Мулти-параметрична ЯМР на бъбречно заболяване прогресия за автозомно рецесивно поликистозно бъбречно заболяване (ARPKD): Модел на мишката и първоначални резултати от пациента

Контакт:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

ВЪВЕЖДАНЕТО

Автозомно рецесивно поликистоза бъбречно заболяване(ARPKD) е рядко, но потенциално смъртоносно и бързо прогресиращо генетично разстройство, което засяга приблизително 1/20 000 деца (1,2).ARPKDобикновено се характеризира с дифузни бъбречни микроцисти, причинени от дилации на събиращите тубули (2). ARPKDпрогресия на бъбречното заболяваневоди до намаляваща бъбречна функция в ранна възраст. От 70% от пациентите сARPKDкоито оцеляват през неонаталния период (3), 40% напредък до краен етапБъбречназаболяване (ESRD) на възраст от 15 години (1,3). Важно е, че в момента няма специфични за заболяването терапии за пациенти сARPKDслед бъбречна трансплантация и диализа (1,2,4). В резултат на това клиничното управление на хроничнитебъбречно заболяване(CKD) и усложненията му остават първичната възможност за лечение наARPKD(1,2,4).

Наскоро е доказано, че няколко романни терапии амелиоратбъбречно заболяванев животински модели наARPKDи други свързани с тях цилиопати (1,5–9). Основна блокировка на пътя за прилагане на клинични изпитвания при пациенти с ARPKD обаче е липсата на чувствителни мерки на ARPKDпрогресия на бъбречното заболяванеи / или терапевтична ефикасност (1,4). За съжаление серумният креатинин естествено се увеличава с възрастта при деца (10,11). В допълнение, eGFR е сравнително безчувствен, особено за заболяване в ранен стадий, и може да не отразява точно тежестта на увреждане на бъбреците (10,11). Освен това при много редки заболявания катоARPKD, има значителна вариабилност в процентите на спад на GFR във времето. Предварително проучване, в което се изследватпрогресия на бъбречното заболяванепри пациенти с ARPKD установи, че процентите на спад на GFR са сравнително скромни и също така силно променливи в цялата популация пациенти (средно 6% / година, диапазон 1– 10% / година) (12). Поради това съществува клинична необходимост от разработване на безопасна и чувствителна мярка запрогресия на бъбречното заболяване, и в крайна сметка терапевтична ефикасност, за пациенти сARPKD.

намаляване на чувствителността на пенисасцистанш билкови екстракти продукти

Магнитен резонанс (ЯМР) може да се използва за осигуряване на бъбречни изображения с висока разделителна способност както при пациенти, така и при животински модели. Важно е, ЯМР е способен да предоставя изображения с разнообразни контрасти на меките тъкани, които не изискват йонизиращо лъчение или инжекционно контрастно средство (13). Оценките на ЯМР за общия обем на бъбреците (TKV) вече са установени като маркер запрогресия на бъбречното заболяванепри пациенти с автозомно доминиращ PKD (ADPKD). За съжаление, за разлика от ADPKD, TKV за пациенти сARPKDне е надежден маркер за заболяване, тъй като размерът на бъбреците се стабилизира с течение на времето като нормалноБъбречнапаренхим се заменя с микроцисти (1,14). През последното десетилетие Количествените техники за ЯМР, като дифузионен ЯМР, етикетиране на артериално завъртане (ASL), и MRI релаксометрия (т.е., T1 и T2 картографиране) са били използвани за неинвазивно оценяване на промените в бъбречната микроструктура, оксигенацията, перфузията и тъканния състав за различни остри и хроничнибъбречни заболявания.Повечето от тези количествени техники за ЯМР обаче не са оценена задълбочено нито при животински модели, нито приARPKD(1,15–19). В първоначалната ни работа в модела на PCK плъх на ARPKD, ние демонстрирахме, че T2-претеглените ЯМР надеждно измереноБъбречнакистозна тежест с напредване на кистознатабъбречно заболяване(1). Все пак кистознатапрогресия на бъбречното заболяванев PCK плъха е предимноБъбречнамакроцисти. Тези макроцисти са в рязък контраст с дифузните бъбречни микроцисти, типични за хората в ARPKDбъбречно заболяване. Ето защо, в настоящото проучване се стремихме да оценим способността на T1 и T2 MRI да оценят бъбречната прогресия при ex vivo бъбреците от модела на bpk мишката, която проявява дифузнаБъбречнакисти, съгласувани с човешкитеARPKD бъбречно заболяване,(9,20–22) с цялостната хипотеза, че бъбречните T1 и T2 ЯМР карти биха предоставили чувствителни оценки на кистозните промени, свързани с прогресивния ARPKDбъбречно заболяване. Във втората фаза на това проучване получаваме първоначални оценки in vivo бъбрек T1 и T2 при пациент сARPKDи здрав доброволец за сравнение с предклиничните находки с помощта на новела технология за магнитен резонанс за пръстови отпечатъци (МФП).

