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).

Eseguire tutte le procedure di ratti maschi Sprague Dawley acquistati da Charles River Laboratories secondo American Veterinary Medical Association (AVMA) le linee guida e protocolli approvati utilizzando Comitato Usa (IACUC) Istituzionale Animal Care e. 1. Preparazione degli animali e procedure chirurgiche <ol><li> Acclimatarsi tutti gli animali per una settimana prima qualsiasi procedura sperimentale. </li><li> Anestetizzare animale con isoflurano (2-3% per indurre, e 1,0% per mantenere) e applicare pomata occhio in entrambi gli occhi per prevenire l&#39;essiccamento, irritazione o ulcerazione. </li><li> Eliminare i peli dal petto dell&#39;animale utilizzando # 40 lama e crema depilatoria, se necessario. Può essere necessario rimuovere i capelli modulo posteriore dell&#39;animale, se non possiamo avere buoni dati di immagine ottenuti dalle immagini lato ventrale. </li></ol> 2. La nefrotossicità Rat Modello <ol><li> Per il modello nefrotossicità indotta da cisplatino, amministrare cisplatino, utilizzando il protocollo di uns descritto in precedenza. 15 </li><li> Eseguire ecografia al basale, 24 ore prima della somministrazione cisplatino (giorno 0). (Vedere il punto 3, Imaging Protocol) </li><li> Randomizza ratti (n = 6) in due gruppi. Al Day 1, amministrare Cisplatino (10 mg / ml) (10 mg / Kg di peso corporeo, dose singola nefrotossicità induzione), volume di iniezione (1 ml / kg di peso corporeo) in peso corporeo dell&#39;animale), per via intraperitoneale nel gruppo di studio e soluzione fisiologica ( NS) nel gruppo di controllo. </li><li> Anestetizzare animali come passo 1.2 a 24, 48, 72, 96, 120, 144 ore dopo la somministrazione di Cisplatino. </li><li> Prendere immagine utilizzando il sistema di ultrasuoni ad alta risoluzione (vedi Materiali e attrezzature Table) in fase di anestesia stabile di animali. Continuare a monitorare funzioni fisiologiche di base dell&#39;animale durante l&#39;imaging dall&#39;induzione dell&#39;anestesia attraverso il pieno recupero. </li><li> Monitorare i segni vitali di animali durante le procedure di imaging: Ratto temperatura: 35,9-37,5, frequenza respiratoria: 66-144 / min, frequenza cardiaca: 250-600 / min.Il segno vitale ottimale lettura nel nostro studio proposto è: temperatura: 36,5-37,0, frequenza respiratoria: 80-100 / min, frequenza cardiaca: 450-550 / min. NOTA: l&#39;infusione di liquidi Uso endovenoso, e lampada di riscaldamento per mantenere i normali condizioni fisiologiche dell&#39;animale per ridurre al minimo gli effetti della chirurgia e anestesia. Assist respirazione con ventilatore meccanico durante la procedura se necessario. Tuttavia, la ventilazione meccanica è raramente necessaria in questo esperimento. </li></ol> 3. Protocollo Imaging Nota: il provider macchina ad ultrasuoni fornisce la piattaforma riscaldata per l&#39;imaging lunga procedura. Tuttavia, non usiamo la piattaforma riscaldata nel nostro esperimento ha dimostrato perché ci vuole solo 5 a 15 min. La controllato per la temperatura del corpo che viene monitorata con un termometro rettale collegato all&#39;interruttore di comando fisiologia. <ol><li> immagine trasversale del rene (Modo B): <ol><li> Utilizzando MS 250 ultrasuoni con frequenza centrale di 21 MHz collegareed al attiva porte, impostare il preset applicazione di &quot;General Imaging&quot;. </li><li> Con l&#39;supina animale sulla piattaforma, posizionare la sonda ad ultrasuoni 21 MHz usando il sistema ferroviario, linea mediana su animali e isolare l&#39;aorta. In questa posizione l&#39;angolo della sonda è di 90 gradi rispetto alla linea parasternale sinistra (asse trasversale) (Figura 1A, B). </li><li> Da questa posizione scorrere la piattaforma con l&#39;animale in modo che la sonda è ora a livello dell&#39;arteria renale (a destra oa sinistra, può immagine uno alla volta). </li><li> Utilizzando i micromanipolatori, visualizzare sia la destra o la sinistra dell&#39;arteria renale. </li><li> Regolare l&#39;angolo della sonda inclinando leggermente lungo l&#39;asse y della sonda per ottenere una vista completa del rene nel centro dello schermo. </li><li> Una volta che i punti di riferimento adeguati (pelvi renale, dell&#39;arteria renale) sono identificati come illustrato nella figura 1C e D, cine memorizzare l&#39;immagine con il più alto frame-rate consentito con la sonda utilizzata. </li&gt; </ol></li><li> immagine trasversale (vista Color-Doppler) Rene: <ol><li> Con il tasto Color-Doppler sulla