Hightech beeldvorming onthult bloed, zuurstofstroom en energiemetabolisme in muizennieren

Hightech beeldvorming onthult bloed, zuurstofstroom en energiemetabolisme in muizennieren

Acuut nierletsel of acuut nierfalen kan plotseling optreden door verschillende oorzaken, waaronder de systemische bloedinfectie sepsis, die veranderingen in de zuurstoftoevoer naar en het metabolisme in de nieren veroorzaakt. Onderzoekers van de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis en aan de University of Virginia hebben onlangs een hightech beeldvormingstechniek ontwikkeld die mogelijkheden biedt om disfunctie bij acute en chronische nieraandoeningen te bestuderen.

Song Hu, universitair hoofddocent biomedische technologie aan de McKelvey School of Engineering, en Mark D. Okusa, de John C. Buchanan Distinguished Professor of Medicine in de Division of Nephrology and Center for Immunity, Inflammation and Regenerative Medicine aan de University of Virginia Health System, leidde een team dat fotoakoestische microscopie gebruikte om veranderingen in zuurstofafgifte in het bloed en zuurstofmetabolisme in weefsel in een muismodel in beeld te brengen.

De techniek, die een combinatie van licht en geluid gebruikt om beelden met een hoge resolutie op 200 micron diepte te maken, stelde de onderzoekers in staat om de concentratie van hemoglobine, zuurstofverzadiging van hemoglobine en bloedstroom in kleine peritubulaire haarvaten in de nieren van muizen met sepsis te kwantificeren. , een mogelijk levensbedreigende systemische infectie.

Sepsis veroorzaakt meerdere veranderingen, waaronder ontsteking en verstoord cellulair metabolisme, die allemaal leiden tot veranderingen in de micro- en macrocirculatiesystemen, zoals verminderde zuurstof naar nierweefsels. Tot op heden hebben onderzoekers zich de mechanismen van het gebrek aan zuurstof op de nieren niet kunnen voorstellen als gevolg van ontoereikende bestaande beeldvormingstechnieken. Het team van Hu en Okusa wilde daar verandering in brengen.

In onderzoek gepubliceerd in Nier Internationaal Op 2 juli 2021 toonde hun fotoakoestische microscopie-beeldvormingstechniek aan dat sepsis verschillende biomarkers aanzienlijk verminderde, waaronder zuurstofverzadiging van hemoglobine in de peritubulaire haarvaten en de cellulaire energieniveaus, of ATP, in de nier. Interessant is dat er vroeg in het beloop na het begin van sepsis kleine veranderingen waren in de bloedstroom in de haarvaten en in plasmacreatinine, een afvalproduct dat door de nieren uit het lichaam wordt verwijderd.

"Onze technologie biedt voor het eerst microvasculaire mapping van bloedzuurstof in de nieren", zei Hu. "We zorgden voor een gelijktijdige verwerving van meerdere microvasculaire parameters, waaronder hemoglobineconcentratie, bloedoxygenatie en bloedstroom, die voorheen bijzonder moeilijk te verkrijgen was."

De fotoakoestische techniek was in staat om in te zoomen op de peritubulaire haarvaten, die kleiner zijn dan 10 micron of 01 millimeter, in de muizennier, die zelf slechts ongeveer 6 tot 7 millimeter groot is.

Vervolgens is het team van plan om deze technologie te gebruiken om nierziektemechanismen in andere diermodellen te bestuderen.

"Hoewel dit niet rechtstreeks op mensen kan worden toegepast, stelt het ons in staat de ziektemechanismen te begrijpen", zei Hu. "Het bestuderen van de relatie tussen zuurstofmetabole disfunctie en acuut nierletsel zou kunnen leiden tot nieuwe therapeutische doelen en een beter begrip van hoe ziekteschade kan worden teruggedraaid of verminderd."

Het andere langetermijndoel van het team is om diep doordringende fotoakoestische microscopietechnieken te ontwikkelen waarmee ze meerdere millimeters of zelfs centimeters in de menselijke nier kunnen zien.

"Dat zou ons in staat stellen om deze technologie direct in de klinische setting toe te passen," zei Hu.