Špičkové zobrazovanie odhaľuje krv, tok kyslíka a energetický metabolizmus v obličkách myší

Špičkové zobrazovanie odhaľuje krv, tok kyslíka a energetický metabolizmus v obličkách myší

Akútne poškodenie obličiek alebo akútne zlyhanie obličiek sa môže vyskytnúť náhle z rôznych príčin, vrátane systémovej infekcie krvi sepsa, ktorá spôsobuje zmeny v prietoku kyslíka do a metabolizmu v obličkách. Vedci z McKelvey School of Engineering na Washingtonskej univerzite v St. Louis a na Virginskej univerzite nedávno vyvinuli špičkovú zobrazovaciu techniku, ktorá otvára možnosti na štúdium dysfunkcie pri akútnych a chronických ochoreniach obličiek.

Song Hu, docent biomedicínskeho inžinierstva na McKelvey School of Engineering, a Mark D. Okusa, vynikajúci profesor medicíny Johna C. Buchanana v odbore nefrológie a Centrum pre imunitu, zápaly a regeneratívnu medicínu na University of Virginia Health System, viedol tím, ktorý pomocou fotoakustickej mikroskopie zobrazoval zmeny v dodávaní kyslíka v krvi a metabolizmus kyslíka v tkanive na myšom modeli.

Technika, ktorá využíva kombináciu svetla a zvuku na snímanie obrázkov vo vysokom rozlíšení s hĺbkou 200 mikrónov, umožnila vedcom kvantifikovať koncentráciu hemoglobínu, nasýtenie hemoglobínom kyslíkom a prietok krvi v malých peritubulárnych kapilárach v obličkách myší so sepsou , potenciálne život ohrozujúca systémová infekcia.

Sepsa spôsobuje viaceré zmeny, vrátane zápalov a narušeného bunkového metabolizmu, ktoré všetky vedú k zmenám v mikro- a makrocirkulačných systémoch, ako je zníženie kyslíka v tkanivách obličiek. Vedci si doposiaľ nedokázali predstaviť mechanizmy nedostatku kyslíka v obličkách z dôvodu nedostatočnej existujúcej zobrazovacej techniky. Tím Hu a Okusa sa rozhodli zmeniť to.

Vo výskume publikovanom v Kidney International 2. júla 2021 ich technika zobrazovania fotoakustickou mikroskopiou ukázala, že sepsa významne znížila niekoľko biomarkerov, vrátane saturácie hemoglobínu kyslíkom v peritubulárnych kapilárach, ako aj hladín bunkovej energie alebo ATP v obličkách. Je zaujímavé, že na začiatku liečby po začiatku sepsy došlo k malým zmenám v prietoku krvi v kapilárach a v plazme kreatinínu, čo je odpadový produkt odstránený z tela obličkami.

"Naša technológia poskytuje mikrovaskulárne mapovanie kyslíka v krvi po prvýkrát," uviedol Hu. "Poskytli sme simultánne získanie viacerých mikrovaskulárnych parametrov vrátane koncentrácie hemoglobínu, okysličenia krvi a prietoku krvi, čo bolo predtým obzvlášť ťažké získať."

Fotoakustická technika dokázala priblížiť peritubulárne kapiláry, ktoré majú priemer menší ako 10 mikrónov alebo 01 milimetra v obličke myši, ktorá má sama o sebe veľkosť iba asi 6 až 7 milimetrov.

Ďalej tím plánuje použiť túto technológiu na štúdium mechanizmov ochorenia obličiek na iných zvieracích modeloch.

"Aj keď to nemožno priamo aplikovať na človeka, umožňuje nám to pochopiť mechanizmy chorôb," uviedol Hu. „Štúdium vzťahu medzi metabolickou dysfunkciou kyslíka a akútnym poškodením obličiek by mohlo viesť k novým terapeutickým cieľom a k lepšiemu pochopeniu toho, ako zvrátiť alebo znížiť poškodenie choroby.“

Ďalším dlhodobým cieľom tímu je vyvinúť techniky hĺbkovej penetrácie fotoakustickej mikroskopie, ktoré by im umožnili vidieť do ľudskej obličky viac milimetrov alebo dokonca centimetrov.

"To by nám umožnilo priamo aplikovať túto technológiu v klinickom prostredí," uviedol Hu.

Detonic