1.jpg" /> Abbildung 1. Ultraschallgerät Einstellungen zum Erfassen Nieren Bilder in Ratten. Grafische Darstellungen der Bilderzeugungssystem mit der Einstellung der Tierstufe (A) und bildgebende Sondenposition (B) während des Betriebs der Rattenniere sonographische Bildgebung. Die Probe sonographische Bilder aus Rattenniere erhalten die hochfrequenten, hochauflösenden Ultraschallsysteme (siehe Material andand Ausrüstung Tabelle). (CF). Die Daten zeigen klar Niere anatomische Struktur und den Blutfluss in den Nierengefäße mit ausreichend Informationen für die weitere hämodynamische Parameter-Messung und Analyse.09fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig2.jpg" /> Abbildung 2. Histologie und Nieren sonographische Bilder von Ratten unter Cisplatin - Behandlung. Serum - Kreatinin (SCR) und Histologie Studie stellt normale Nierengewebe in dem Vehikel behandelten Ratten und schweren proximalen tubulären Nierenschädigung (gelber Pfeil) in Cisplatin behandelt Ratte (A, B). sCr erhöhte sich leicht nach Cisplatin-Behandlung, blieb aber im normalen Bereich (&lt;1.1). Sonographische Bilder rechten Niere von Ratten in Color-Doppler - Modus am Tag 0, 3 und 6 am Fahrzeug und Cisplatin behandelten Ratten (C); hämodynamischen Parameter, RI und PI, waren signifikant erhöht, bewertet nach Farben-Doppler - Ultraschall (D, E). Die obere Grenze des normalen RI 0,7 und 1,15 für PI. Wichtig ist, ter obigen Daten zeigen diese hämodynamischen Veränderungen der steigenden scr voraus. Die Pulswellengeschwindigkeitsmessung zeigen einen langsamen und schwachen Puls (Pulsus parvus Zeichen, gelber Kreis) nach Cisplatin-Behandlung, die mit der Histologie Studienergebnisse korrelieren. Dieses Phänomen zeigt, Nierenarterienstenose, Behinderung und weitere Funktionsstörungen der Nieren. Die histologische Daten zeigten erfolgreiche Arzneimittel-induzierte proximalen tubulären Nierenschäden und sonographische Beurteilung zeigten signifikante Veränderungen in der RI, PI und Pulswellengeschwindigkeit mit Color-Doppler-Technologie. N = 3, *, p &lt;0,05. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52409/52409fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52409/52409fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Tabelle 1" src="/files/ftp_upload/52409/52409table1.jpg" /> Tabelle 1. Renal hämodynamischen Parameter für arzneimittelinduzierte AKI

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Early Detection of Drug-Induced Renal Hemodynamic Dysfunction Using Sonographic Technology in Rats

Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model.

Früherkennung von Medikamenten-induzierten Nieren hämodynamischen Dysfunktion Mit sonographische Technologie bei Ratten

The kidney normally functions to maintain hemodynamic homeostasis and is a major site of damage caused by drug toxicity. Drug-induced nephrotoxicity is ...

early-detection-drug-induced-renal-hemodynamic-dysfunction-using

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Medicine

12.0K Aufrufe.  Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School. Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model. 

Serie: Early Detection of Drug-Induced Renal Hemodynamic Dysfunction Using Sonographic Technology in Rats

Transcutaneous Assessment of Renal Function in Conscious Rodents

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.

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.

Transkutane Beurteilung der Nierenfunktion in Conscious Nagetiere

Glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard to assess overall kidney function. However, traditional methods to evaluate GFR are cumbersome and ...

Forschung

Medizin

Intravascular Delivery of Biologics to the Rat Kidney

The renal microvascular compartment plays an important role in the progression of kidney disease and hypertension, leading to the development of End Stage Renal Disease with high risk of death for cardiovascular events. Moreover, recent clinical studies have shown that renovascular structure and function may have a great impact on functional renal recovery after surgery. Here, we describe a protocol for the delivery of drugs into the renal artery of rats. This procedure offers significant advantages over the frequently used systemic administration as it may allow a more localized therapeutic effect. In addition, the use of rodents in pharmacodynamic analysis of preclinical studies may be cost effective, paving the way for the design of translational experiments in larger animal models. Using this technique, infusion of rat recombinant Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) protein in rats has induced activation of VEGF signaling as shown by increased expression of FLK1, pAKT/AKT, pERK/ERK. In summary, we established a protocol for the intrarenal delivery of drugs in rats, which is simple and highly reproducible.

The administration of drugs for recovery of kidney function requires control of the localization and distribution of the therapeutic compound. Here, we describe in detail a simple technique for intrarenal delivery of drugs in rats. This procedure may be easily performed with no mortality and high reproducibility.

