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).

アメリカ獣医師会（AVMA）のガイドラインおよび承認された施設内動物管理使用委員会（IACUC）プロトコルを使用してに従い、チャールズ・リバー・ラボラトリーズから購入した雄のSprague Dawleyラットのすべての手順を実行します。 1.動物の準備および外科的処置<ol><li>任意の実験手順の前に1週間のすべての動物を順応させます。 </li><li>イソフルランを用いて動物を麻酔（2-3％が誘導する、および1.0％を維持するために）と乾燥、刺激や潰瘍を防ぐために、両眼に眼軟膏を適用します。 </li><li> ＃40ブレードと、必要に応じて脱毛クリームを使用して、動物の胸から髪を削除します。我々は腹側の撮影を行い、得られた良好な画像データを持つことができない場合は、動物の背中の形の髪を削除する必要があります。 </li></ol> 2.腎毒性ラットモデル<ol><li>シスプラチン誘発腎毒性モデルでは、プロトコルAを使用して、シスプラチンを投与Sは、前述の図15に </li><li>ベースライン、24時間シスプラチンの投与前（0日目）で超音波検査を行います。 （ステップ3を参照してください、イメージングプロトコル） </li><li>ラットをランダム（n = 6）が2グループに。 1日目に、（腹腔内に試験群と生理食塩水で、シスプラチン、動物の体重により計算（10 mg / mlで）（10mg / kgの体重、単一用量の腎毒性誘導）、注入量（1ミリリットル/ Kg体重））を投与します対照群ではNS）。 </li><li> 24でステップ1.2、48、72、96、120、シスプラチン投与後144時間などの動物を麻酔。 </li><li>動物の安定した麻酔段下（材料および装置表を参照してください）​​、高解像度の超音波システムを使用して画像を取ります。完全な回復を介して麻酔導入から撮像中に動物の基本的な生理機能を監視し続けます。 </li><li>ラット-温度：35.9から37.5、呼吸数：66から144 /分、心拍数：250から600 /分イメージング手順の間に動物のバイタルサインを監視します。提案研究で読んで最適なバイタルサインは、次のとおりです。温度：36.5から37.0、呼吸速度：80-100 /分、心拍数：450〜550 /分。 注：使用する静脈内輸液、加熱ランプは、手術や麻酔の影響を最小限に抑えるために、動物の正常な生理学的状態を維持します。必要に応じて、手順の間に人工呼吸器で呼吸を補助します。しかし、機械換気はほとんどこの実験では必要ありません。 </li></ol> 3.イメージングプロトコル注：超音波マシンプロバイダが長い撮像手順のために加熱されたプラットフォームを提供します。それだけで5〜15分かかりますのでしかし、我々は我々の実証実験で加熱されたプラットフォームを使用しないでください。その生理学制御スイッチに接続された直腸温度計で監視され、体温のために制御されます。 <ol><li>腎臓の横断画像（Bモード）： <ol><li> 21メガヘルツの中心周波数とMS 250超音波を使用して接続しますアクティブ・ポートへのedは、「一般的なイメージング」へのアプリケーションのプリセットを設定します。 </li><li>プラットフォーム上の動物仰臥位と、レールシステムを使用して、21 MHzの超音波プローブを配置し、動物上の正中線と大動脈を隔離します。この位置では、プローブの角度は、左胸骨傍線（横軸）に対して90度（ 図1A、B）です。 </li><li>この位置からプローブは、腎動脈のレベルに今あるように、動物とのプラットフォームをスライド（左または右のいずれかの時の画像1缶）。 </li><li>マイクロマニピュレーターを使用して、右または左腎動脈のいずれかを表示します。 </li><li>画面中央の完全な腎臓ビューを取得するために、プローブのy軸に沿ってわずかに傾けることによって、プローブの角度を調整します。 </li><li> 図1CおよびD、シネストア用いたプローブで許可される最高フレームレートを使用して画像に示すように、適切なランドマーク（腎盂、腎動脈）が識別されると。 </l私&gt; </ol></li><li>腎臓の横断画像（カラードップラービュー）： <ol><li>キーボード上のカラードップラーキーを使用して、カラードップラー音響窓をオンにします。これは、腎動脈と腎静脈（ 図1D）を単離するのに役立ちます。 （ブルー色は、動脈の流れを示し、赤色は、静脈の流れを示しています）。 </li><li> （Y軸上と黄色の矢印で示される）、焦点深度が腎臓の中心にあることを確認してください。シネストアとデータを記録します。 </li><li>可能な限り最高の可能なフレームレートでの記録がデータ（&gt; 200フレーム/秒）を確認してください。 </li></ol></li><li>腎臓の横断画像（パルス波またはPWビュー）： <ol><li>カラードップラーモードでは、画面（ 図1F）上の黄色のインジケータライン（パルス波ドプラサンプルボリューム）を起動する一方で、PW]キーをクリックします。 </li><li> PW角キーを使用して血管を通る流れの方向に平行な角度で、腎動脈内の黄色の線を配置します。 </li><li&gt;は、フロー評価のために右腎動脈で、流れの方向で腎動脈に沿ってPW黄色のインジケータラインを配置する（これは図1 のDとEに青色で示されている）ドップラー角が60度以下である保証します。 </li><li>このモードでは、アコースティックウィンドウは上部および下部のセクションに分割されます。 </li><li>ピーク収縮期および拡張期における動脈流の速度を示す波形の画像をキャプチャするためにシネ・ストアを使用します。 </li></ol></li></ol>イメージングの後4.動物の取り扱い<ol><li> 0日目から5日目に、イメージング後に胸骨横臥位の位置に（寝具に清潔なペーパータオルで）きれいなリカバリ領域に動物を配置します。私たちは動物等の積極的な動物のための「テール・ホールディング」方法で細心の注意を払ってすべての動物を扱うことに注意してください麻酔から回復します。 </li><li>麻酔リカバリ時に、外部ょんで動物の体温を保ちますトン源と動物が麻酔から完全に回復するまでの電気生理学的プローブを用いて、動物のバイタルサインを監視します。 </li><li>彼らは、アラートとアクティブであるときに戻り、施設の収容室に動物を回復しました。 </li><li> 6日目、収穫腎臓に制度ガイドラインに従ってすべてのラットを安楽死させるステップ4.5と同様、組織学的評価のため（ステップ4.7を参照してください）​​。 </li><li>腎機能をチェックするためにクレアチニン検査のために代謝ケージに取り付けられた採取管から動物の尿を収集します。 </li><li>動物の腎臓のパラフィン切片を行い、かつ腎毒性を（詳細はステップ4.7を参照）をチェックする染色HE（ヘマトキシリン​​およびエオシン）を行います。 </li><li>動物を犠牲にし、左心室を介して10％緩衝ホルマリン固定、続いて0.9％NaCl溶液で放血。 0.9％NaCl溶液で放血した後、組織学的評価の16のために、ラットの腎臓を削除します。 <ol><li>パラフィンは、腎臓のモルフォリンを観察するために6 mmのセクションを埋め込みます術や腎毒性。 4ºCで48時間、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）中の30％スクロース中の腎組織を脱水。そして、4ºCで24〜48時間、10％緩衝ホルマリン中でセクションを修正します。 </li><li>次に、パラフィンに腎臓組織を埋め込み、切片化するまで室温で組織パラフィンブロックを格納します。さらに、セクション組織ブロックパラフィン切片機を使用し、コーティングされたガラススライド上にセクションを配置。 </li><li>セクションをDeparrafinizeし、再水和し、3分間エオシン続いて10分間ヘマトキシリン​​で染色しました。スライド上のセクションをマウントし、それらは、げっ歯類病理学者によって評価しました。 </li></ol></li></ol> 5.データの計算と分析<ol><li>ステップ3.2から得られたカラードプラ画像から腎動脈ピーク速度を計算します。収縮期および拡張期速度のピークを追跡する速度の時間積分（VTI）ツールを選択します。 </li><li> equatioを使用して計算抵抗指数（RI）と脈動指数（PI）以下のナノ秒。 RI =（ピーク収縮期速度、拡張末期速度）/ピーク収縮期速度 PI =（ピーク収縮期速度エンド拡張期速度）/速度を意味します。 </li><li> 3サイクルの測定値の平均からの標準偏差とRIとPI結果の統計解析を実行します。他の標準的なパラメータについては、（材料および装置表を参照してください）​​独自のソフトウェアを使用してデータ分析を実行するには、メーカーからのマニュアルを参照してください。 </li></ol>

