Pengimejan berteknologi tinggi mendedahkan darah, aliran oksigen, metabolisme tenaga pada buah pinggang tikus

Pengimejan berteknologi tinggi mendedahkan darah, aliran oksigen, metabolisme tenaga pada buah pinggang tikus

Kecederaan ginjal akut, atau kegagalan ginjal akut, boleh terjadi secara tiba-tiba dari pelbagai sebab, termasuk sepsis jangkitan darah sistemik, yang menyebabkan perubahan aliran oksigen ke dan metabolisme pada buah pinggang. Penyelidik di McKelvey School of Engineering di Washington University di St. Louis dan di University of Virginia baru-baru ini mengembangkan teknik pencitraan berteknologi tinggi yang membuka peluang untuk mengkaji disfungsi penyakit buah pinggang akut dan kronik.

Song Hu, profesor kejuruteraan bioperubatan di Sekolah Kejuruteraan McKelvey, dan Mark D. Okusa, Profesor Perubatan John C. Buchanan di Bahagian Nefrologi dan Pusat Imuniti, Keradangan dan Perubatan Regeneratif di University of Virginia Health System, memimpin sebuah pasukan yang menggunakan mikroskopi fotoakustik untuk perubahan gambar dalam penyampaian oksigen dalam darah dan metabolisme oksigen dalam tisu dalam model tikus.

Teknik ini, yang menggunakan gabungan cahaya dan suara untuk mengambil gambar beresolusi tinggi pada kedalaman 200 mikron, membolehkan para penyelidik mengukur kepekatan hemoglobin, ketepuan oksigen hemoglobin dan aliran darah dalam kapilari peritubular kecil di ginjal tikus dengan sepsis , jangkitan sistemik yang berpotensi mengancam nyawa.

Sepsis menyebabkan banyak perubahan, termasuk keradangan dan metabolisme sel yang terganggu, yang semuanya membawa kepada perubahan dalam sistem mikro-dan peredaran makro, seperti pengurangan oksigen ke tisu ginjal. Sehingga kini, para penyelidik belum dapat membayangkan mekanisme kekurangan oksigen pada buah pinggang kerana teknik pencitraan yang ada tidak mencukupi. Pasukan Hu dan Okusa akan mengubahnya.

Dalam penyelidikan yang diterbitkan di Malaysia Ginjal Antarabangsa 2 Julai 2021, teknik pengimejan mikroskop fotoakustik mereka menunjukkan bahawa sepsis mengurangkan beberapa biomarker, termasuk ketepuan oksigen hemoglobin di kapilari peritubular serta tahap tenaga sel, atau ATP, di buah pinggang. Menariknya, di awal kursus setelah permulaan sepsis, terdapat sedikit perubahan aliran darah di kapilari dan kreatinin plasma, produk buangan yang dikeluarkan dari tubuh oleh ginjal.

"Teknologi kami menyediakan pemetaan mikrovaskular oksigen darah di ginjal untuk pertama kalinya," kata Hu. "Kami memberikan pemerolehan beberapa parameter mikrovaskular secara serentak, termasuk kepekatan hemoglobin, pengoksigenan darah dan aliran darah, yang sebelumnya sangat sulit untuk dicapai."

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

Seterusnya, pasukan merancang untuk menggunakan teknologi ini untuk mengkaji mekanisme penyakit buah pinggang pada model haiwan lain.

"Walaupun ini tidak dapat diterapkan secara langsung pada manusia, ini memungkinkan kita memahami mekanisme penyakit," kata Hu. "Mempelajari hubungan antara disfungsi metabolik oksigen dan kecederaan buah pinggang akut dapat menyebabkan sasaran terapi baru dan peningkatan pemahaman tentang cara membalikkan atau mengurangi kerusakan penyakit."

Matlamat jangka panjang pasukan ini adalah untuk mengembangkan teknik mikroskopi fotoakustik yang menembusi yang membolehkan mereka melihat beberapa milimeter atau bahkan sentimeter ke dalam ginjal manusia.

"Itu akan memungkinkan kita untuk menerapkan teknologi ini secara langsung dalam keadaan klinikal," kata Hu.