Die intravaskuläre Lieferung von Biologics zur Rattenniere

The renal microvascular compartment plays an important role in the progression of kidney disease and hypertension, leading to the development of End Stage ...

Ultrasound Assessment of Flow-Mediated Dilation of the Brachial and Superficial Femoral Arteries in Rats

Arterial vasodilation to increases in wall shear rate is indicative of vascular endothelial function. In humans, the non-invasive measurement of endothelial function can be achieved by employing the flow-mediated dilation technique, typically performed in the brachial or superficial femoral artery. Briefly, a blood pressure cuff placed distal to an ultrasound probe is inflated to a suprasystolic pressure, which results in limb ischemia. After 5 min of occlusion the cuff is deflated, resulting in reactive hyperemia and increases in wall shear rate that signal vasodilatory molecules to be released from the endothelium eliciting vasodilation. Despite the thousands of studies performing flow-mediated dilation in humans, surprisingly, no studies have performed this technique non-invasively in living rats. Considering the recent shift in focus to translational research, the establishment of guidelines for non-invasive measurement of flow-mediated dilation in rats and other rodents would be extremely valuable. In the following article, a protocol is presented for the non-invasive measurement of flow-mediated dilation in brachial and superficial femoral arteries of rats, as those sites are most commonly measured in humans.

Non-invasive assessment of endothelial function in humans can be determined by the flow-mediated dilation technique. Although thousands of studies have used this technique, no study has performed this technique non-invasively in rats. The following article describes non-invasive measurement of flow-mediated dilation in the brachial and superficial femoral arteries of rats.

Ultraschall Beurteilung der Fluss Mediated Dilation des Brachial und Oberflächliche Femoralarterie in Ratten

Arterial vasodilation to increases in wall shear rate is indicative of vascular endothelial function. In humans, the non-invasive measurement of ...

Ultrasonography in Experimental Reproductive Investigations on Rats

With the development of assisted reproductive technology and the ethical limitations of research on humans, rat animal models have been widely used in reproductive medicine. In the past, the study of reproductive system development in rodents has been based on one-time histological examination of excised tissues. Recently, with the development of high-resolution transabdominal ultrasound, high-quality sonography can now be performed to evaluate the reproductive organs of rats, allowing a new method for studying the reproductive system. Images were obtained using a high-resolution ultrasonographic system. Gynecological ultrasonography was performed on 28 eight-week-old non-pregnant rats and 5 pregnant Sprague-Dawley rats. We describe how to recognize organs of the reproductive system and associated structures in typical views during different phases of the estrus cycle. Color flow Doppler was used to measure uterine artery blood flow and evaluate uterine blood flow pattern changes during different stages of pregnancy. We have demonstrated that ultrasound exploration is a useful method for evaluating changes in internal reproductive organs. Its use raises the possibility of conducting additional experiments, including medical or surgical procedures, and provides the ability to monitor sonographic changes to internal organs without sacrificing animals.

This manuscript describes the utility of ultrasound performed on female rats to design experimental models for reproductive and gynecological investigation. A step-by-step explanation of how to perform ultrasonographic evaluation is shown.

Sonographie in experimentellen reproduktiven Untersuchungen an Ratten

With the development of assisted reproductive technology and the ethical limitations of research on humans, rat animal models have been widely used in ...

Noninvasive and Invasive Renal Hypoxia Monitoring in a Porcine Model of Hemorrhagic Shock

Up to 50% of patients with trauma develop acute kidney injury (AKI), in part due to poor renal perfusion after severe blood loss. AKI is currently diagnosed based on a change in serum creatinine concentration from baseline or prolonged periods of decreased urine output. Unfortunately, baseline serum creatinine concentration data is unavailable in most patients with trauma, and current estimation methods are inaccurate. In addition, serum creatinine concentration may not change until 24-48 h after the injury. Lastly, oliguria must persist for a minimum of 6 h to diagnose AKI, making it impractical for early diagnosis. AKI diagnostic approaches available today are not useful for predicting risk during the resuscitation of patients with trauma. Studies suggest that urinary partial pressure of oxygen (PuO2) may be useful for assessing renal hypoxia. A monitor that connects the urinary catheter and the urine collection bag was developed to measure PuO2 noninvasively. The device incorporates an optical oxygen sensor that estimates PuO2 based on luminescence quenching principles. In addition, the device measures urinary flow and temperature, the latter to adjust for confounding effects of temperature changes. Urinary flow is measured to compensate for the effects of oxygen ingress during periods of low urine flow. This article describes a porcine model of hemorrhagic shock to study the relationship between noninvasive PuO2, renal hypoxia, and AKI development. A key element of the model is the ultrasound-guided surgical placement in the renal medulla of an oxygen probe, which is based on an unsheathed optical microfiber. PuO2 will also be measured in the bladder and compared to the kidney and noninvasive PuO2 measurements. This model can be used to test PuO2 as an early marker of AKI and assess PuO2 as a resuscitative endpoint after hemorrhage that is indicative of end-organ rather than systemic oxygenation.