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著者らは、開示することは何もありません。

過去10年間で、多くの進歩は、高品質、感度、および精度で超音波検査データを提供し、高周波数機械的プローブの開発を含む超音波検査技術で発生しています。これらのプローブは、したがって、それは、このようなラットやマウス18などの小動物を研究するための強力なツールとして機能することができ、5〜12ミリメートル、高フレームレート（より大きい200フレーム/秒）の侵入深さで約50μmの距離分解能を提供することができます19。さらに、それはまた、生理的レベルでのバイタルサインで軽く鎮静さや意識のある動物に超音波診断画像を収集することができます。また、この非侵襲的な様式は、動物19を犠牲にすることなく、疾患の進行の間の構造的および機能的変化の長手方向の評価を実行するための機会を提供します。 1959年、博士。ラッセルとブラシは、最初awarを上げるために3つの「R」ルール（交換、削減、および洗練を）説明しました研究における動物の使用における倫理的問題のeness。提案されたプロトコルはNephorotoxicityの研究では、少なくとも痛み、苦しみや苦痛の下で動物の最小数を利用することができ、非侵襲的な小動物超音波検査ことを初めて示しています。従って、実験動物のための3つの「R」のルールを満たすために潜在的に有効な様式です。 多くの超音波検査の研究では、心臓用途に焦点を当ててきました。腎機能の評価は、多くの場合、心臓の状態ではなく、腎臓20-25の直接の研究の測定から導出されました。私たちは、リアルタイムでの腎臓における解剖学的および機能的変化を可視化するイメージングの方法論を確立しています。私たちは、腎臓ビューのための特異的な相補音響窓、グレースケール/ Bモードとカラードップラー、事前選択セットを使用しました。私たちは、これらの指標とシスプラチン誘発毒性モデルにおける腎機能の変化との関係を評価するために、RIとPI指数を使用しました。 <p class=以下のように「jove_contentは &quot;&gt;しかし、提案された撮像法にはいくつかの課題や制限があります：1）適切な麻酔薬の選択と麻酔の程度は、心臓や呼吸器の安定性のために重要です。 （呼吸と心拍数変動を含む）一貫性のない生理現象は、腎動脈の流れ、イメージングおよび腎機能評価の品質に影響を与えます。私たちは、イメージングおよび腎機能評価の際に適切な正常な生理学的機能を確保するために私たちのバックアップ麻酔薬として、ペントバルビタール（50 mg / kg体重、腹腔内）、IACUCは注射用麻酔薬を承認し使用します。胸毛の存在が超音波検査画像の品質に影響を与える2）脱毛は、重要なステップです。 3）腎臓の超音波検査は、訓練を受けたオペレータにとって比較的簡単ですが、平均演算子のために、個々の動物のユニークな解剖学的構造に技術を適応し、マイナーな操作を行うことが重要です。 4）ラットのサイズがかなり大きい場合（3上50グラム）、低周波プローブ（この研究で使用されるよりも少ない21メガヘルツ）は、最適な撮像のために必要とされ得ます。イメージングシステムの提案操作の前にトレーニングコースを受講するのが賢明かもしれません。 提案された超音波検査方法論と派生プロトコルを使用して、薬物誘発性腎毒性の検出における新規性は、腎障害が発生した場合の血行動態変化のその早期のロバストな検出です。結果は、実際には腎内血管の血行動態の変化が上昇SCRに先行していることを示しています。これらのデータは、組織学的分析を用いた従来のゴールドスタンダードをベンチマークと小動物の超音波検査は、動物使用の最小要件があり、非侵襲的に敏感、かつ再現性のモダリティ、であることを実証されています。従って、ラットモデルを使用して、薬物誘発性腎毒性の早期発見のための有効なツールです。

血清クレアチニン（SCR）は二十年以上のために腎機能を評価するためのゴールドスタンダードメトリックとなっています。最近、多くの研究は、腎傷害がはるかに早くSCR 1の変化よりも起こることを報告しています。しかし、初期の薬剤誘発性腎毒性を含む腎障害の過程で発生する血行動態変化の検出のための堅牢な方法はありません。 薬剤誘発性急性腎血行動態不全は腎組織の損傷および腎不全の2,3へのさらなる進行につながります。過去数十年では、研究では、コンピュータ断層撮影（CAT）、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）や超音波検査などのイメージングツールは、血行動態の評価4における役割を果たしていることを示しています。現在のイメージングツール、カラードップラー技術と結合されたグレースケールの超音波検査では、最も一般的に腎臓3,5,6の解剖学的状態を確立し、評価するために使用されています。サリバンら。らとBonnin個ら。アル。最近、超音波検査は、血管収縮および低酸素ストレス動物モデル7,8における分析血行動態の変化で、効果的で強力かつ非侵襲的なツールであることを報告しました。この技術は、一般に動脈狭窄9,10を検出するために使用されます。 高解像度超音波イメージングの分野における最新の技術的進歩は、 インビボ 11 において 、研究者らは、高周波（25~80メガヘルツ）と高解像度（&lt;0.03ミリメートルの分解能）プローブを使用して、心血管毒性に対処するために許可されています。私たちは、腎臓を研究するために、この高解像度の超音波検査を使用すると、腎毒性の早期発見のための非侵襲的かつ高感度な方法のための前例のない機会を提供すると仮定しました。 シスプラチンは、他の薬剤と組み合わせ12-14に精巣、卵巣、膀胱、頭部、肺、頸部癌を治療するために使用されます。シスプラチン起因Pの細胞の壊死によく文書腎毒性を持っていましたroximal細管（PT）および集合管は、血中尿素窒素（BUN）およびSCR 15の上昇をもたらしました。ここで、我々は腎毒性を誘発薬剤（シスプラチン）のラットモデルを使用して、腎機能障害を特徴づけるために、非侵襲性腎超音波検査を使用しての詳細なステップバイステップの方法論を提供します。