tastiera, accendere finestra acustica Color Doppler. Questo aiuta ad isolare dell&#39;arteria renale e vena renale (Figura 1D). (Colore blu indica flusso arterioso, e il colore rosso indica flusso venoso). </li><li> Assicurarsi che il centro di profondità (indicata dalla freccia e gialla sull&#39;asse Y) si trova al centro del rene. Registrare i dati con negozio cine. </li><li> Assicurarsi record di dati al più alto frame rate possibile possibile (&gt; 200 fotogrammi / sec). </li></ol></li><li> immagine trasversale del rene (Pulsed-onda o vista PW): <ol><li> Fare clic sul tasto PW, mentre in modalità Color-Doppler, per far apparire una linea gialla (volume di campione Pulsed Doppler) sullo schermo (Figura 1F). </li><li> Posizionare la linea gialla nell&#39;arteria renale, con un angolo che porta alla direzionalità del flusso attraverso il vaso utilizzando il tasto angolare PW. </li><li&gt; Per la valutazione flusso in arteria renale destra, posizionare la linea gialla PW lungo l&#39;arteria renale in direzione del flusso (questo è mostrato in blu nella figura 1 D e E) assicurando l&#39;angolo Doppler è di 60 gradi o meno. </li><li> In questa modalità, la finestra acustica divide in sezioni superiori e inferiori. </li><li> Utilizzare deposito Cine per catturare l&#39;immagine delle forme d&#39;onda che indicano la velocità del flusso arterioso al picco sistole e diastole. </li></ol></li></ol> 4. Trasporto animale dopo Imaging <ol><li> Dal giorno 0 al 5 ° giorno, mettere animale in una zona di recupero pulita (con carta assorbente pulita su biancheria da letto) in posizione di decubito sternale dopo l&#39;imaging. Si noti che ci occupiamo di tutti gli animali con estrema cura con il metodo &quot;coda Holding&quot; per gli animali aggressivi come animali riprendersi dall&#39;anestesia. </li><li> Durante il recupero anestetico, mantenere la temperatura del corpo dell&#39;animale con una hea esternafonte t e segno vitale del monitor dell&#39;animale con sonde elettrofisiologici fino animale riprenda pienamente dall&#39;anestesia. </li><li> Ritorna recuperato gli animali per la camera custodia impianto quando sono sveglio e attivo. </li><li> Euthanize tutti i ratti secondo le linee guida istituzionali il giorno 6 e reni raccolta (vedi punto 4.7) per la valutazione istologica così come passo 4.5. </li><li> Raccogliere l&#39;urina di animali da tubi di raccolta attaccati nella gabbia metabolica per il test della creatinina per controllare la funzionalità renale. </li><li> Eseguire sezione di paraffina di rene degli animali, ed eseguire HE (ematossilina ed eosina) colorazione per verificare nefrotossicità (vedi punto 4.7 per i dettagli). </li><li> Sacrificio animali e Exsanguinate con 0,9% di soluzione di NaCl, seguito dal 10% fissazione in formalina tamponata attraverso il ventricolo sinistro. Dopo dissanguamento con 0,9% soluzione di NaCl, rimuovere i reni di ratto per la valutazione istologica 16. <ol><li> Paraffina incorporare sezioni 6 mm per osservare il Morphol renelogia e nefrotossicità. Disidratare tessuto renale nel 30% di saccarosio in PBS (PBS) per 48 ore a 4 ° C. Poi fissare le sezioni in 10% formalina tamponata per 24-48 ore a 4 ° C. </li><li> Successivamente, incorporare il tessuto renale in paraffina, e memorizzare i blocchi di tessuto di paraffina a temperatura ambiente fino sezionamento. Inoltre la sezione blocchi di tessuto con una macchina sezione di paraffina e posto le sezioni su un vetrino rivestito. </li><li> Deparrafinize sezione e reidratati e colorati con ematossilina per 10 minuti seguiti da Eosina per 3 min. Montare le sezioni su un vetrino e li hanno valutati da un patologo roditore. </li></ol></li></ol> 5. Calcolo e analisi dei dati <ol><li> Calcola renali velocità arteriosa picco dalle immagini Color Doppler ottenute dal punto 3.2. Selezionare Velocity Tempo Integrale strumento (VTI) per tracciare i picchi di velocità sistolica e diastolica. </li><li> Calcolare resistivo Index (RI) e l&#39;indice Pulsatile (PI) utilizzando il equations sotto. RI = (picco sistolico velocità-end velocità diastolica) / velocità sistolica di picco PI = (picco sistolico velocità-end velocità diastolica) / velocità media. </li><li> Effettuare analisi statistiche di RI e PI risultati con deviazioni standard dalla media di tre misurazioni del ciclo. Per gli altri parametri standard, si prega di consultare i manuali dal produttore per eseguire l&#39;analisi dei dati utilizzando il software proprietario (vedi Materiali e attrezzature Tabella). </li></ol>

