Multi-parametrické MRI progresie ochorenia obličiek pri autozomálnom recesívnom polycystickom ochorení obličiek (ARPKD): Model myši a počiatočné výsledky pacientov

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

ZAVEDENIE

Autozomálna recesívna polycystika ochorenie obličiek(ARPKD) je zriedkavá, ale potenciálne smrteľná a rýchlo postupujúca genetická porucha, ktorá postihuje približne 1/20 000 detí (1,2).ARPKDzvyčajne sa vyznačuje difúznymi renálnymi mikrocystami spôsobenými dilatáciami zberných tubulov (2). ARPKDprogresia ochorenia obličiekVedie k poklesu funkcie obličiek v ranom veku. 70% pacientov sARPKDktoré prežijú novorodenecké obdobie (3), 40% postup do konečného štádiarenálnychoroba (ESRD) do 15 rokov veku (1,3). Dôležité je, že v súčasnosti neexistujú žiadne terapie špecifické pre choroby pre pacientov sARPKDokrem transplantácie a dialýzy obličiek (1,2,4). Výsledkom je klinický manažment chronickejochorenie obličiek(CKD) a jej komplikácie zostávajú primárnou možnosťou liečby pre pacientov sARPKD(1,2,4).

V poslednej dobe sa ukázalo, že niekoľko nových terapií zlepšujeochorenie obličiekv zvieracích modelochARPKDa ďalšie súvisiace ciliopatie (1,5 –9). Hlavnou prekážkou pre implementáciu klinických štúdií u pacientov s ARPKD je však absencia citlivých opatrení ARPKDprogresia ochorenia obličieka / alebo terapeutická účinnosť (1,4). Bohužiaľ, kreatinín v sére sa prirodzene zvyšuje s vekom u detí (10,11). Okrem toho je eGFR relatívne necitlivý, najmä pri ochorení v ranom štádiu, a nemusí presne odrážať závažnosť poškodenia obličiek (10,11). Okrem toho pri mnohých zriedkavých chorobách, ako jeARPKD, dochádza k významnej variabilite miery poklesu GFR v priebehu času. Predchádzajúca štúdia skúmajúcaprogresia ochorenia obličieku pacientov s ARPKD sa zistilo, že miera poklesu GFR bola relatívne mierna a tiež veľmi premenlivá v celej populácii pacientov (priemer 6% / rok, rozsah 1 - 10% / rok) (12). Preto existuje klinická potreba vyvinúť bezpečné a citlivé opatrenie preprogresia ochorenia obličieka nakoniec terapeutická účinnosť pre pacientov sARPKD.

Zníženie citlivosti penisuscistanche bylinné extrakty produkty

Magnetická rezonancia (MRI) môže byť použitá na poskytovanie obrazov obličiek s vysokým rozlíšením u pacientov aj zvieracích modelov. Dôležité je, že MRI je schopná poskytnúť obrázky s rôznymi kontrastmi mäkkých tkanív, ktoré nevyžadujú žiadne ionizujúce žiarenie alebo injekčnú kontrastnú látku (13). Mri hodnotenia celkového objemu obličiek (TKV) už boli stanovené ako marker preprogresia ochorenia obličieku pacientov s autozomálnym dominantným PKD (ADPKD). Bohužiaľ, na rozdiel od ADPKD, TKV pre pacientov sARPKDnie je spoľahlivým ukazovateľom ochorenia, pretože veľkosť obličiek sa časom stabilizuje ako normálnerenálnyparenchým sa nahrádza mikrocystami (1,14). V poslednom desaťročí sa kvantitatívne techniky MRI, ako je difúzna MRI, arteriálne spinové označenie (ASL) a MRI relaxometria (t. j. mapovanie T1 a T2), používajú na neinvazívne posúdenie zmien v renálnej mikroštruktúre, okysličovaní, perfúzii a zložení tkanív pre rôzne akútne a chronické zloženie tkanív.ochorenia obličiek.Väčšina týchto kvantitatívnych techník MRI však nebola dôkladne hodnotená ani u zvieracích modelov, ani u pacientov sARPKD(1,15–19). V našej počiatočnej práci v PCK potkanom modeli ARPKD sme preukázali, že MRI vážené T2 spoľahlivo meralirenálnycystická záťaž s postupujúcou cystickouochorenie obličiek(1) Cysticképrogresia ochorenia obličiekU potkana PCK je prevažnerenálnymakrocysty. Tieto makrocysty sú v ostrom kontraste s difúznymi renálnymi mikrocystami typickými pre ľudí v ARPKD.ochorenie obličiek. Preto sme sa v súčasnej štúdii snažili vyhodnotiť schopnosť MRI T1 a T2 posúdiť progresiu obličiek v obličkách ex vivo z modelu myši bpk, ktorý vykazuje difúznerenálnyCysty v súlade s človekomARPKD ochorenie obličiek,(9,20 – 22) s celkovou hypotézou, že mapy MRI obličiek T1 a T2 by poskytli citlivé hodnotenie cystických zmien spojených s progresívnym ARPKDochorenie obličiek. V druhej fáze tejto štúdie sme získali počiatočné hodnotenie obličiek in vivo T1 a T2 u pacienta sARPKDa zdravý dobrovoľník na porovnanie s predklinickými nálezmi pomocou novej technológie magnetickej rezonancie Odtlačky prstov (MRF).