Presented here is a protocol to measure renal oxygenation in the medulla and noninvasive urine oxygen partial pressure in a hemorrhagic shock porcine model to establish urine oxygen partial pressure as an early indicator of acute kidney injury (AKI) and a novel resuscitative endpoint.

Nichtinvasives und invasives Monitoring der renalen Hypoxie in einem Schweinemodell des hämorrhagischen Schocks

Up to 50% of patients with trauma develop acute kidney injury (AKI), in part due to poor renal perfusion after severe blood loss. AKI is currently ...

Biotechnik

Echocardiographic Assessment of Cardiac Anatomy and Function in Adult Rats

The use of experimental animal models has become crucial in cardiovascular science. Most studies using rodent models are focused on two-dimensional imaging to study the cardiac anatomy of the left ventricle and M-mode echo to assess its dimensions. However, this could limit a comprehensive study. Herein, we describe a protocol that allows an assessment of the heart chamber size, left ventricular function (systolic and diastolic) and valvular function. A conventional medical ultrasound machine was used in this protocol and different echo views were obtained through left parasternal, apical and suprasternal windows. In the left parasternal window, the long and short axis were acquired to analyze left chamber dimensions, right ventricle and pulmonary artery dimensions, and mitral, pulmonary and aortic valve function. The apical window allows the measurement of heart chamber dimensions and evaluation of systolic and diastolic parameters. It also allows Doppler assessment with detection and quantification of heart valve disturbances (regurgitation or stenosis). Different segments and walls of the left ventricle are visualized throughout all views. Finally, the ascending aorta, aortic arch, and descending aorta can be imaged through the suprasternal window. A combination of ultrasound imaging, Doppler flow and tissue Doppler assessment have been obtained to study cardiac morphology and function. This represents an important contribution to improve the assessment of cardiac function in adult rats with impact for research using these animal models.

A non-invasive protocol for transthoracic echocardiography assessment of cardiac anatomy and function for adult rats is presented in the current study. The heart valves, all four cardiac chambers and the ascending aorta, aortic arch and descending aorta are studied in detail.

Echokardiographische Beurteilung der Herzanatomie und Funktion bei erwachsenen Ratten

The use of experimental animal models has become crucial in cardiovascular science. Most studies using rodent models are focused on two-dimensional ...

A Large Animal Model for Acute Kidney Injury by Temporary Bilateral Renal Artery Occlusion

Acute kidney injury (AKI) is associated with higher risk for morbidity and mortality post-operatively. Ischemia-reperfusion injury (IRI) is the most common cause of AKI. To mimic this clinical scenario, this study presents a highly reproducible large animal model of renal IRI in swine using temporary percutaneous bilateral balloon-catheter occlusion of the renal arteries. The renal arteries are occluded for 60 min by introducing the balloon-catheters through the femoral and carotid artery and advancing them into the proximal portion of the arteries. Iodinated contrast is injected in the aorta to assess any opacification of the kidney vessels and confirm the success of the artery occlusion. This is furtherly confirmed by the flattening of the pulse waveform at the tip of the balloon catheters. The balloons are deflated and removed after 60 min of bilateral renal artery occlusion, and the animals are allowed to recover for 24 h. At the end of the study, plasma creatinine and blood urea nitrogen significantly increase, while eGFR and urine output significantly decrease. The need for iodinated contrast is minimal and does not affect renal function. Bilateral renal artery occlusion better mimics the clinical scenario of perioperative renal hypoperfusion, and the percutaneous approach minimizes the impact of the inflammatory response and the risk of infection seen with an open approach, such as a laparotomy. The ability to create and reproduce this clinically relevant swine model eases the clinical translation to humans.

This study presents a highly reproducible large animal model of renal ischemia-reperfusion injury in swine using temporary percutaneous bilateral balloon-catheter occlusion of the renal arteries for 60 min and reperfusion for 24 h.

Ein Großtiermodell für akute Nierenverletzungen durch vorübergehenden bilateralen Nierenarterienverschluss

Acute kidney injury (AKI) is associated with higher risk for morbidity and mortality post-operatively. Ischemia-reperfusion injury (IRI) is the most ...

Use of 3D Robotic Ultrasound for In Vivo Analysis of Mouse Kidneys

Common modalities for in vivo imaging of rodents include positron emission tomography (PET), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and ultrasound (US). Each method has limitations and advantages, including availability, ease of use, cost, size, and the use of ionizing radiation or magnetic fields. This protocol describes the use of 3D robotic US for in vivo imaging of rodent kidneys and heart, subsequent data analysis, and possible research applications. Practical applications of robotic US are the quantification of total kidney volume (TKV), as well as the measurement of cysts, tumors, and vasculature. Although the resolution is not as high as other modalities, robotic US allows for more practical high throughput data collection. Furthermore, using US M-mode imaging, cardiac function may be quantified. Since the kidneys receive 20%-25% of the cardiac output, assessing cardiac function is critical to the understanding of kidney physiology and pathophysiology.

