使用pH和灌注成像的慢性肾病(CKD)的非侵袭监测

使用pH和灌注成像的慢性肾病(CKD)的非侵袭监测
逐个像素B0的逐个像素B0型Inhomeneity计算(B0)RD(常规饮食)和HP(高蛋白质)饮食小鼠的地图。使用Wassr(水饱和转移参考)生成MRI数据采集的实验,使用0.5RF(射频)饱和功率和42个偏移在+1.5ppm和-1.5ppm之间进行的MRI数据采集进行。图像中提到了水频率和标准偏差的平均频移。(a),(b)对照(mut +/-)和突变体(mut - / - )小鼠常规饮食喂养。(c),(d)mut +/-和mut - / - 饲喂高蛋白质饮食的小鼠。信贷:科学推进,DOI:10.1126 / SCIADV.AAW8357

慢性肾病(CKD)是继承的代谢障碍等特征,如甲基甘油酸酐(MMA),这可能导致生长受损和低代谢活动,以延缓肾病的诊断和管理。在新的报告中现已发布科学推进美国放射学、放射科学、脑功能成像、代谢遗传学和儿科学跨学科部门的KowsalyaDevi Pavuluri及其同事设计了一种监测肾功能的替代策略。bob电竞该研究小组的研究方案基于给药pH敏感的MRI制剂来评估MMA小鼠模型的疾病进展。该研究成功地促进了使用MRI早期检测和监测CKD。

有机酸度是由氨基酸代谢的干扰引起的一组罕见的天生代谢误差,导致组织和液体中有毒有机酸的大,异常累积 - 包括尿液。集体,这组成本的新陈代谢误差会导致婴儿期和童年的显着发病率和死亡率。结果,现在在新生儿面板中常规筛查这些疾病以进行早期诊断和治疗。科学家建立了基因淘汰和组织特异性MMA的转基因小鼠模型在研究中类似于人类疾病,由于其严重性和普遍性。虽然早期发现和治疗提高了MMA的预期寿命和临床病程,患者仍然处于危险之中慢性肾病和肾衰竭等慢性并发症。

肾功能可采用标准指标测定肾小球滤过率(GFR),自以来直接测量GFR(MGFR)是侵入性的和繁琐的。作为MGFR的替代方案,临床医生也经常估计GFR(EGFR)使用肌酐和/或半胱氨酸蛋白酶抑制物c。然而,肾脏疾病的血清生物标记物的常规计算严重改变增长障碍和蛋白质限制而eGFR仅适用于患有无症状肾病。检测早期CKD的替代方法的发展在促进相关的合并症的同时仍在发展,该技术还必须能够及时计划进行阅览室或肾置换疗法,包括移植到特定的患者群体。

使用pH和灌注成像的慢性肾病(CKD)的非侵袭监测
使用IOPamidol在人血清中的体外校准图和pH图。(a)具有突出的可交换质子的IOPamidol的结构,其在4.2和5.5ppm的相对浓度为2:1的情况下产生CEST对比度。(b)在ω1=4μT的血清中的IOpamidol的CEST Z-Spectra,对于pH = 5.3,6.1,6.5,6.9和7.3。(c)用于在体外和体内pH计算的校准图;通过pH = p1×(st比)3 + p2×(st比)2 + p3×(st比)1 + p4给出不同pH值下的实验ST比的变化比例,p1 = -0.01174,p2 = 0.1653,p3 = -0.927和p4 = 7.598。适用的根均方误差为0.0714,适用于5.5至7.3的pH值。(d)Iopamidol-血清幻影的pH图。在地图中,不准确地确定5.5以下的pH值。(e)误差条图,其表示MRI pH测量中的精度与Iopamidol-血清幻影的电极pH值相比。 Error bars (blue) were obtained by calculating the mean SD in pH over a region of interest (ROI) drawn enclosing the entire tube in the phantom. Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aaw8357