Kľúčové slová:Ochorenie obličiek,renálny, Autozomálne recesívne polycystické ochorenie obličiek, ARPKD, funkcia obličiek, progresia ochorenia obličiek

METÓDY

Predklinické hodnotenia MRI

Zvieracie modely –Všetky štúdie boli vykonané v súlade so schválenými protokolmi výboru pre starostlivosť o inštitucionálnu starostlivosť o zvieratá a použitie na clevelandskej klinike a Case Western Reserve University. Mláďatá myší bpk boli utratené vo veku 8 (n = 5), 14 (n = 5) a 18 (n = 3) dňoch exsanguináciou a obličky boli vyrezané a fixované v metanole. Obličky z heterozygotných vekovo zhodných vrhačov boli tiež získané ako kontroly (8 (n = 3), 14 (n = 4) a 18 (n = 5) dní veku).

Akvizície MRI –Predklinické mri experimenty boli vykonané na skeneri MRI malých zvierat 7.0 T Bruker Biospec (Bruker, Inc., Billerica, MA). Ľavá aj pravá vyrezaná oblička z každého zvieraťa boli skenované v odstredivkových trubiciach naplnených metanolom. Každá vzorka obličky bola umiestnená s obličkou v izocentre v 35 mm valcovej prenosovej / prijímacej objemovej cievke, aby sa zabezpečila rovnomerná rádiofrekvenčná excitácia. Axiálne T2- vážené obrázky boli získané multi-echo spin-echo akvizíciou na umiestnenie plátkov pre kvantitatívne MRI skenovanie. Pre každú myšaciu obličku sa potom získali koronálne mapy T1 a T2 s vysokým rozlíšením. Údaje T1 boli získané pomocou konvenčného spin-echo získavania s viacerými opakovaniami (TR = 10 000 ms, 5 000 ms, 2 000 ms, 1 000 ms, 500 ms a 300 ms) (23). Ďalšie zobrazovacie parametre T1 boli: čas ozveny (TE) = 10,4 ms, hrúbka plátku (TH) = 1,0 mm, 12 plátkov, zorné pole (FOV) = 35 × 35 mm, rozlíšenie v rovine = 0,273 × 0,273 mm/pixel, počet priemerov signálu (NSA) = 1. Celkový čas akvizície pre meranie T1 bol 39 minút a 54 sekúnd. Údaje T2 boli získané s multi-echo spin-echo-echo (12 ozveny, TE = 52 ms, 63 ms, 73 ms, 83 ms, 94 ms, 104 ms, 115 ms, 125 ms, 136 ms, 146 ms, 157 ms a 167 ms) (24). Podrobné zobrazovacie parametre T2 boli: TR = 2 000 ms, TH = 1,0 mm, 12 plátkov, FOV = 35 × 35 mm, rozlíšenie v rovine = 0,273 × 0,273 mm/pixel. Celkový čas akvizície pre hodnotenie T2 bol 17 minút a 4 sekundy.