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Negli ultimi dieci anni, molti progressi si sono verificati nella tecnologia ecografica compreso lo sviluppo di sonde meccaniche ad alta frequenza, che offrono i dati ecografici di alta qualità, sensibilità e precisione. Queste sonde in grado di fornire circa il 50 micron risoluzione assiale ad una profondità di penetrazione di 5 a 12 mm e frame rate elevato (superiore a 200 frame / sec), quindi può servire come uno strumento robusto per studiare piccoli animali come ratti e topi 18, 19. Inoltre, permette anche di raccogliere le immagini ecografiche su animali leggermente sedati o cosciente con segni vitali a livelli fisiologici. Inoltre, questa modalità non invasiva fornisce anche possibilità di effettuare la valutazione longitudinale cambiamenti strutturali e funzionali durante la progressione della malattia senza sacrificare animali 19. Nel 1959, Drs. Rusell e pennello prima descritte le tre regole &quot;R&quot; (Replacement, Reduction e Refinement) per sollevare awareness delle questioni etiche in uso degli animali nella ricerca. Il protocollo proposto mostra per la prima volta che non invasivo piccole ecografia animale può utilizza un numero minimo di animali in meno dolore, sofferenza o angoscia nello studio Nephorotoxicity. Pertanto, è un potenziale metodo efficace per soddisfare le tre regole &quot;R&quot; per animali da esperimento. Molti studi ecografici sono concentrati in applicazioni cardiache; le valutazioni di funzionalità renale sono spesso derivati ​​da misurazioni delle condizioni cardiache, piuttosto che uno studio diretto di rene 20-25. Abbiamo stabilito una metodologia di imaging di visualizzare cambiamenti anatomici e funzionali del rene in tempo reale. Abbiamo usato un set preselezionato di finestre acustiche complementari, Mode / B in scala di grigi e color-Doppler, specifici per la vista del rene. Abbiamo usato il RI e gli indici PI per valutare il rapporto tra questi indici e le variazioni della funzione renale nel modello di tossicità indotta Cisplatino. <p class=&quot;Jove_content&quot;&gt; Tuttavia, ci sono alcune sfide e le limitazioni ai metodi di imaging proposti come segue: 1) scelta appropriata di anestetico e il grado di anestesia sono cruciali per la stabilità cardiaca e respiratoria. fenomeno fisiologico incoerente (compresi respiratori e della frequenza cardiaca fluttuazioni) influenzano il flusso dell&#39;arteria renale, la qualità delle immagini e la funzione renale valutazione. Useremo IACUC approvato anestetico iniettabile, Pentobarbital (50 mg / kg di peso corporeo, ip), come il nostro agente anestetico di backup per garantire una corretta funzione fisiologica normale durante la valutazione delle immagini e la funzione renale; 2) Depilazione è un passaggio fondamentale, come presenza di peli del torace influisce sulla qualità delle immagini ecografiche; 3) Mentre ecografia di reni è relativamente semplice per un operatore qualificato; per l&#39;operatore medio, è fondamentale per adattarsi tecnica all&#39;anatomia unica di singolo animale ed effettuare manipolazioni minori; 4) Se la dimensione dei ratti è piuttosto grande (superiore a 350 grammi), una sonda frequenza inferiore (meno utilizzato in questo studio 21 MHz) possono essere richiesti per l&#39;imaging ottimale. Potrebbe essere prudente seguire un corso di formazione prima della proposta di funzionamento del sistema di imaging. La novità nella rilevazione nefrotossicità indotta da farmaci utilizzando la metodologia proposta ecografico e il protocollo derivato è la sua diagnosi precoce robusta dei cambiamenti emodinamici in caso di danno renale. I risultati indicano che i intra-renali vascolari cambiamenti emodinamici, infatti, precedono il sorgere SCR. Questi dati vengono raffrontati con il gold standard convenzionale utilizzando l&#39;analisi istologica e dimostrano che piccoli animali ecografia è una modalità non invasiva, sensibile e riproducibile, che ha requisito minimo di utilizzo degli animali. E &#39;quindi uno strumento efficace per la diagnosi precoce di nefrotossicità indotta da farmaci utilizzando il modello di ratto.

