Večparametrični MRI napredovanja ledvične bolezni za avtosomno recesivno policistično ledvično bolezen (ARPKD): mišji model in začetni rezultati pri bolnikih

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

UVOD

Avtosomno recesivni policistični bolezni ledvic(ARPKD) je redka, vendar potencialno smrtonosna in hitro napredujoča genetska bolezen, ki prizadene približno 1/20,000 otrok (1,2).ARPKDznačilno zanj so difuzne ledvične mikrociste, ki nastanejo zaradi dilatacije zbiralnih tubulov (2). ARPKDnapredovanje bolezni ledvicpovzroči upad delovanja ledvic že v zgodnji starosti. Od 70 odstotkov bolnikov zARPKDki preživijo neonatalno obdobje (3), 40 odstotkov napreduje v končno fazoledvičnabolezen (ESRD) do 15. leta starosti (1,3). Pomembno je, da za bolnike z boleznijo trenutno ni posebnih terapijARPKDpoleg presaditve ledvice in dialize (1,2,4). Posledično je klinično zdravljenje kroničnebolezni ledvic(CKD) in njenih zapletov ostaja primarna možnost zdravljenja bolnikov sARPKD (1,2,4).

Nedavno je bilo dokazano, da več novih terapij izboljša stanjebolezni ledvicv živalskih modelihARPKDin druge sorodne ciliopatije (1,5–9). Vendar pa je glavna ovira za izvajanje kliničnih preskušanj pri bolnikih z ARPKD odsotnost občutljivih meril ARPKDnapredovanje bolezni ledvicin/ali terapevtska učinkovitost (1,4). Na žalost se serumski kreatinin pri otrocih s starostjo naravno povečuje (10,11). Poleg tega je eGFR razmeroma neobčutljiv, zlasti pri zgodnji fazi bolezni, in morda ne odraža natančno resnosti poškodbe ledvic (10,11). Nadalje pri številnih redkih boleznih, kot je nprARPKD, obstaja velika variabilnost v stopnjah upadanja GFR skozi čas. Predhodni študijski preglednapredovanje bolezni ledvicpri bolnikih z ARPKD ugotovili, da so bile stopnje zmanjšanja GFR razmeroma skromne in tudi zelo spremenljive med populacijo bolnikov (povprečje 6 odstotkov/leto, razpon 1–10 odstotkov/leto) (12). Zato obstaja klinična potreba po razvoju varnega in občutljivega ukrepa zanapredovanje bolezni ledvicin sčasoma terapevtsko učinkovitost pri bolnikih zARPKD.

zmanjšati občutljivost penisazizdelki iz zeliščnih izvlečkov cistanche

Slikanje z magnetno resonanco (MRI) se lahko uporablja za zagotavljanje slik ledvic visoke ločljivosti pri bolnikih in živalskih modelih. Pomembno je, da je MRI sposoben zagotoviti slike z različnimi kontrasti mehkih tkiv, ki ne zahtevajo ionizirajočega sevanja ali injekcijskega kontrastnega sredstva (13). MRI ocene celotnega volumna ledvic (TKV) so že uveljavljene kot marker zanapredovanje bolezni ledvicpri bolnikih z avtosomno dominantno PKD (ADPKD). Na žalost, za razliko od ADPKD, TKV za bolnike zARPKDni zanesljiv pokazatelj bolezni, saj se velikost ledvic sčasoma stabilizira kot normalnaledvičnaparenhim nadomestijo mikrociste (1,14). V zadnjem desetletju so bile kvantitativne tehnike MRI, kot je difuzijska MRI, označevanje arterijskega spina (ASL) in MRI relaksometrija (tj. kartiranje T1 in T2), uporabljene za neinvazivno ocenjevanje sprememb mikrostrukture ledvic, oksigenacije, perfuzije in sestave tkiva. za različne akutne in kroničnebolezni ledvic.Vendar pa večina teh kvantitativnih tehnik MRI ni bila temeljito ovrednotena ne na živalskih modelih ne na bolnikih zARPKD(1,15–19). V našem začetnem delu v modelu ARPKD na podganah PCK smo dokazali, da je T2-utežena MRI zanesljivo izmerjenaledvičnacistično breme z napredujočo cistobolezni ledvic(1). Vendar pa cističnanapredovanje bolezni ledvicpri podganah PCK je pretežnoledvičnamakrociste. Te makrociste so v močnem nasprotju z difuznimi ledvičnimi mikrocistami, značilnimi za ljudi pri ARPKDbolezni ledvic. Zato smo v trenutni študiji skušali ovrednotiti zmožnost MRI T1 in T2 za oceno napredovanja ledvic v ledvicah ex vivo iz mišjega modela bpk, ki kaže difuznoledvičnaciste, skladne s človeškimiARPKD bolezni ledvic,(9,20–22) s splošno hipotezo, da bi zemljevid MRI ledvic T1 in T2 zagotovil občutljive ocene cističnih sprememb, povezanih s progresivno ARPKDbolezni ledvic. V drugi fazi te študije smo dobili začetne ocene T1 in T2 ledvic in vivo pri bolniku zARPKDin zdravega prostovoljca za primerjavo s predkliničnimi ugotovitvami z uporabo nove tehnologije prstnih odtisov z magnetno resonanco (MRF).