Po ukončení predklinických MRI vyšetrení boli reprezentatívne obličky od 8-dňového a 18-dňového bpk a vekovo zladené wt vrhmates vložené parafínom. Päťkrónové úseky sústredené narenálnyhilum bol získaný a zafarbený hematoxylínom a eozínom (H&E). Sekcie boli vizualizované svetelnou mikroskopiou (2x zväčšenie) a obrázkami zachytenými pomocou pripojeného digitálneho fotoaparátu a importovanými do Adobe Photoshopu®.

Obrazová a štatistická analýza –Údaje ex vivo MRI boli exportované na offline analýzu v Matlabe (The Mathworks, Natick, MA). Kvantitatívne mapy T1 a T2 boli získané lineárnym najmenej štvorcovým chybovým zapadnutím zobrazovacích údajov do zavedených monoexponentálnych modelov pre magnetickú relaxáciu (23,25,26). Výsledné záchvaty boli vizuálne skontrolované, aby sa zabezpečila linearita údajov. Na každom zobrazovacom výseku sa vykonala manuálna analýza oblasti záujmu (ROI), aby sa vypočítali priemerné a štandardné odchýlky pre údaje T1 a T2 pre každý rez obličiek. Počet obličkových voxelov v každom zobrazovacom plátku sa použil na získanie vážených priemerných hodnôt nad súborom zobrazovacích plátkov. Priemer ľavej a pravej obličky z každého zvieraťa bol dokončený. Celkový objem každej obličky bol vypočítaný aj z analýzy ROI snímok vážených T2.

Priemerné hodnoty obličiek T1 a T2 pre bpk a kontrolné myši boli porovnané naprieč kmeňom a vekom myší pomocou nepárových študentských t-testov. Pearsonove korelácie boli použité na určenie vzťahov medzi priemernými hodnotami T1 a T2 s objemom obličiek. Dvojchvostá pravdepodobnosť 0,05 (α) bola použitá na testovanie významnosti.

Mri vyšetrenie ľudských obličiekVšetky štúdie zobrazovania na ľuďoch boli vykonané v súlade so schválenými protokolmi Inštitucionálnej revíznej komisie (IRB) na clevelandskej klinike a univerzitných nemocniciach - Cleveland Medical Center. Pre túto počiatočnú štúdiu sme prijali jedného adolescentného pacienta s ARPKD a jedného mladého dospelého dobrovoľníckeho subjektu (vek = 18). Štúdie MRI na ľuďoch boli vykonané pomocou skenera SIEMENS Skyra 3.0 Tesla MRI (Siemens Healthineers, Erlangen, Nemecko).

Experimenty MRI ľudských obličiek - Každý subjekt bol skenovaný v polohe na chrbte pomocou zvitkov prijímača telového poľa a chrbtice, aby sa zabezpečila jednotná kvalita obrazu nad obličkami subjektu. Počiatočné lokalizačné snímky HASTE (Half-Fourier Acquisition Single-shot Turbo spin Echo) boli získané počas inštruovaného dychového zadržania vo všetkých troch zobrazovacích rovinách, aby sa získali anatomické obrázky ľavej aj pravej obličky pre presné umiestnenie plátkov v neskorších akvizíciách. Údaje o MRI T1 a T2 pre každú obličku sa potom získali pre každú obličku pomocou rýchleho získavania odtlačkov prstov magnetickou rezonanciou (MRF). Metóda preukázaná Chen, Y. a kol. bola prispôsobená na použitie v bruchu s nasledujúcimi parametrami: TR = 5,74 ms, TE = 1,00 ms, rozsah uhla prevrátenia = 5 – 12°, TH = 6,0 mm, zorné pole (FOV) = 400 × 400 mm, rozlíšenie v rovine = 1,3 × 1,3 mm/pixel, 1728 MRF snímky, čas získavania = 15 sekúnd (27). Výsledkom každej akvizície MRF bola spoluregistrovaná spoločnosť T1 a

Mapy T2 pre jeden zobrazovací plátok (27). Každý zobrazovací plátok MRF bol umiestnený rovnobežne s dlhou osou každej obličky. Tri šikmé koronálne MRF snímky boli získané pre ľavú aj pravú obličku.

