Zaawansowane technologicznie obrazowanie ujawnia krew, przepływ tlenu, metabolizm energetyczny w nerkach myszy

Zaawansowane technologicznie obrazowanie ujawnia krew, przepływ tlenu, metabolizm energetyczny w nerkach myszy

Ostre uszkodzenie nerek lub ostra niewydolność nerek może wystąpić nagle z różnych przyczyn, w tym z posocznicy układowego zakażenia krwi, która powoduje zmiany w przepływie tlenu i metabolizmie w nerkach. Naukowcy z McKelvey School of Engineering na Washington University w St. Louis i University of Virginia opracowali niedawno zaawansowaną technikę obrazowania, która otwiera możliwości badania dysfunkcji w ostrej i przewlekłej chorobie nerek.

Song Hu, profesor nadzwyczajny inżynierii biomedycznej w McKelvey School of Engineering oraz Mark D. Okusa, wybitny profesor medycyny Johna C. Buchanana w Oddziale Nefrologii i Centrum Odporności, Zapaleń i Medycyny Regeneracyjnej Uniwersytetu Stanu Virginia Health System, kierował zespołem, który wykorzystał mikroskopię fotoakustyczną do zobrazowania zmian w dostarczaniu tlenu do krwi i metabolizmie tlenu w tkance na modelu mysim.

Technika, która wykorzystuje kombinację światła i dźwięku do wykonywania obrazów o wysokiej rozdzielczości na głębokości 200 mikronów, pozwoliła naukowcom na ilościowe określenie stężenia hemoglobiny, wysycenia hemoglobiny tlenem i przepływu krwi w maleńkich naczyniach włosowatych okołokanalikowych w nerkach myszy z sepsą , potencjalnie zagrażająca życiu infekcja ogólnoustrojowa.

Sepsa powoduje wiele zmian, w tym stany zapalne i zaburzony metabolizm komórkowy, z których wszystkie prowadzą do zmian w układzie mikro- i makrokrążenia, takich jak zmniejszenie ilości tlenu w tkankach nerek. Do tej pory naukowcy nie byli w stanie wyobrazić sobie mechanizmów braku tlenu w nerkach z powodu nieodpowiednich istniejących technik obrazowania. Zespół Hu i Okusa postanowił to zmienić.

W badaniach opublikowanych w Kidney International 2 lipca 2021 roku ich technika obrazowania za pomocą mikroskopii fotoakustycznej wykazała, że ​​posocznica znacznie zmniejszyła kilka biomarkerów, w tym wysycenie tlenem hemoglobiny w naczyniach włosowatych okołokanalikowych, a także poziom energii komórkowej (ATP) w nerkach. Co ciekawe, na początku przebiegu po rozpoczęciu sepsy wystąpiły niewielkie zmiany w przepływie krwi w naczyniach włosowatych i kreatyninie w osoczu, produkcie odpadowym usuwanym z organizmu przez nerki.

„Nasza technologia po raz pierwszy zapewnia mikronaczyniowe mapowanie tlenu we krwi w nerkach” – powiedział Hu. „Zapewniliśmy jednoczesną akwizycję wielu parametrów mikronaczyniowych, w tym stężenia hemoglobiny, utlenowania krwi i przepływu krwi, co było szczególnie trudne do uzyskania wcześniej”.

Technika fotoakustyczna umożliwiła zbliżenie naczyń włosowatych okołokanalikowych, które mają średnicę mniejszą niż 10 mikrometrów, czyli 01 milimetra, w nerce myszy, która sama ma tylko około 6 do 7 milimetrów.

Następnie zespół planuje wykorzystać tę technologię do badania mechanizmów choroby nerek w innych modelach zwierzęcych.

„Chociaż nie można tego bezpośrednio zastosować do ludzi, pozwala nam to zrozumieć mechanizmy choroby” – powiedział Hu. „Badanie związku między dysfunkcją metabolizmu tlenu a ostrym uszkodzeniem nerek może prowadzić do nowych celów terapeutycznych i lepszego zrozumienia, jak odwrócić lub zmniejszyć uszkodzenia choroby”.

Innym długoterminowym celem zespołu jest opracowanie głęboko penetrujących technik mikroskopii fotoakustycznej, które umożliwiłyby widzenie nerki człowieka na wiele milimetrów, a nawet centymetrów.

„To pozwoliłoby nam bezpośrednio zastosować tę technologię w warunkach klinicznych” – powiedział Hu.