<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

腎臓は通常、血行動態の恒常性を維持するために機能し、薬物毒性による損傷の主要な部位です。薬剤誘発性腎毒性は、重篤患者における急性腎障害（AKI）のすべての臨床例19〜25％に寄与すると推定されます。 AKIの検出は、歴史的に腎機能障害の初期段階における腎毒性の完全な評価で明らかに不十分であるような血清クレアチニン（SCR）または血中尿素窒素（BUN）などの指標に依存してきました。現在、そのような変更は、実際に血清バイオマーカーレベルの上昇に先行するかもしれないが、正確にAKIの初期段階で血行動態の変化を検出するための何の堅牢な診断方法はありません。このような早期発見は、臨床医が正確な診断を行い、治療戦略のための意思決定にで助けることができます。ラットは、AKIを誘導するためにシスプラチンで処理しました。腎毒性は、高周波超音波検査、SCRの測定を使用して、6日間との病理組織学的検査時に評価しました腎臓。 2Dとカラードップラー画像を使用して血行動態評価は超音波検査を用いて、連続したラットにおける腎毒性を研究するために使用しました。我々のデータは、組織学的検査によって成体ラットで成功した薬剤誘発性腎障害を示しました。 AKIのカラードップラー超音波検査ベースの評価は、抵抗性指数（RI）と拍動指数（PI）は治療群で増加したことが示されました。そして、ピーク収縮期速度（ミリメートル/秒）、拡張末期速度（ミリメートル/秒）と速度・時間積分（VTI、mm）を同じグループに腎動脈に減少しました。重要なことには、超音波検査により評価し、これらの血行動態の変化は、SCRレベルの上昇に先行しました。このようなRIやPIなどソノグラフィベースのインデックスは、このようにげっ歯類の減少、腎機能の有用な予測マーカーであることができます。 AKIを受けたラットの腎臓における当社の超音波検査ベースの観測から、我々はこれらの非侵襲的血行動態測定は早期の腎機能障害を検出する際に、正確な高感度かつ堅牢な方法として考えることができることを示しました。 T彼の研究は、研究における動物使用に関連する倫​​理的問題の重要性を強調しています。

