Pencitraan berteknologi tinggi mengungkapkan darah, aliran oksigen, metabolisme energi di ginjal tikus

Pencitraan berteknologi tinggi mengungkapkan darah, aliran oksigen, metabolisme energi di ginjal tikus

Cedera ginjal akut, atau gagal ginjal akut, dapat terjadi secara tiba-tiba dari berbagai penyebab, termasuk sepsis infeksi darah sistemik, yang menyebabkan perubahan aliran oksigen ke dan metabolisme di ginjal. Para peneliti di Sekolah Teknik McKelvey di Universitas Washington di St. Louis dan di Universitas Virginia baru-baru ini mengembangkan teknik pencitraan berteknologi tinggi yang membuka peluang untuk mempelajari disfungsi pada penyakit ginjal akut dan kronis.

Song Hu, profesor teknik biomedis di Sekolah Teknik McKelvey, dan Mark D. Okusa, Profesor Kedokteran Terhormat John C. Buchanan di Divisi Nefrologi dan Pusat Imunitas, Peradangan dan Pengobatan Regeneratif di Universitas Kesehatan Virginia System, memimpin tim yang menggunakan mikroskop fotoakustik untuk menggambarkan perubahan pengiriman oksigen dalam darah dan metabolisme oksigen dalam jaringan pada model tikus.

Teknik, yang menggunakan kombinasi cahaya dan suara untuk mengambil gambar resolusi tinggi pada kedalaman 200 mikron, memungkinkan para peneliti untuk mengukur konsentrasi hemoglobin, saturasi oksigen hemoglobin dan aliran darah di kapiler peritubular kecil di ginjal tikus dengan sepsis. , infeksi sistemik yang berpotensi mengancam jiwa.

Sepsis menyebabkan banyak perubahan, termasuk peradangan dan metabolisme sel yang terganggu, yang semuanya menyebabkan perubahan pada sistem mikro dan makrosirkulasi, seperti berkurangnya oksigen ke jaringan ginjal. Sampai saat ini, para peneliti belum dapat membayangkan mekanisme kekurangan oksigen pada ginjal karena teknik pencitraan yang ada tidak memadai. Tim Hu dan Okusa mulai mengubah itu.

Dalam penelitian yang dipublikasikan di Ginjal Internasional 2 Juli 2021, teknik pencitraan mikroskop fotoakustik mereka menunjukkan bahwa sepsis secara signifikan mengurangi beberapa biomarker, termasuk saturasi oksigen hemoglobin di kapiler peritubular serta tingkat energi seluler, atau ATP, di ginjal. Menariknya, di awal perjalanan setelah inisiasi sepsis, ada perubahan kecil dalam aliran darah di kapiler dan kreatinin plasma, produk limbah yang dikeluarkan dari tubuh oleh ginjal.

“Teknologi kami menyediakan pemetaan mikrovaskular oksigen darah di ginjal untuk pertama kalinya,” kata Hu. “Kami menyediakan akuisisi simultan dari beberapa parameter mikrovaskular, termasuk konsentrasi hemoglobin, oksigenasi darah, dan aliran darah, yang sebelumnya sangat sulit didapat.”

Teknik fotoakustik mampu memperbesar kapiler peritubular, yang berdiameter lebih kecil dari 10 mikron, atau 01 milimeter, di ginjal tikus, yang ukurannya hanya sekitar 6 hingga 7 milimeter.

Selanjutnya, tim berencana menggunakan teknologi ini untuk mempelajari mekanisme penyakit ginjal pada model hewan lain.

“Meskipun ini tidak dapat diterapkan secara langsung pada manusia, ini memungkinkan kita untuk memahami mekanisme penyakit,” kata Hu. “Mempelajari hubungan antara disfungsi metabolisme oksigen dan cedera ginjal akut dapat mengarah pada target terapi baru dan peningkatan pemahaman tentang cara membalikkan atau mengurangi kerusakan penyakit.”

Tujuan jangka panjang tim lainnya adalah untuk mengembangkan teknik mikroskop fotoakustik yang memungkinkan mereka melihat beberapa milimeter atau bahkan sentimeter ke dalam ginjal manusia.

“Itu akan memungkinkan kami untuk secara langsung menerapkan teknologi ini dalam pengaturan klinis,” kata Hu.