Ľudský obraz a štatistická analýza -Ľudský obraz a štatistická analýza - ľudské mri údaje boli exportované na offline analýzu v Matlabe (The Mathworks, Natick, MA). Kvantitatívne mapy T1 a T2 pre akvizície MRF boli získané voxel-wise zodpovedajúce získaným profilom MRF obrazovým profilom so slovníkom MRF, ako je opísané predtým (27,28). Pre tieto štúdie na ľuďoch neboli dokončené žiadne ďalšie štatistické výpočty.

VÝSLEDKY

Reprezentatívne mapyrenálnyRelaxačné časy T1 a T2, ako aj sekcie zafarbené H & E pre 18-dňovú myš bpk (A, B, C), 8-dňovú myš bpk (D, E, F) a 18-dňovú myš WT (G, H, I), sú znázornené na obrázku 1. Všimnite si difúznu cystickú architektúru, ako aj zvýšenú cystickú záťaž a objem obličiek pre obličky bpk. Obličky z myší bpk tiež vykazujú viditeľné zvýšenierenálnyHodnoty MRI T1 a T2 medzi 8 dňami a 18 dňami veku, ako sa očakávalo v dôsledku cystického ochorenia.progresia ochorenia obličiek.

Priemerné hodnoty obličiek T1 a T2 pre každú vekovú skupinu pre myši bpk aj divokého typu vykresľované ako funkcia veku sú znázornené na obrázku 2. Priemerné hodnoty T1 a T2 pre bpk obličky boli výrazne zvýšené v porovnaní s obličkami WT vo všetkých časových bodoch vzhľadom na vek (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). Histogramy zobrazujúce voxel-wise kompiláciu hodnôt obličiek T1 a T2 pre kontrolné myši BPK a WT ako funkciu veku sú znázornené na doplnkovom obrázku 1.

Priemerné hodnoty obličiek T1 a T2 pre myši bpk a kontrolné myši WT sú tiež zakreslené ako funkcia celkového objemu obličiek (obrázok 3 A, B). Ako sa očakávalo, hodnoty T1 a T2 pre bpk obličky sa zvyšovali so zvyšujúcim sa objemom obličiek. Priemerné hodnoty obličkového T1 pre myši bpk (n=13) viedli k významnej lineárnej korelácii s celkovým objemom obličiek (R = 0,60, p = 0,030). Priemerné hodnoty T2 obličiek smerovali k významnej korelácii s celkovým objemom obličiek (T2: R = 0, 55, p = 0, 054). Neboli pozorované žiadne významné korelácie medzi metrikami MRI a celkovým objemom obličiek pre obličky WT.

Počiatočné mapy T1 a T2 pre zdravého mladého dospelého dobrovoľníka aj adolescentného pacienta s ARPKD sú znázornené na obrázku 4. Všimnite si zrejmú difúznu cystickú architektúru, ako aj zjavné zvýšenie veľkosti obličiek pacienta s ARPKD. Obličky pacienta s ARPKD vykazujú viditeľné zvýšenie T1 a T2 v porovnaní s obličkami zdravého dobrovoľníka. Celkovo tieto počiatočné ľudské MRI hodnotenia pre ARPKDochorenie obličieksú v súlade s predklinickými zobrazovacími nálezmi na obrázkoch 1 – 3.