La creatinina sierica (SCR) è stata la metrica gold standard per valutare la funzione renale per più di due decenni. Recentemente, molti studi hanno riportato che il danno renale si verifica molto prima di quanto i cambiamenti nella sCr 1. Tuttavia, non esistono metodi affidabili per la rilevazione dei cambiamenti emodinamici che si verificano precocemente nel corso del danno renale compresa nefrotossicità indotta da farmaci. La disfunzione emodinamica renale acuta indotta da farmaci porta a danni del tessuto renale e l&#39;ulteriore progressione verso l&#39;insufficienza renale 2,3. Negli ultimi due decenni, gli studi indicano che gli strumenti di imaging come la tomografia computerizzata (CAT), la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e ecografia svolgono un ruolo nella valutazione emodinamica 4. Negli strumenti di imaging attuali, ecografia in scala di grigi accoppiato con tecniche di Color-Doppler, sono i più comunemente usati per stabilire e valutare lo stato anatomica del rene 3,5,6. Sullivan et. al. e Bonnin et. al. recentemente riportato che l&#39;ecografia è uno strumento efficace, potente e non invasivo nei cambiamenti emodinamici di analisi in modelli animali vasocostrizione e lo stress ipossia 7,8. Questa tecnica è anche comunemente utilizzato per rilevare stenosi arteriosa 9,10. Gli ultimi progressi tecnici nel campo della ecografia ad alta risoluzione hanno permesso agli investigatori di affrontare tossicità cardiovascolare utilizzando ad alta frequenza (25-80 MHz) e sonde ad alta risoluzione (&lt;risoluzione 0,03 millimetri), in vivo 11. Noi ipotizziamo che l&#39;utilizzo di questo ad alta risoluzione ecografia per studiare rene offrirà un&#39;opportunità senza precedenti per un metodo non invasivo e sensibile per la diagnosi precoce di nefrotossicità. Cisplatino è usato nel trattamento del testicolo, alle ovaie, alla vescica, della testa, del polmone, e tumori del collo in combinazione con altri farmaci 12-14. Il cisplatino ha avuto ben documentato nefrotossicità a causa della necrosi delle cellule di ptubuli roximal (PT) e dotti collettori hanno comportato l&#39;aumento dell&#39;azoto ureico nel sangue (BUN) e SCR 15. Qui, mettiamo a disposizione una dettagliata metodologia di step-by-step di utilizzo di ecografia renale non-invasiva per caratterizzare disfunzione renale utilizzando il modello di ratto di droga (cisplatino) indotta nefrotossicità.