Ключови думи:Бъбречно заболяване,Бъбречна, Автозомно рецесивно поликистозно бъбречно заболяване, ARPKD, бъбречна функция, Прогресия на бъбречните заболявания

МЕТОДИ

Предклинични оценки на ЯМР

Животински модели—Всички проучвания са проведени в съответствие с одобрени институционални грижи за животните и употреба протоколи комитет в Клиника Кливланд и Кейс Уестърн резерват университет. Малките миши Bpk са евтанаизирани при 8 (n=5), 14 (n=5), и 18 (n=3) дни на възраст чрез екссангинация, а бъбреците са били развълнувани и фиксирани в метанол. Бъбреците от хетерозиготни съвпадащи с възрастта литермати също са получени като контроли (8 (n=3), 14 (n=4), и 18 (n=5) дни на възраст).

ЯМР Придобивания —Предклиничните експерименти с ЯМР са проведени на 7,0 T Bruker Biospec скенер за малки животински ЯМР (Bruker, Inc., Billerica, MA). Както левия, така и десният ексцизен бъбрек от всяко животно са сканирани в центрофугни тръби, пълни с метанол. Всяка бъбречна проба е била позиционирана с бъбрека при изоцентер в цилиндрична предаване 35-мм / получават обемна бобина, за да се осигури еднакво радиочестотно възбуждане. Axial T2- претеглени изображения са придобити с мулти-ехо спин-ехо придобиване за позициониране на филиите за количествените ЯМР сканиране. След това са получени коронални Т1 и Т2 карти с висока разделителна способност за всеки бъбрек на мишката. T1 данни са получени с помощта на конвенционално спин-ехо придобиване с множество времена на повторение (TR = 10 000 ms, 5000 ms, 2000 ms, 1000 ms, 500 ms и 300 ms) (23). Допълнителни параметри за изобразяване на T1 бяха: време за ехо (TE) = 10,4 ms, Дебелина на резенчето (TH) = 1,0 мм, 12 резенчета, зрително поле (FOV) = 35 × 35 mm, резолюция в равнина = 0,273 × 0,273 mm/пиксел, брой на средните стойности на сигнала (NSA) = 1. Общото време за придобиване за измерването на T1 беше 39 минути и 54 секунди. T2 данни са придобити с мулти-ехо спин-ехо придобиване (12 ехо, TE = 52 ms, 63 ms, 73 ms, 83 ms, 94 ms, 104 ms, 115 ms, 125 ms, 136 ms, 146 ms, 157 ms, and 167 ms) (24). Подробни параметри за изобразяване на T2 бяха: TR = 2 000 ms, TH = 1,0 мм, 12 рези, FOV = 35 × 35 мм, резолюция в равнината = 0,273 × 0,273 мм/пиксел. Общото време за придобиване за оценката на T2 беше 17минути и 4 секунди.