因此,研究团队热衷于开发新工具来检测肾病,以满足MMA和CKD种群的需求。例如,磁共振成像(MRI)可以产生具有精美软组织对比的高分辨率图像检测肾脏病理学。研究人员也有令人印象深刻的测量功能信息在肾脏间隙或使用MR造影剂期间的肾小球计数绘画。大多数研究人员都用它来创建pH值图像磁共振成像(CEST)作为卓越技术。该技术可以通过在不稳定(不稳定)质子上施加饱和脉冲来破坏它们的磁化并通过化学交换将信号损失转移到水中来检测低浓度的造影剂。由此产生的化学换档依赖性是能够区分代理的重要特征多色的或者多频MRI。对于pH值成像研究,Iopamidol是一种优异的pH探针在以前的研究中使用和证实。

在目前的工作中,Pavuluri等人使用CEST MRI对MMA小鼠模型的肾脏进行功能成像,并研究CKD的进展。他们设计了一种高效的CEST MRI方案来研究一种非离子型造影剂IOPAMIDOL.产生肾脏的灌注和pH图。研究团队设想新方法将确定MGFR(GFR直接测量)作为诊断和监测CKD的有用技术。该团队首先测试了IOPamidol的pH敏感性,并评估了一系列pH值的pH映射方案,然后测试了最适合血清的额外射频(RF)饱和功率。使用在工作中开发的多频性pH映射方案,研究人员测量了7.3和5.7之间的pH值,适用于实时成像动物研究。

使用pH和灌注成像的慢性肾病(CKD)的非侵袭监测
对造影剂吸收的四种不同的MMA小鼠。(a)与RD mut +/-和Rd mut - / - 小鼠的平均Iopamidol吸收。RD mut +/-小鼠显示比RD mut - / - 小鼠[> 12%(n = 4)]更高摄取造影剂[> 25%(n = 5)]。(b)HP mut +/-和HP mut - / - 小鼠的平均IOPamidol吸收。与RD mut +/-小鼠类似,HP mut +/-小鼠观察到25%对比度。HP mut - / - 小鼠呈现最低造影[〜4%(n = 3)],表明这些小鼠的最低Iopamidol吸收具有更晚期的肾脏疾病。(C和D)RD mut +/-和RD mut - / - 小鼠的相应时间平均最大对比度图像。(E和F)HP mut +/-和HP mut / - 小鼠的最大对比度图像。科学推进,DOI:10.1126 / SCIADV.AAW8357

随后,他们开发了一种体内CEST MRI协议来研究aMMA的鼠标模型携带突变(mut- / -),并在四组同为对照组的幼崽中显示不同程度的肾脏疾病(mut+/-)。前面的研究工作表明,暴露于高蛋白饮食导致突变动物中与CKD相关的生物标志物的大量升高。该研究团队向动物施用IOPAMIDOL并获得CEST MRI数据,并观察到对照小鼠中最强的对比和突变小鼠在高蛋白质饮食中的最弱对比。因此,IOPAMIDOL摄取的结果可以在早期疾病进展期间区分组。

使用pH和灌注成像的慢性肾病(CKD)的非侵袭监测
在体内过滤级分(FF)结果对于MMA小鼠。(a)通过采用10个图像的时间平均ff来计算FF。FF定义为具有> 20%的最大对比度的肾比子像素的百分比,并且通过比较所用的10个时间点来计算FF中的SD。RD和HP mut +/-控制显示FF〜100%(n = 5),而HP mut - / - 小鼠显示最低的FF,表明FF可能是检测肾病的CEST MRI度量。灌注图中的蓝色,绿色和红色分别用于表示Mut +/-,RD mut / - 和HP mut - / - 小鼠。FF的减少根据小鼠的重量减少,这是这些小鼠的疾病进展的二次指标。在小鼠的重量和r = 0.86(对于所有小鼠组)和r = 0.9(仅考虑RD和HP mut - / - 小鼠)之间观察到线性相关性。(B和C)RD小鼠的时间平均FF图像。(d和e)HP小鼠的时间平均FF图像。RD mut - / - 小鼠(n = 4)与RD mut +/-对照有较低的FF,但比HP mut - / - 小鼠(n = 3)更高。 Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aaw8357

