Augsto tehnoloģiju attēlveidošana atklāj asiņu, skābekļa plūsmu, enerģijas metabolismu peles nierēs

Augsto tehnoloģiju attēlveidošana atklāj asiņu, skābekļa plūsmu, enerģijas metabolismu peles nierēs

Akūta nieru trauma vai akūta nieru mazspēja var rasties pēkšņi dažādu iemeslu dēļ, ieskaitot sistēmisku asins infekcijas sepsi, kas izraisa izmaiņas skābekļa plūsmā un metabolismā nierēs. Pētnieki Vašingtonas universitātes Sentluisas Makkelveja inženieru skolā un Virdžīnijas universitātē nesen izstrādāja augsto tehnoloģiju attēlveidošanas tehniku, kas paver iespējas izpētīt disfunkciju akūtu un hronisku nieru slimību gadījumā.

Song Hu, McKelvey inženieru skolas biomedicīniskās inženierijas asociētais profesors, un Džons C. Bukanans, izcilais medicīnas profesors Marks D. Okusa Virdžīnijas Veselības universitātes Nefroloģijas nodaļā un Imunitātes, iekaisuma un reģeneratīvās medicīnas centrā System vadīja komandu, kas izmantoja fotoakustisko mikroskopiju, lai attēlotu izmaiņas skābekļa piegādē asinīs un skābekļa metabolismu audos peles modelī.

Metode, kas izmanto gaismas un skaņas kombināciju, lai uzņemtu augstas izšķirtspējas attēlus 200 mikronu dziļumā, ļāva pētniekiem kvantitatīvi noteikt hemoglobīna koncentrāciju, hemoglobīna piesātinājumu ar skābekli un asins plūsmu sīkajos peritubulārajos kapilāros pelēm ar sepsi. , potenciāli dzīvībai bīstama sistēmiska infekcija.

Sepsis izraisa vairākas izmaiņas, ieskaitot iekaisumu un traucētu šūnu metabolismu, un tas viss izraisa izmaiņas mikro un makrocirkulācijas sistēmās, piemēram, samazinātu skābekļa daudzumu nieru audos. Līdz šim pētnieki nav spējuši iedomāties skābekļa trūkuma nierēs mehānismus esošo nepietiekamo attēlveidošanas metožu dēļ. Hu un Okusa komanda apņēmās to mainīt.

Pētījumos, kas publicēti Starptautiskā nieru darbība 2. gada 2021. jūlijā viņu fotoakustiskās mikroskopijas attēlveidošanas tehnika parādīja, ka sepsis ievērojami samazināja vairākus biomarķierus, tostarp hemoglobīna piesātinājumu ar skābekli peritubulārajos kapilāros, kā arī šūnu enerģijas līmeni jeb ATP nierēs. Interesanti, ka kursa sākumā pēc sepses uzsākšanas bija nelielas izmaiņas asins plūsmā kapilāros un plazmas kreatinīnā - atkritumos, kas no organisma izvadīti caur nierēm.

"Mūsu tehnoloģija pirmo reizi nodrošina asins skābekļa mikrovaskulāru kartēšanu nierēs," sacīja Hu. "Mēs nodrošinājām vienlaicīgu vairāku mikrovaskulāru parametru, tostarp hemoglobīna koncentrācijas, asins oksigenācijas un asins plūsmas, iegūšanu, ko iepriekš bija īpaši grūti iegūt."

Fotoakustiskā tehnika spēja tuvināt peritubulāros kapilārus, kuru diametrs ir mazāks par 10 mikroniem jeb 01 milimetrs, peles nierēs, kuras lielums ir tikai aptuveni 6 līdz 7 milimetri.

Pēc tam komanda plāno izmantot šo tehnoloģiju, lai pētītu nieru slimību mehānismus citos dzīvnieku modeļos.

"Lai gan to nevar tieši attiecināt uz cilvēkiem, tas ļauj mums saprast slimības mehānismus," sacīja Hu. "Pētot saistību starp skābekļa metabolisma disfunkciju un akūtu nieru traumu, varētu rasties jauni terapeitiski mērķi un uzlabota izpratne par to, kā novērst vai mazināt slimības bojājumus."

Cits komandas ilgtermiņa mērķis ir izstrādāt dziļi iekļūstošas ​​fotoakustiskās mikroskopijas metodes, kas ļautu redzēt cilvēka nierēs vairākus milimetrus vai pat centimetrus.

"Tas ļautu mums tieši piemērot šo tehnoloģiju klīniskajā vidē," sacīja Hu.