Kõrgtehnoloogiline pildistamine näitab vere, hapniku voogu, energia ainevahetust hiire neerudes

Kõrgtehnoloogiline pildistamine näitab vere, hapniku voogu, energia ainevahetust hiire neerudes

Äge neerukahjustus või äge neerupuudulikkus võib tekkida ootamatult erinevatel põhjustel, sealhulgas süsteemse vereinfektsiooni sepsis, mis põhjustab muutusi neerude hapniku voolus ja ainevahetuses. St. Louisi Washingtoni ülikooli Virginia ülikooli McKelvey insenerikooli ja Virginia ülikooli teadlased töötasid hiljuti välja kõrgtehnoloogilise pildistamise tehnika, mis avab võimalusi ägeda ja kroonilise neeruhaiguse düsfunktsioonide uurimiseks.

McKelvey insenerikooli biomeditsiinitehnika dotsent Song Hu ja Virginia tervise ülikooli nefroloogia osakonna ning immuunsuse, põletike ja regeneratiivse meditsiini keskuse meditsiiniprofessor John C. Buchanan Mark D. Okusa System juhtis meeskonda, kes hiire mudelis kasutas fotoakustilist mikroskoopiat vere hapniku kohaletoimetamise ja koe hapniku metabolismi muutuste pildistamiseks.

Tehnika, mis kasutab valguse ja heli kombinatsiooni 200 mikroni sügavusel kõrglahutusega piltide tegemiseks, võimaldas teadlastel kvantifitseerida sepsisega hiirte neerude hemoglobiini kontsentratsiooni, hemoglobiini küllastumist hapnikuga ja verevoolu väikestes peritubulaarsetes kapillaarides , potentsiaalselt eluohtlik süsteemne infektsioon.

Sepsis põhjustab mitmeid muutusi, sealhulgas põletikku ja häiritud raku ainevahetust, mis kõik põhjustavad muutusi mikro- ja makrotsirkulatoorsetes süsteemides, näiteks vähenenud hapniku sisaldus neerukudedes. Siiani pole teadlased suutnud ette kujutada neerude hapnikupuuduse mehhanisme olemasolevate pildistamisvõtete puudulikkuse tõttu. Hu ja Okusa meeskond asusid seda muutma.

Aastal avaldatud uuringutes Neeru rahvusvaheline 2. juulil 2021 näitas nende fotoakustilise mikroskoopia pildistamise tehnika, et sepsis vähendas märkimisväärselt mitmeid biomarkereid, sealhulgas peritubulaarsetes kapillaarides hemoglobiini küllastumist hapnikuga, samuti neeru raku energiataset ehk ATP-d. Huvitav on see, et varajases sepsise alguse järgses etapis toimusid kapillaaride verevoolus ja neerude kaudu organismist eemaldatud jääkaine plasmakreatiniinis väikesed muutused.

"Meie tehnoloogia pakub vere hapniku mikrovaskulaarset kaardistamist neerudes esimest korda," ütles Hu. "Pakkusime samaaegselt mitme mikrovaskulaarse parameetri, sealhulgas hemoglobiini kontsentratsiooni, vere hapnikuga varustatuse ja verevoolu, mida on varem olnud eriti raske saada."

Fotoakustiline tehnika suutis hiire neerus, mis ise on ainult umbes 10–01 millimeetrit, suumida perituubulaarseid kapillaare, mille läbimõõt on väiksem kui 6 mikronit ehk 7 millimeetrit.

Järgmisena plaanib meeskond seda tehnoloogiat kasutada neeruhaiguste mehhanismide uurimiseks teistes loommudelites.

"Ehkki seda ei saa otseselt inimestele rakendada, võimaldab see meil mõista haiguse mehhanisme," ütles Hu. "Hapniku metaboolse düsfunktsiooni ja ägeda neerukahjustuse vahelise seose uurimine võib viia uute terapeutiliste sihtmärkideni ja paremini mõista, kuidas haiguskahjustusi taastada või vähendada."

Meeskonna teine ​​pikaajaline eesmärk on välja töötada sügavale tungivad fotoakustilised mikroskoopia tehnikad, mis võimaldaksid neil näha inimese neeru mitu millimeetrit või isegi sentimeetrit.

"See võimaldaks meil seda tehnoloogiat kliinilises keskkonnas otse rakendada," ütles Hu.