След завършване на предклиничните яМР сканирания, представителни бъбреци от 8-дневна и 18-дневна bpk и съвпадащи с възрастта WT литермати са вградени с парафин. Пет-микронни секции, центрирани вБъбречнаhilum са получени и оцветени с хематоксилин и еозин (H&E). Секциите бяха визуализирани чрез лека микроскопия (увеличение 2x) и изображения, заснети с помощта на прикачен цифров фотоапарат и внесени в Adobe Photoshop®.

Изображение и статистически анализ —Ex vivo MRI данни бяха изнесени за офлайн анализ в Matlab (The Mathworks, Natick, MA). Количествените карти Т1 и Т2 са получени чрез вокселово-мъдра линейна най-малко квадратна грешка, годни на образните данни към установени моноекспоненциални модели за магнитна релаксация (23,25,26). Резултантните прилучъци бяха визуално инспектирани, за да се осигури линейност на данните. Беше извършен ръчен анализ на региона на интереси (ROI) на всеки образен резен, за да се изчислят средните и стандартните отклонения за данните Т1 и Т2 за всяко резенче бъбрек. Броят на бъбречните воксели във всеки образен резен е използван за получаване на претеглени средни стойности над набора от образни резени. Завършена е средна стойност на левия и десния бъбрек от всяко животно. Общият обем на всеки бъбрек също е изчислен от ROI анализа на Т2-претеглените изображения.

Средните стойности на бъбреците Т1 и Т2 за bpk и контролните мишки са сравнени в целия щам на мишката и възраст, като се използват несдвидени t-тестове на Студента. Корелациите на Пиърсън са използвани за определяне на взаимоотношенията между средните стойности на Т1 и Т2 с обем на бъбреците. За изпитване за значимост е използвана двуопашата вероятност от 0,05 (α).

Оценки на ЯМР за човешки бъбрекВсички изследвания за образна диагностика на хора са извършени в съответствие с одобрени протоколи на Институционалния съвет за преглед (IRB) в клиниката и университетските болници в Кливланд – Медицински център Кливланд. За това първоначално проучване наехме един юноша пациент с ARPKD и един млад възрастен доброволец субект (възраст=18). Проучванията на човешкия ЯМР са проведени с помощта на скенер Siemens Skyra 3.0 tesla MRI (Siemens Healthineers, Erlangen, Германия).

Експерименти с ЯМР на човешки бъбрек—Всеки предмет е сканиран в легнало положение с помощта както на масив от тяло, така и на рулони на приемника на гръбнака, за да се осигури еднакво качество на изображението над бъбреците на субекта. Първоначален локализатор HASTE (Half-Fourier Acquisition Едноснимка Turbo spin Echo) изображения са придобити по време на инструктирани спирания на дъха и в трите образни равнини за получаване на анатомични изображения както на левия, така и на десния бъбрек за точно позициониране на резена при по-късни придобивания. T1 и T2 ЯМР данни за всеки бъбрек след това е бил придобит за всеки бъбрек с помощта на бърз магнитен резонанс пръстови отпечатъци (MrF) придобиване. Методът, както е доказано от Chen, Y. et al. е адаптиран за използване в корема със следните параметри: TR = 5,74 ms, TE = 1,00 ms, Обхват на ъгъла на обръщане = 5 –12°, TH = 6,0 mm, зрително поле (FOV) = 400 × 400 mm, резолюция в равнината = 1,3 × 1,3 mm/пиксел, 1728 MRF изображения, време за придобиване = 15 секунди (27). Всяко придобиване на МФП доведе до сърегистрирани T1 и

T2 карти за едно парче образна диагностика (27). Всяко mrf образно резенче беше позиционирано успоредно на дългата ос на всеки бъбрек. Три наклонени коронални MRF изображения са придобити както за левия, така и за десния бъбрек.