研究团队通过用IOPamidol试验成像与IOPamidol以检测肾脏疾病,将灌注结果和过滤分数(FF;灌注度量)进行了两组MMA小鼠。对常规饮食和高蛋白质饮食的控制动物模型显示FF> 98%,而具有中度肾脏疾病的动物模型显示出IOPamidol灌注(FF,〜79%)的中等减少。此外,具有严重肾脏疾病的动物模型显示出IOPamidol灌注(FF,〜50%)的大幅降低。

建立MRI协议的适用性,Pavuluri等。使用CEST MRI数据获得四组小鼠的pH图。常规饮食和高蛋白质饮食喂养对照小鼠在整个肾脏切片上显示6.50的均匀pH值。在常规饮食上的对比突变小鼠展示了较低的平均pH(〜6.1)和突变小鼠pH值略低(〜6.0)。体内成像数据也与研究中获得的动物的血液工作和重量一致。

使用pH和灌注成像的慢性肾病(CKD)的非侵袭监测
在Vivo pH pH结果中,两组小鼠维持在RD和HP饮食中。(a)针对两个代表性Rd mut +/-和两个代表性的Rd mut - / - 小鼠计算的pH直方图。对于mut +/-小鼠(n = 5),超过80%的检测像素显示pH = 6.50,而对于RD mut - / - 小鼠(n = 4),观察到> 20的酸性pH为6.05至6.32肾脏像素的百分比。(B和C)这些RD mut +/-和Rd mut - / - 小鼠的时间平均pH图。对于RD MUT的平均pH降至6.05至6.32 - / - 与RD mut +/-控制相比6.50。与RD mut +/-小鼠的±0.02和±0.01 pH单位相比,RD mut - / - 小鼠的pH值为±0.06和±0.09 pH单位。(d)针对两个代表性HP mut +/-小鼠计算的pH直方图和两个代表性的HP mut / - 小鼠。对于HP mut +/-小鼠,超过80%的检测像素显示平均pH为6.50,而对于HP mut - / - 小鼠(n = 3),观察到酸性平均pH值为6.10至5.83。(e和f)HP小鼠的mut +/-和mut - / - HP小鼠的时间平均pH图像。对于最严重的患病小鼠,pH值进一步降至5.83。 The pH was distributed over a narrow range of 6.50 ± 0.02 for both RD and HP Mut+/− mice, while this range significantly increased to ±0.30 and ±0.46 along with a decrease in mean pH for HP Mut−/− mice. Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aaw8357

通过这种方式,KowsalyaDevi Pavuluri和他的同事开发了一种新的基于碘帕米多给药的CEST MRI方案,以测试灌注和检测显示肾功能不同阶段的小鼠的pH值变化。研究团队使用过滤分数(FF)作为灌注的度量,以估计通过肾脏的异帕咪多灌注,因为测量它所需的最小模型。基于这些结果,Pavuluri等人确定新的CEST MRI方案是及时评估疾病进展的一项有前途的技术。该方法促进了肾脏疾病动物模型中的治疗反应,有可能在类似MMA的疾病患者中立即转化。


进一步探索

肾损伤的性别差异

更多信息:Devi Pavuluri等。使用pH与灌注成像的慢性肾疾病的非侵袭监测,科学推进(2019)。DOI:10.1126 / sciadv.aaw8357

I. Manoli等人。靶向近端小管线粒体功能障碍衰减甲基醛酸的肾病,国家科学院的诉讼程序(2013)。DOI: 10.1073 / pnas.1302764110

FriederikeHörster等人。甲基甘露出核的长期结果受到缺陷的影响(mut0,mut-,cbla,cblb),儿科研究(2007)。DOI:10.1203 / PDR.0B013E3180A0325F

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引文:使用pH值和灌注成像对慢性肾脏疾病(CKD)进行无创监测(2019年8月27日),2021年5月21日从//www.pyrotek-europe.com/news/2019-08-noninvasive-chronic-kidney-disease-ckd.html检索
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