<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

Il rene funziona normalmente per mantenere l&#39;omeostasi emodinamica ed è un importante sito di danni causati da tossicità del farmaco. nefrotossicità indotta da farmaci è stimato a contribuire al 19- 25% di tutti i casi clinici di danno renale acuto (AKI) nei pazienti critici. rilevamento AKI ha storicamente fatto affidamento su metriche quali la creatinina sierica (SCR) o azoto ureico nel sangue (BUN), che sono palesemente inadeguati a una valutazione completa della nefrotossicità nella fase precoce di disfunzione renale. Attualmente, non esiste un metodo diagnostico affidabile per rilevare con precisione l&#39;alterazione emodinamica nella fase precoce di AKI, mentre tali alterazioni potrebbero in realtà precedere l&#39;aumento dei livelli sierici di biomarcatori. Tale diagnosi precoce può aiutare i medici a fare una diagnosi accurata e aiutano a nel processo decisionale per la strategia terapeutica. I ratti sono stati trattati con cisplatino per indurre AKI. La nefrotossicità è stato valutato per sei giorni usando ecografia ad alta frequenza, misura sCr e su istopatologiarene. valutazione emodinamica con immagini 2D e Color-Doppler sono stati usati per studiare in serie nefrotossicità nei ratti, utilizzando l&#39;ecografia. I nostri dati hanno mostrato di successo danno renale indotta da farmaci in ratti adulti mediante esame istologico. Color-Doppler valutazione ecografica base di AKI ha indicato che resistivo-index (RI) e pulsatile-index (PI) sono stati aumentati nel gruppo di trattamento; e velocità di picco sistolico-(mm / s), velocità telediastolica (mm / s) e la velocità-tempo integrale (VTI, mm) sono diminuiti nelle arterie renali nello stesso gruppo. È importante sottolineare che questi cambiamenti emodinamici valutati dalla ecografia preceduto l&#39;aumento dei livelli di SCR. indici sonografia-based come RI o PI possono quindi essere utili marcatori predittivi di declino della funzione renale nei roditori. Dalle nostre osservazioni ecografia-based nei reni di ratti che hanno subito AKI, abbiamo dimostrato che queste misure emodinamiche non invasive possono considerare come un metodo accurato, sensibile e robusto nel rilevare all&#39;inizio disfunzioni renali fase. Til suo studio sottolinea anche l&#39;importanza delle questioni etiche associati all&#39;uso di animali nella ricerca.