Човешки образ и статистически анализ —Човешки образ и статистически анализ—Данните за Човешкия ЯМР бяха изнесени за офлайн анализ в Матлаб (Матюърк, Натик, УО). Количествените t1 и T2 карти за придобивания на МФП са получени чрез вокселово-мъдри, съответстващи на придобитите профили на изображения на МФП с речника на МФП, както е описано по-рано (27,28). Не са завършени други статистически изчисления за тези доказателство-на-концепция човешки изследвания.

РЕЗУЛТАТИ

Представителни карти наБъбречнаT1 и T2 време на релаксация, както и H&E-оцветени секции за 18-дневна bpk мишка (A, B, C), 8-дневна bpk мишка (D, E, F), и 18-дневна стара WT мишка (G, H, I), са показани съответно на фигура 1. Обърнете внимание на дифузната кистозна архитектура, както и увеличената кистозна тежест и обема на бъбреците за бъбреците bpk. Бъбреците от мишките bpk също показват видими увеличения наБъбречнаСтойности на Т1 и Т2 ЯМР между 8-дневен и 18-дневен възраст, както се очаква поради кистознапрогресия на бъбречното заболяване.

Средните стойности на бъбреците T1 и T2 за всяка възрастова група както за bpk, така и за диви тип мишки, начертани като функция на възрастта, са показани на фигура 2. Средните стойности на Т1 и Т2 за бъбреците на BPK са били всички значително повишени в сравнение с WT бъбреците по всяко време точки по отношение на възрастта (p< 2="" ×="" 10−10).="" for="" the="" bpk="" mice,="" significant="" increases="" in="" mean="" kidney="" t1="" and="" t2="" values="" were="" also="" observed="" for="" the="" older="" kidneys="" (t1:="" 8="" vs.="" 18="" days,="" p="0.018;" t2:="" 8="" vs.="" 14="" days,="" p="0.0002" and="" 8="" vs.="" 18="" days,="" p="0.0009)." in="" contrast,="" the="" corresponding="" mean="" kidney="" values="" for="" the="" wt="" mice="" either="" decreased="" with="" age="" (t1:="" 8="" vs.="" 18="" days,="" p="0.03)" or="" did="" not="" change="" significantly="" (t2:="" all="" wt="" mice,="" p="">0.13). Хистограмата, показваща воксел-мъдрото компилиране на стойностите на бъбреците Т1 и Т2 за bpk и WT контролни мишки като функция на възрастта, са показани на Допълнителна фигура 1.

Средните стойности на бъбреците Т1 и Т2 за мишките bpk и WT контролните мишки също се начертават като функция от общия обем на бъбреците (фигура 3 A, B). Както се очакваше, Стойностите на Т1 и Т2 за бъбреците на BPK се увеличиха с нарастващ обем на бъбреците. Средните стойности на бъбреците T1 за мишките bpk (n=13) водят до значителна линейна корелация с общия обем на бъбреците (R = 0,60, p = 0,030). Средните стойности на бъбреците T2, трендирани към значителна корелация с общия обем на бъбреците (T2: R = 0,55, p = 0,054). Не са наблюдавани значителни корелации между показателите за ЯМР и общия обем на бъбреците за Бъбреците на WT.

Първоначалните t1 и T2 карти както за здравия млад възрастен доброволец, така и за подрастващия пациент с ARPKD са показани на фигура 4. Обърнете внимание на очевидната дифузна кистозна архитектура, както и очевидните увеличения на размера за бъбреците на пациента с ARPKD. Бъбреците на пациента с ARPKD показват видими увеличения на T1 и T2 в сравнение с бъбреците на здравия доброволец. Като цяло тези първоначални оценки на ЯМР при хора за ARPKDбъбречно заболяванеса в съответствие с предклиничните образни находки на фигури 1–3.

