High-Tech-Bildgebung zeigt Blut, Sauerstofffluss, Energiestoffwechsel in der Mausniere

High-Tech-Bildgebung zeigt Blut, Sauerstofffluss, Energiestoffwechsel in der Mausniere

Akute Nierenschäden oder akutes Nierenversagen können plötzlich aus verschiedenen Gründen auftreten, einschließlich der systemischen Blutinfektion Sepsis, die Veränderungen des Sauerstoffflusses und des Stoffwechsels in den Nieren verursacht. Forscher der McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis und der University of Virginia haben kürzlich ein Hightech-Bildgebungsverfahren entwickelt, das Möglichkeiten zur Untersuchung von Funktionsstörungen bei akuten und chronischen Nierenerkrankungen eröffnet.

Song Hu, außerordentlicher Professor für Biomedizintechnik an der McKelvey School of Engineering, und Mark D. Okusa, John C. Buchanan Distinguished Professor of Medicine in der Abteilung für Nephrologie und Center for Immunity, Inflammation and Regenerative Medicine an der University of Virginia Health System, leitete ein Team, das photoakustische Mikroskopie einsetzte, um Veränderungen der Sauerstoffzufuhr im Blut und des Sauerstoffstoffwechsels im Gewebe in einem Mausmodell abzubilden.

Die Technik, die eine Kombination aus Licht und Ton verwendet, um hochauflösende Bilder in einer Tiefe von 200 Mikrometern aufzunehmen, ermöglichte es den Forschern, die Konzentration von Hämoglobin, die Sauerstoffsättigung von Hämoglobin und den Blutfluss in winzigen peritubulären Kapillaren in den Nieren von Mäusen mit Sepsis zu quantifizieren , eine potenziell lebensbedrohliche systemische Infektion.

Sepsis verursacht mehrere Veränderungen, einschließlich Entzündungen und gestörtem Zellstoffwechsel, die alle zu Veränderungen im Mikro- und Makrokreislauf führen, wie z. B. Sauerstoffmangel im Nierengewebe. Die Mechanismen des Sauerstoffmangels in den Nieren konnten sich die Forscher aufgrund unzureichend vorhandener bildgebender Verfahren bisher nicht vorstellen. Das Team von Hu und Okusa wollte das ändern.

In der Forschung veröffentlicht in Kidney International Am 2. Juli 2021 zeigte ihr photoakustisches Mikroskopie-Bildgebungsverfahren, dass Sepsis mehrere Biomarker signifikant reduziert, einschließlich der Sauerstoffsättigung von Hämoglobin in den peritubulären Kapillaren sowie des zellulären Energieniveaus (ATP) in der Niere. Interessanterweise kam es im frühen Verlauf nach Beginn der Sepsis zu geringfügigen Veränderungen des Blutflusses in den Kapillaren und des Plasmakreatinins, einem Abfallprodukt, das über die Nieren aus dem Körper ausgeschieden wird.

„Unsere Technologie ermöglicht erstmals eine mikrovaskuläre Kartierung des Blutsauerstoffs in den Nieren“, sagte Hu. „Wir haben eine gleichzeitige Erfassung mehrerer mikrovaskulärer Parameter ermöglicht, darunter Hämoglobinkonzentration, Blutoxygenierung und Blutfluss, die zuvor besonders schwer zu erhalten waren.“

Die photoakustische Technik konnte die peritubulären Kapillaren heranzoomen, die kleiner als 10 Mikrometer oder 01 Millimeter sind, in der Mausniere, die selbst nur etwa 6 bis 7 Millimeter groß ist.

Als nächstes plant das Team, diese Technologie zu verwenden, um die Mechanismen von Nierenerkrankungen in anderen Tiermodellen zu untersuchen.

„Obwohl dies nicht direkt auf den Menschen übertragen werden kann, ermöglicht es uns, die Krankheitsmechanismen zu verstehen“, sagte Hu. „Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen einer Dysfunktion des Sauerstoffstoffwechsels und einer akuten Nierenschädigung könnte zu neuen therapeutischen Zielen und einem besseren Verständnis dafür führen, wie Krankheitsschäden rückgängig gemacht oder reduziert werden können.“

Ein weiteres langfristiges Ziel des Teams ist es, tief durchdringende photoakustische Mikroskopietechniken zu entwickeln, die es ihnen ermöglichen, mehrere Millimeter oder sogar Zentimeter in die menschliche Niere zu sehen.

„Das würde es uns ermöglichen, diese Technologie direkt im klinischen Umfeld anzuwenden“, sagte Hu.