Use of 3D Robotic Ultrasound for In Vivo Analysis of Mouse Kidneys

This protocol demonstrates robotic ultrasound (US) as a practical, cost-effective, and quick alternative to traditional non-invasive image modalities.

Verwendung von 3D-Roboterultraschall für die In-vivo-Analyse von Mausnieren

Common modalities for in vivo imaging of rodents include positron emission tomography (PET), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), ...

Long-Term Continuous Measurement of Renal Blood Flow in Conscious Rats

The kidneys play a crucial role in maintaining the homeostasis of body fluids. The regulation of renal blood flow (RBF) is essential to the vital functions of filtration and metabolism in kidney function. Many acute studies have been carried out in anesthetized animals to measure RBF under various conditions to determine mechanisms responsible for the regulation of kidney perfusion. However, for technical reasons, it has not been possible to measure RBF continuously (24 h/day) in unrestrained unanesthetized rats over prolonged periods. These methods allow the continuous determination of RBF over many weeks while also simultaneously recording blood pressure (BP) with implanted catheters (fluid-filled or by telemetry). RBF monitoring is carried out with rats placed in a circular servo-controlled rat cage that enables the unrestrained movement of the rat throughout the study. At the same time, the tangling of cables from the flow probe and arterial catheters is prevented. Rats are first instrumented with an ultrasonic flow probe placement on the left renal artery and an arterial catheter implanted in the right femoral artery. These are routed subcutaneously to the nape of the neck, and connected to the flowmeter and pressure transducer, respectively, to measure RBF and BP. Following surgical implantation, rats are immediately placed in the cage to recover for at least one week and stabilize the ultrasonic probe recordings. Urine collection is also feasible in this system. The surgical and post-surgical procedures for continuous monitoring are demonstrated in this protocol.

The present protocol describes a long-term continuous measurement of renal blood flow in conscious rats and simultaneously recording blood pressure with implanted catheters (fluid-filled or by telemetry).

Kontinuierliche Langzeitmessung des renalen Blutflusses bei bewussten Ratten

The kidneys play a crucial role in maintaining the homeostasis of body fluids. The regulation of renal blood flow (RBF) is essential to the vital ...

Application of Ultrasound and Shear Wave Elastography Imaging in a Rat Model of NAFLD/NASH

Nonalcoholic Steatohepatitis (NASH) is a condition within the spectrum of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD), which is characterized by liver fat accumulation (steatosis) and inflammation leading to fibrosis. Preclinical models closely recapitulating human NASH/NAFLD are essential in drug development. While liver biopsy is currently the gold standard for measuring NAFLD/NASH progression and diagnosis in the clinic, in the preclinical space, either collection of whole liver samples at multiple timepoints during a study or biopsy of liver is needed for histological analysis to assess the disease stage.
Conducting a liver biopsy mid-study is an invasive and labor-intensive procedure, and collecting liver samples to assess disease level increases the number of research animals needed for a study. Thus, there is a need for a reliable, translatable, non-invasive imaging biomarker to detect NASH/NAFLD in these preclinical models. Non-invasive ultrasound-based B-mode images and Shear Wave Elastography (SWE) can be used to measure steatosis as well as liver fibrosis. To assess the utility of SWE in preclinical rodent models of NASH, animals were placed on a pro-NASH diet&#160;and underwent non-invasive ultrasound B-mode and shear wave elastography imaging to measure hepatorenal (HR) index and liver elasticity, measuring progression of both liver fat accumulation and tissue stiffness, respectively, at multiple time points over the course of a given NAFLD/NASH study.
The HR index and elasticity numbers were compared to histological markers of steatosis and fibrosis. The results showed strong correlation between the HR index and percentage of Oil Red O (ORO) staining, as well as between elasticity and Picro-Sirius Red (PSR) staining of livers. The strong correlation between classic ex vivo methods and in vivo imaging results provides evidence that shear wave elastography/ultrasound-based imaging can be used to assess disease phenotype and progression in a preclinical model of NAFLD/NASH.

This protocol describes the use of an enhanced ultrasound technique to non-invasively observe and quantify liver tissue changes in rodent models of nonalcoholic fatty liver disease.

Anwendung von Ultraschall- und Scherwellen-Elastographie-Bildgebung in einem Rattenmodell von NAFLD / NASH

Nonalcoholic Steatohepatitis (NASH) is a condition within the spectrum of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD), which is characterized by liver fat ...