РАЗИСКВАНЕ

В това проучване оценихме способността на количествените техники за ЯМР за оценка на кистозната тежест в ARPKDбъбречно заболяване. По-специално, Сметната средство за оценка на способността на средния бъбрек Т1 и Т2 ЯМР да определят количествено кистознатапрогресия на бъбречното заболяванев утвърден aRPKD животински модел, който проявява прогресивно нарастващ дифузенБъбречнамикрокиста. Извършихме и първоначални проучвания за доказване на концепцията на пациент с ARPKD и здрав доброволец. Средният бъбрек Т1 и Т2 за бъбреците на BPK се увеличава значително с възрастта, съответстваща на хистологията, и са значително по-високи, отколкото за бъбреците на WT (Фигури 1 и 2). Освен това и двата от тези показатели за ЯМР проявяват значителни (T1) или почти значими (Т2) корелации с общ обем на бъбреците (фигура 3). Най-важното е, че първоначалните резултати от ЯМР при хора са били в съответствие с тези предклинични оценки на ЯМР (фигура 4). Следователно, докато ще трябва да се проведат допълнителни надлъжни образни изследвания при пациенти с ARPKD, за да се оцени по-пълно чувствителността и спецификата на тези техники за ЯМР в сравнение с конвенционалните клинични мерки на бъбречната функция (напр., Серумният креатинин), тези предклинични и първоначални клинични яМР резултати сочат, че T1 и T2 MRI могат да се използват за оценка на кистозната бъбречна прогресия при пациенти сARPKD.

Методите за ЯМР, използвани в това проучване, имат редица предимства за евентуалноARPKD. Първо, тези Техники за ЯМР са неинвазивни и не изискват никакви инжекционни ЯМР контрастно средство, което прави тези методи безопасни за надлъжни проучвания на педиатрични и възрастни пациенти с напредналбъбречно заболяване(13). Второ, тези методи за ЯМР са количествени и следователно осигуряват обективна мярка за изход, която би могла да се използва при бъдещи клинични изпитвания. Трето, клиничните mrf техники, използвани тук изискват много кратки времена на придобиване (~ 15 секунди), което води до намалени респираторни артефакти движение, потенциално премахване на необходимостта от дълбока седация или обща анестезия за педиатрични пациенти. Четвърти, T1 и T2 MRI техники са достъпни на практически всички съвременни човешки ЯМР скенери. Например, T1 ЯМР оценки са били използвани в множество ЯМР изследвания на сърцето, белия дроб, черния дроб, и други органи (29–35). Като такива, тези методи биха могли да бъдат бързо приложени в многоцентрови клинични изпитвания за оценка на нови терапии за ARPKD.

Придобиването на МФП, използвано за получаване на първоначалните карти на човешки бъбрек Т1 и Т2, показани на фигура 4, също осигурява множество ползи за бъдещи човешкиARPKDПроучвания. Тази методология първоначално е описана през 2013 г. и използва бърза a priori вариация в параметрите за придобиване на ЯМР (напр., ъгъл на възбуждане обръщане), за да генерира специфични за тъканите профили за еволюция на сигнала на МФП. След това тези профили са съчетани с най-добре прилепващия профил на еволюцията на теоретичния сигнал в речника mrf, за да се получат едновременни оценки на времето за релаксация T1 и T2 за всеки образен воксел. Множество проучвания са по-рано показват, че MRF е по своята същност устойчиви на движение артефакти и води до точни и възпроизводими оценки на T1 и T2 релаксация пъти за мозъка, бъбреците, черния дроб, и простатата образни приложения (27,36–39). За прилагането на МФП, използван тук, ние използвахме нисък ъгъл на върха MrF придобиване, което осигурява точни оценки Т1 и Т2, без да е необходимо допълнителни сканирания, за да компенсират B1 разнородности (27,38). Долните ъгли на върха също ограничават радиочестотното енергийно отлагане до обекта. Тъй като това придобиване на MrF е завършено в един единствен 15-секунден дъх за всяко парче образна диагностика, картите на времето за релаксация T1 и T2 бяха свободни от артефакти на дихателните движение. Тези оценки на ЯМР Т1 и Т2 могат да се комбинират и сБъбречнаоценки на перфузията или други методики за изобразяване, за да характеризират по-задълбочено ARPKDпрогресия на бъбречното заболяване(34).