Ključne besede:Bolezni ledvic,ledvična, avtosomno recesivna policistična ledvična bolezen, ARPKD, delovanje ledvic, napredovanje ledvične bolezni

METODE

Predklinične ocene MRI

Živalski modeli—Vse študije so bile izvedene v skladu z odobrenimi protokoli odbora za institucionalno oskrbo živali in uporabo na kliniki Cleveland in univerzi Case Western Reserve. Bpk mišje mladiče so evtanazirali pri 8 (n=5), 14 (n=5) in 18 (n=3) dneh z izkrvavitvijo, ledvice pa so bile izrezane in fiksirane v metanol. Ledvice heterozigotnih sorodnikov iz legla enake starosti so bile pridobljene tudi kot kontrole (8 (n=3), 14 (n=4) in 18 (n=5) dni starosti).

Pridobitve MRI—Predklinični poskusi MRI so bili izvedeni na MRI skenerju za male živali 7.0 T Bruker Biospec (Bruker, Inc., Billerica, MA). Tako levo kot desno izrezano ledvico vsake živali smo skenirali v centrifugalnih epruvetah, napolnjenih z metanolom. Vsak vzorec ledvice je bil nameščen z ledvico v izocentru v 35- mm valjasto oddajno/sprejemno prostorninsko tuljavo, da se zagotovi enakomerno radiofrekvenčno vzbujanje. Aksialne T2- utežene slike so bile pridobljene s pridobivanjem spin-echo z več odmevi, da so se rezine postavile za kvantitativno slikanje MRI. Nato so bile za vsako mišjo ledvico pridobljene koronalne karte T1 in T2 z visoko ločljivostjo. Podatki T1 so bili pridobljeni z uporabo običajnega pridobivanja spin-echo z večkratnimi ponovitvenimi časi (TR=10,000 ms, 5,000 ms, 2,000 ms, 1, 000 ms, 500 ms in 3{{60}}0 ms) (23). Dodatni parametri slikanja T1 so bili: čas odmeva (TE)=10.4 ms, debelina rezine (TH)=1.0 mm, 12 rezin, vidno polje (FOV)=35 × 35 mm, ločljivost v ravnini=0.273 × 0,273 mm/piksel, število povprečij signala (NSA)=1. Skupni čas zajemanja za meritev T1 je bil 39 minut in 54 sekund. Podatki T2 so bili pridobljeni s pridobivanjem spin-echo z več odmevi (12 odmevov, TE=52 ms, 63 ms, 73 ms, 83 ms, 94 ms, 104 ms, 115 ms, 125 ms, 136 ms, 146 ms, 157 ms in 167 ms) (24). Podrobni parametri slikanja T2 so bili: TR=2, 000 ms, TH=1.0 mm, 12 rezin, FOV=35 × 35 mm, ločljivost v ravnini {{65 }}.273 × 0,273 mm/piksel. Skupni čas pridobivanja za oceno T2 je bil 17 minut in 4 sekunde.