Le immagini presentate in questo studio sono state prese da un solo operatore. Tutte le immagini sono state raccolte utilizzando una macchina ad ultrasuoni ad alta frequenza (vedi Materiali e attrezzature Tabella). Tutti i dati di immagini è stato analizzato da un singolo operatore. I risultati hanno mostrato che gli animali Cisplatino trattati avevano sCr da 0.5 a 2.1 (range normale &lt;1.1) al giorno 6 (Figura 2A). Tuttavia, gli studi istologici hanno dimostrato modelli coerenti di lesioni interstiziali del tubulo acuta rispetto ai normali saline animali trattati. Utilizzando ecografia ad alta risoluzione per misurare le variazioni emodinamiche del rene, i dati hanno mostrato che non vi è stato alcun cambiamento della morfologia in animali trattati con NS tra il giorno 0 ed il giorno 6, mentre Pulsus Parvus morfologia è stata rilevata negli animali a giorno sei dopo il trattamento Cisplain. Il limite superiore del RI normale e PI sono 0,7 e 1,15, rispettivamente nei ratti 17. Utilizzando gli indici di cui sopra per valutare emodinamico<html> cambiamenti di rene, che ha dimostrato che non vi è aumento significativo del RI e PI negli animali cisplatino-trattati a giorno 6. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig1.jpg" /> Figura 1. Impostazioni apparecchi a ultrasuoni per il rilevamento di immagini renali nei ratti. Illustrazioni grafiche di sistema di imaging con l&#39;impostazione di animale da palcoscenico (A) e la posizione della sonda di imaging (B) durante l&#39;operazione di imaging ecografico del rene di ratto. Le immagini ecografiche campioni ottenuti da rene di ratto utilizzando i ad alta frequenza, sistemi a ultrasuoni ad alta risoluzione (vedi Materiali andand attrezzature Tabella). (CF). I dati dimostrano chiaramente rene struttura anatomica e il flusso di sangue nei vasi renali con informazioni sufficienti per l&#39;ulteriore misurazione dei parametri emodinamici e di analisi.09fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig2.jpg" /> Figura 2. Istologia e rene immagini ecografiche di ratti in trattamento con cisplatino. Creatinina sierica (SCR) e lo studio istologico presenta normale tessuto renale in veicoli trattati ratto e gravi lesioni tubulare renale prossimale (freccia gialla) in cisplatino ratti trattati (A, B). sCr aumentata marginalmente dopo il trattamento con cisplatino, ma è rimasto nel range di normalità (&lt;1.1). Immagini ecografiche di destra rene dei ratti in Color-Doppler modalità AT giorno 0, 3, e 6 sul veicolo e ratti trattati Cisplatino (C); parametri emodinamici, RI e PI, sono stati aumentati significative, valutati da Color-Doppler (D, E). Il limite superiore di normalità RI è di 0,7 e 1,15 per il PI. È importante sottolineare che, tegli sopra dati mostrano questi cambiamenti emodinamici preceduto il sorgere del SCR. misurazione della velocità dell&#39;onda di polso mostrano un polso lento e debole (segno Pulsus parvus, cerchio giallo) dopo il trattamento con cisplatino, che correlano con i risultati dello studio istologico. Questo fenomeno indica stenosi dell&#39;arteria renale, l&#39;ostruzione e l&#39;ulteriore disfunzione renale. dati istologici hanno mostrato di successo prossimale tubolare danno renale indotta da farmaci e la valutazione ecografica hanno mostrato cambiamenti significativi nella RI, PI e la velocità dell&#39;onda di polso con tecnologia Color-Doppler. N = 3, *, p &lt;0.05. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52409/52409fig2large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Tabella 1" src="/files/ftp_upload/52409/52409table1.jpg" /> Tabella 1. parametri emodinamici renali per AKI farmaco-indotta

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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.

La diagnosi precoce del farmaco-indotta renale emodinamica erettile Utilizzando ecografica Technology di ratti

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 Views.  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. 

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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.

La valutazione transcutanea della funzione renale nei roditori Conscious

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

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Medicina

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.

Consegna intravascolare di Biologics al rene di ratto

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.

La valutazione ecografica della dilatazione flusso-mediata del brachiale e arterie femorali superficiali nei ratti

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.

Ecografia in indagini sperimentali riproduttive sui ratti

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.

Monitoraggio dell'ipossia renale non invasiva e invasiva in un modello suino di shock emorragico

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 ...

Bioingegneria

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.

Valutazione ecocardiografica dell'anatomia e della funzione cardiaca nei ratti adulti

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.

Un modello animale di grandi dimensioni per lesioni renali acute da occlusione temporanea bilaterale dell'arteria renale

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.

Uso di ultrasuoni robotici 3D per l'analisi in vivo dei reni di topo

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).

Misurazione continua a lungo termine del flusso sanguigno renale nei ratti coscienti

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.

Applicazione dell'imaging ecografico a ultrasuoni e dell'elastografia a onde di taglio in un modello di ratto di NAFLD / NASH

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