この研究で提示される画像は、単一のオペレータによって採取しました。すべての画像は（材料および装置表を参照してください）​​高周波超音波機器を用いて収集しました。全てのイメージングデータを単一の研究者によって分析されました。結果は、シスプラチンで処置した動物は、0.5から6日目（ 図2A）で2.1（正常範囲&lt;1.1）の範囲のSCRを有することを示しました。生理食塩水処置した動物と比較した場合しかし、組織学的研究は、急性尿細管間質性損傷の一貫したパ​​ターンを示しました。 脈のPARVUS形態はCisplain処理後6日目に動物で検出された腎臓の血行動態の変化を測定するために、高解像度超音波イメージングを使用して、データが、0日目と6日目の間のNSで処置した動物における形態の変化がなかったことを示しました。通常のRIとPIの上限値は、ラット17において、それぞれ、0.7及び1.15です。血行動態を評価するために上記の指標を用いて、<html> 6日目にシスプラチン処置動物におけるRIとPIの有意な増加があることを実証した腎臓の変化。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig1.jpg" /> ラットにおける腎臓の画像を検出するための図1の超音波装置の設定をラット腎臓超音波検査画像の操作時動物段階（A）及びイメージングプローブ位置（B）の設定を有する撮像システムのグラフィカルなイラスト。高周波、高解像度の超音波システムを使用して、ラット腎臓から得られたサンプル超音波診断画像（素材andand機器の表を参照のこと）。 （CF）。データはさらに、血行動態パラメータの測定および分析のための十分な情報と腎血管に明らか腎臓の解剖学的構造と血流を示します。09fig1large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52409/52409fig2.jpg" /> 図2. 組織学およびシスプラチンの治療中のラットの腎臓超音波検査画像。血清クレアチニン（SCR）と組織学の研究では、シスプラチン処理したラット（A、B）でビヒクル処置ラットと重度の近位尿細管腎障害（黄色の矢印）での正常な腎臓組織を提示します。 SCRは、シスプラチン処理後にわずかに増加したが、正常範囲（&lt;1.1）内に留まりました。車両及びシスプラチン処置したラット（C）上の超音波検査0日目、3でカラードップラーモードにおけるラットの右腎の画像、および6;血行動態パラメータ、RI及びPIは、カラードップラー超音波（D、E）により評価し、増加に有意でした。通常のRIの上限は0.7とPIのために1.15です。重要なのは、トンデータ上記の彼はそれらの血行動態の変化はSCRの立ち上がりに先行示します。脈波速度の測定は、組織学の研究結果と相関シスプラチン処理後遅く、弱いパルス（脈のPARVUS記号、黄色い丸）を示します。この現象は、腎動脈狭窄、閉塞、さらに腎機能障害を示します。組織学的データは、成功した薬剤誘発近位尿細管腎臓損傷を示し、超音波検査の評価は、カラードップラー技術を使用して、RI、PIおよび脈波伝播速度の有意な変化を示しました。 N = 3、*はp &lt;0.05。 <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52409/52409fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="表1" src="/files/ftp_upload/52409/52409table1.jpg" /> 薬剤誘発AKI 表 1. 腎血行動態パラメータ

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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.

ラットにおける超音波検査技術を用いた薬剤誘発性腎血行動態機能障害の早期発見

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

Research

JoVE Journal

Medicine

12.0K ビュー.  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.

コンシャスげっ歯類における腎機能の経皮評価

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

医学

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.

ラット腎臓への生物製剤の血管内デリバリー

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.

ラットにおける上腕と浅大腿動脈のフロー依存性血管拡張の超音波評価

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.

ラットの生殖実験における超音波検査

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.

ブタ出血性ショックモデルにおける非侵襲的および侵襲的腎低酸素モニタリング

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 ...

生物工学

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.

成人ラットにおける心臓解剖学と機能の心エコー評価

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.

一時的な両側性腎動脈閉塞による急性腎障害の大型動物モデル

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.

マウス腎臓の インビボ 分析のための3Dロボット超音波の使用

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).

意識のあるラットにおける腎血流の長期連続測定

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.

NAFLD/NASHラットモデルにおける超音波および剪断波エラストグラフィーイメージングの応用

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

ラットにおける超音波検査技術を用いた薬剤誘発性腎血行動態機能障害の早期発見

要約

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この動画の章

コンシャスげっ歯類における腎機能の経皮評価

ラット腎臓への生物製剤の血管内デリバリー

ラットにおける上腕と浅大腿動脈のフロー依存性血管拡張の超音波評価

ラットの生殖実験における超音波検査

ブタ出血性ショックモデルにおける非侵襲的および侵襲的腎低酸素モニタリング

成人ラットにおける心臓解剖学と機能の心エコー評価

一時的な両側性腎動脈閉塞による急性腎障害の大型動物モデル

マウス腎臓のインビボ分析のための3Dロボット超音波の使用

意識のあるラットにおける腎血流の長期連続測定

NAFLD/NASHラットモデルにおける超音波および剪断波エラストグラフィーイメージングの応用

ラットにおける超音波検査技術を用いた薬剤誘発性腎血行動態機能障害の早期発見

要約

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コンシャスげっ歯類における腎機能の経皮評価

ラット腎臓への生物製剤の血管内デリバリー

ラットにおける上腕と浅大腿動脈のフロー依存性血管拡張の超音波評価

ラットの生殖実験における超音波検査

ブタ出血性ショックモデルにおける非侵襲的および侵襲的腎低酸素モニタリング

成人ラットにおける心臓解剖学と機能の心エコー評価

一時的な両側性腎動脈閉塞による急性腎障害の大型動物モデル

マウス腎臓の インビボ 分析のための3Dロボット超音波の使用

意識のあるラットにおける腎血流の長期連続測定

NAFLD/NASHラットモデルにおける超音波および剪断波エラストグラフィーイメージングの応用

マウス腎臓のインビボ分析のための3Dロボット超音波の使用