DISKUSIA

V tejto štúdii sme vyhodnotili schopnosť kvantitatívnych techník MRI posúdiť cystickú záťaž v ARPKDochorenie obličiek. Hodnotili sme najmä schopnosť stredného MRI obličiek T1 a T2 kvantifikovať cysticképrogresia ochorenia obličiekv dobre zavedenom zvieracom modeli ARPKD, ktorý vykazuje postupne sa zvyšujúcu difúznurenálnymikrocystov. Vykonali sme tiež počiatočné štúdie proof-of-concept na pacientovi s ARPKD a zdravom dobrovoľníkovi. Stredná oblička T1 a T2 pre bpk obličky sa výrazne zvýšila s vekom konzistentným s histológiou a bola výrazne vyššia ako u obličiek WT (obrázky 1 a 2). Okrem toho obe tieto metriky MRI vykazovali významné (T1) alebo takmer významné korelácie (T2) s celkovým objemom obličiek (obrázok 3). Najdôležitejšie je, že počiatočné výsledky MRI u ľudí boli v súlade s týmito predklinickými hodnoteniami MRI (obrázok 4). Preto, zatiaľ čo ďalšie longitudinálne zobrazovacie štúdie u pacientov s ARPKD sa budú musieť vykonať, aby sa dôkladnejšie vyhodnotila citlivosť a špecifickosť týchto techník MRI v porovnaní s konvenčnými klinickými meraniami funkcie obličiek (napr. kreatinín v sére), tieto predklinické a počiatočné klinické výsledky MRI naznačujú, že MRI T1 a T2 by sa mohli použiť na posúdenie cystickej progresie obličiek u pacientov sARPKD.

Metódy MRI použité v tejto štúdii majú množstvo výhod pre prípadné štúdie u pacientov sARPKD. Po prvé, tieto techniky MRI sú neinvazívne a nevyžadujú žiadne injekčné kontrastné činidlo MRI, vďaka čomu sú tieto metódy bezpečné pre dlhodobé štúdie pediatrických a dospelých pacientov s pokročilýmochorenie obličiek(13) Po druhé, tieto metódy MRI sú kvantitatívne, a preto poskytujú objektívne výsledné opatrenie, ktoré by sa mohlo použiť v budúcich klinických štúdiách. Po tretie, klinické techniky MRF, ktoré sa tu používajú, vyžadujú veľmi krátke časy získavania (~ 15 sekúnd), čo vedie k zníženiu artefaktov dýchacieho pohybu, čo potenciálne eliminuje potrebu hlbokej sedácie alebo celkovej anestézie pre detských pacientov. Po štvrté, techniky MRI T1 a T2 sú k dispozícii prakticky na všetkých moderných ľudských mri skeneroch. Napríklad hodnotenia MRI T1 boli použité v mnohých štúdiách MRI srdca, pľúc, pečene a iných orgánov (29-35). Tieto metódy by sa preto mohli rýchlo implementovať do multicentrických klinických štúdií s cieľom vyhodnotiť nové terapie pre ARPKD.

Akvizícia MRF použitá na získanie počiatočných máp ľudských obličiek T1 a T2 zobrazených na obrázku 4 tiež poskytuje viaceré výhody pre budúceho človeka.ARPKDŠtúdie. Táto metodika bola pôvodne opísaná v roku 2013 a používa rýchle a priori variácie v parametroch získavania MRI (napr. excitačný uhol) na vytvorenie profilov vývoja signálu MRF špecifických pre tkanivo. Tieto profily sú potom spárované s najvhodnejším profilom vývoja teoretického signálu v slovníku MRF, aby sa získali simultánne odhady relaxačných časov T1 a T2 pre každý obrazový voxel. Viaceré štúdie predtým ukázali, že MRF je vo svojej podstate rezistentné voči pohybovým artefaktom a vedie k presnému a reprodukovateľnému hodnoteniu relaxačných časov T1 a T2 pre aplikácie zobrazovania mozgu, obličiek, pečene a prostaty (27,36-39). Pre implementáciu MRF, ktorá sa tu používa, sme použili akvizíciu MRF s nízkym uhlom špičky, ktorá poskytuje presné odhady T1 a T2 bez potreby ďalších skenov na kompenzáciu heterogenít B1 (27,38). Dolné uhly hrotu tiež obmedzujú ukladanie rádiofrekvenčnej energie na objekt. Keďže táto akvizícia MRF bola dokončená v jedinom 15-sekundovom dychu pre každý zobrazovací plátok, relaxačné časové mapy T1 a T2 boli bez artefaktov dýchacieho pohybu. Tieto hodnotenia MRI T1 a T2 sa môžu kombinovať aj srenálnyhodnotenia perfúzie alebo iné zobrazovacie metodiky na dôkladnejšiu charakteristiku ARPKDprogresia ochorenia obličiek(34).

