Špičkové zobrazování odhaluje krev, tok kyslíku a energetický metabolismus v myších ledvinách

Špičkové zobrazování odhaluje krev, tok kyslíku a energetický metabolismus v myších ledvinách

Akutní poškození ledvin nebo akutní selhání ledvin může nastat náhle z různých příčin, včetně systémové sepse krevních infekcí, která způsobuje změny v toku kyslíku a metabolismu v ledvinách. Vědci z McKelvey School of Engineering na Washingtonské univerzitě v St. Louis a na University of Virginia nedávno vyvinuli špičkovou zobrazovací techniku, která otevírá příležitosti ke studiu dysfunkce u akutních a chronických onemocnění ledvin.

Song Hu, docent biomedicínského inženýrství na McKelvey School of Engineering, a Mark D. Okusa, významný profesor medicíny Johna C. Buchanana v divizi nefrologie a Centra pro imunitu, záněty a regenerativní medicínu na University of Virginia Health System, vedl tým, který pomocí fotoakustické mikroskopie zobrazoval změny v dodávce kyslíku v krvi a metabolismus kyslíku ve tkáních na myším modelu.

Technika, která využívá kombinaci světla a zvuku k pořizování snímků s vysokým rozlišením hlubokých 200 mikronů, umožnila vědcům kvantifikovat koncentraci hemoglobinu, saturaci hemoglobinu kyslíkem a průtok krve v malých peritubulárních kapilárách v ledvinách myší se sepsí , potenciálně život ohrožující systémová infekce.

Sepsa způsobuje několik změn, včetně zánětů a narušeného buněčného metabolismu, které všechny vedou ke změnám v mikro- a makrocirkulačních systémech, jako je snížený kyslík pro tkáně ledvin. Vědci dosud nebyli schopni představit si mechanismy nedostatku kyslíku v ledvinách kvůli nedostatečným stávajícím zobrazovacím technikám. Tým Hu a Okusy se to rozhodl změnit.

Ve výzkumu publikovaném v Kidney International 2. července 2021 jejich technika zobrazovací fotoakustické mikroskopie ukázala, že sepse významně snížila několik biomarkerů, včetně saturace hemoglobinu kyslíkem v peritubulárních kapilárách, stejně jako hladiny buněčné energie nebo ATP v ledvinách. Zajímavé je, že na začátku kurzu po zahájení sepse došlo k drobným změnám v průtoku krve v kapilárách a v plazmatickém kreatininu, což je odpadní produkt odstraněný z těla ledvinami.

"Naše technologie poskytuje mikrovaskulární mapování krevního kyslíku v ledvinách poprvé," řekl Hu. "Zajistili jsme simultánní získání několika mikrovaskulárních parametrů, včetně koncentrace hemoglobinu, okysličení krve a průtoku krve, což bylo dříve obzvláště obtížné získat."

Fotoakustická technika dokázala přiblížit peritubulární kapiláry, které mají průměr menší než 10 mikronů nebo 01 milimetru, v ledvinách myší, které jsou samy o velikosti jen asi 6 až 7 milimetrů.

Dále tým plánuje použít tuto technologii ke studiu mechanismů onemocnění ledvin na jiných zvířecích modelech.

"I když to nelze přímo aplikovat na člověka, umožňuje nám to pochopit mechanismy nemoci," řekl Hu. "Studium vztahu mezi metabolickou dysfunkcí kyslíku a akutním poškozením ledvin by mohlo vést k novým terapeutickým cílům a lepšímu porozumění tomu, jak zvrátit nebo snížit poškození nemocí."

Dalším dlouhodobým cílem týmu je vyvinout techniky hloubkové penetrace fotoakustické mikroskopie, které by jim umožnily vidět do lidské ledviny několik milimetrů nebo dokonce centimetrů.

"To by nám umožnilo přímo použít tuto technologii v klinickém prostředí," řekl Hu.