Докато тези предклинични и първоначални клинични яМР проучвания показват обещание за използването на количествени методи за ЯМР за оценка на ARPKDпрогресия на бъбречното заболяване, това проучване има и няколко важни ограничения. Първичното ограничение на предклиничната част на това проучване е, че бъбреците bpk и WT са сканирани ex vivo. Добре е установено, че притокът на кръв може значително да променя стойностите на in vivo бъбрека Т1 и Т2 (40). Като такъв добавянето наБъбречнакръвен ЯМР сигнал вероятно би променял средните стойности на бъбреците Т1 и Т2 както за мишките bpk, така и за WT. Въпреки това, докато абсолютните стойности за ex vivo бъбрека T1 и T2 пъти могат да бъдат донякъде различни от стойностите in vivo, разликите в стойностите на T1 и T2 между мишките bpk и WT, както и промените в стойностите на бъбрека Т1 и Т2 с възрастта остават значителни. Освен това, тъй като дългосрочната цел на това проучване е да се разработят ЯМР маркери на кистознапрогресия на бъбречното заболяванепри пациенти сARPKD, този ex vivo образен подход позволява тези t1 и T2 MRI техники да бъдат първоначално оценени в много контролирана среда с ограничено въздействие върху известни променливи като състояние на хидратация, сърдечен изход, и респираторно движение, което може да създаде обърквания с информацията за кистозната болест в данните за ЯМР. Сканирането на тези бъбреци ex vivo също позволява да се придобият множество яМР параметри (T1 и T2) с много висока разделителна способност и точност. Като такива, конвенционалните спин-ехо методи, използвани в това проучване за генериране на ex vivo T1 и T2 карти за бъбреците bpk и WT изискват значителни времена на придобиване (общо време за сканиране = ~1 час), които не са практични за in vivo проучвания на bpk мишки с напредналибъбречно заболяване.

В крайна сметка тези ex vivo предклинични ЯМР резултати са в съответствие както с хистологията (Фигура1), така и с първоначалните in vivo човешки ЯМР оценки (фигура 4). Като такива, тези констатации ex vivo ЯМР помагат в подкрепа на представата, че оценките на ЯМР T1 и T2 могат да бъдат полезни за оценка на ARPKDпрогресия на бъбречното заболяванепри пациенти.

Първичното ограничение за клиничните яМР проучвания е малкият размер на пробата. Макар че със сигурност са необходими допълнителни сканирания на пациенти, тези изследвания за доказване на концепцията за човешки образи установяват, че получаването на висока разделителна способност, количествени бъбречни T1 и T2 MRI карти в практически срок без седация при педиатричен пациент е осъществимо. Най-важното е, че тези и всякакви други показатели за ЯМР ще трябва да бъдат сравнени с конвенционалните мерки забъбречна функция(напр., серумен креатинин и албумин) както при изследвания с напречно сечение, така и при надлъжни образни изследвания, за да се оцени полезността на тези Техники за ЯМР за оценка на ARPKDпрогресия на бъбречното заболяванев многоцентрови клинични изпитвания.

В заключение, това предклинично и първоначално клинично проучване предполага, че картографирането на бъбрек Т1 и Т2 на основата на ЯМР може да се използва като неинвазивна оценка на образната диагностика на ARPKDбъбречно заболяванеПрогресия. Бъдещите надлъжни ЯМР / MrF проучвания при пациенти с ARPKD допълнително ще оценят чувствителността, спецификата и възпроизводимостта на тези Техники за ЯМР за откриване и етап на ARPKDбъбречно заболяване.Ако са успешни, тези неинвазивни, количествени техники за ЯМР в крайна сметка биха могли да се използват като изходна мярка за клинични изпитвания, оценяващи романови терапевтични средства, насочени към ограничаване или предотвратяване наARPKD бъбречна болест прогресия.

намали чувствителността на пениса с цистанш