Zatiaľ čo tieto predklinické a počiatočné klinické štúdie MRI ukazujú sľubné použitie kvantitatívnych metód MRI na posúdenie ARPKDprogresia ochorenia obličiekTáto štúdia má tiež niekoľko dôležitých obmedzení. Hlavným obmedzením predklinickej časti tejto štúdie je, že obličky bpk a WT boli skenované ex vivo. Je dobre známe, že prietok krvi môže výrazne zmeniť hodnoty obličiek in vivo T1 a T2 (40). Ako taký, pridanierenálnysignál MRI krvi by pravdepodobne zmenil priemerné hodnoty obličiek T1 a T2 pre myši bpk aj WT. Avšak, zatiaľ čo absolútne hodnoty pre ex vivo obličky T1 a T2 krát sa môžu trochu líšiť od hodnôt in vivo, rozdiely v hodnotách T1 a T2 medzi myšami bpk a WT, ako aj zmeny hodnôt obličiek T1 a T2 s vekom zostávajú významné. Ďalej, ako dlhodobým cieľom tejto štúdie je vyvinúť MRI markery cystickýchprogresia ochorenia obličieku pacientov sARPKD, tento zobrazovací prístup ex vivo umožňuje, aby sa tieto techniky MRI T1 a T2 spočiatku vyhodnocovali vo veľmi kontrolovanom prostredí s obmedzeným vplyvom na známe premenné, ako je stav hydratácie, srdcový výkon a pohyb dýchacích ciest, ktoré môžu spôsobiť zmätok s informáciami o cystickom ochorení v údajoch MRI. Skenovanie týchto obličiek ex vivo tiež umožňuje získať viaceré parametre MRI (T1 a T2) s veľmi vysokým rozlíšením a presnosťou. Konvenčné metódy spin-echo používané v tejto štúdii na generovanie máp ex vivo T1 a T2 pre obličky bpk a WT preto vyžadujú významné akvizičné časy (celkový čas skenovania = ~ 1 hodina), ktoré nie sú praktické pre štúdie in vivo na myšiach bpk s pokročilýmochorenie obličiek.

V konečnom dôsledku sú tieto predklinické výsledky MRI ex vivo v súlade s histológiou (obrázok 1), ako aj s počiatočnými hodnoteniami mri mri ľudí in vivo (obrázok 4). Tieto zistenia ex vivo MRI ako také pomáhajú podporiť názor, že hodnotenia MRI T1 a T2 môžu byť užitočné na posúdenie ARPKDprogresia ochorenia obličieku pacientov.

Hlavným obmedzením klinických štúdií MRI je malá veľkosť vzorky. Zatiaľ čo ďalšie vyšetrenia pacientov sú určite potrebné, tieto štúdie ľudského zobrazovania potvrdzujú, že získanie máp vysokého rozlíšenia, kvantitatívnych máp obličiek T1 a T2 MRI v praktickom časovom rámci bez sedácie u detského pacienta je uskutočniteľné. Najdôležitejšie je, že tieto a všetky ostatné metriky MRI sa budú musieť porovnať s konvenčnými opatreniamirenálna funkcia(napr. sérový kreatinín a albumín) v prierezových aj pozdĺžnych zobrazovacích štúdiách s cieľom vyhodnotiť užitočnosť týchto techník MRI na posúdenie ARPKDprogresia ochorenia obličiekv multicentrických klinických štúdiách.

Na záver, táto predklinická a počiatočná klinická štúdia naznačuje, že mapovanie obličiek T1 a T2 na báze MRI by sa mohlo použiť ako neinvazívne zobrazovacie hodnotenie ARPKDochorenie obličiekprogresia. Budúce dlhodobé štúdie MRI / MRF u pacientov s ARPKD ďalej vyhodnotia citlivosť, špecifickosť a reprodukovateľnosť týchto techník MRI na detekciu a štádium ARPKDochorenie obličiek.V prípade úspechu by sa tieto neinvazívne kvantitatívne techniky MRI mohli nakoniec použiť ako výsledné opatrenie pre klinické štúdie hodnotiace nové liečebné postupy zamerané na obmedzenie alebo prevenciu.Progresia ochorenia obličiek ARPKD.

znížiť citlivosť penisu s cistanche