Po zaključku predkliničnega slikanja z magnetno resonanco so bile reprezentativne ledvice 8- dni starih in 18- dni starih bpk in starostno ujemajočih se WT sorodnikov iz legla vstavljene v parafin. Petmikronski odseki s središčem naledvičnahiluma smo pridobili in obarvali s hematoksilinom in eozinom (H&E). Odseki so bili vizualizirani s svetlobno mikroskopijo (2-kratna povečava), slike pa so bile posnete s priloženim digitalnim fotoaparatom in uvožene v Adobe Photoshop®.

Slika in statistična analiza—Ex vivo MRI podatki so bili izvoženi za analizo brez povezave v Matlabu (The Mathworks, Natick, MA). Kvantitativne karte T1 in T2 so bile pridobljene z vokselsko linearno prilagoditvijo napake najmanjših kvadratov slikovnih podatkov uveljavljenim monoeksponentnim modelom za magnetno relaksacijo (23, 25, 26). Nastalo prileganje je bilo vizualno pregledano, da se zagotovi linearnost podatkov. Na vsaki rezini slikanja je bila izvedena ročna analiza interesne regije (ROI), da se izračuna povprečje in standardni odklon za podatke T1 in T2 za vsako rezino ledvice. Število vokslov ledvic v vsaki slikovni rezini je bilo uporabljeno za pridobitev tehtanih srednjih vrednosti v nizu slikovnih rezin. Dokončano je bilo povprečje leve in desne ledvice vsake živali. Celoten volumen vsake ledvice je bil izračunan tudi iz analize ROI T2-uteženih slik.

Povprečne ledvične vrednosti T1 in T2 za bpk in kontrolne miši so primerjali glede na sev in starost miši z uporabo neparnih Studentovih t-testov. Pearsonove korelacije so bile uporabljene za določitev razmerij med srednjimi vrednostmi T1 in T2 z volumnom ledvic. Za testiranje pomembnosti je bila uporabljena dvostranska verjetnost 0.05 ( ).

MRI ocene človeških ledvicVse študije slikanja ljudi so bile izvedene v skladu z odobrenimi protokoli Institucionalnega nadzornega odbora (IRB) na kliniki Cleveland in univerzitetnih bolnišnicah – Cleveland Medical Center. Za to začetno študijo smo zaposlili enega mladostnika z ARPKD in enega mladega odraslega prostovoljca (starost {{0}}). Študije MRI pri ljudeh so bile izvedene z MRI skenerjem Siemens Skyra 3,0 tesla (Siemens Healthineers, Erlangen, Nemčija).

Eksperimenti z magnetno resonanco človeških ledvic – Vsak subjekt je bil skeniran v ležečem položaju z uporabo telesnih in hrbteničnih sprejemnih tuljav, da se zagotovi enakomerna kakovost slike nad preiskovančevimi ledvicami. Začetne slike lokalizatorja HASTE (Half-Fourier Acquisition Single-shot Turbo spin Echo) so bile pridobljene med zadrževanjem diha po navodilih v vseh treh ravninah slikanja, da bi pridobili anatomske slike leve in desne ledvice za natančno pozicioniranje rezin pri kasnejših pridobitvah. Podatki MRI T1 in T2 za vsako ledvico so bili nato pridobljeni za vsako ledvico z uporabo hitrega pridobivanja prstnih odtisov z magnetno resonanco (MRF). Metoda, kot jo prikazujejo Chen, Y. et al. je bil prilagojen za uporabo v trebuhu z naslednjimi parametri: TR=5.74 ms, TE=1.00 ms, razpon kota obračanja=5–12 stopinj, TH { {11}}.0 mm, vidno polje (FOV)=400 × 400 mm, ločljivost v ravnini=1.3 × 1,3 mm/piksel, 1728 MRF slik, čas zajema=15 sekund (27). Vsaka pridobitev MRF je povzročila soregistriran T1 in

Zemljevidi T2 za posamezno slikovno rezino (27). Vsaka slikovna rezina MRF je bila nameščena vzporedno z dolgo osjo vsake ledvice. Za levo in desno ledvico so bile pridobljene tri poševne koronalne MRF slike.

Človeška podoba in statistična analiza—Človeška slika in statistična analiza – Podatki o človeški MRI so bili izvoženi za analizo brez povezave v Matlabu (The Mathworks, Natick, MA). Kvantitativni zemljevidi T1 in T2 za pridobitve MRF so bili pridobljeni z vokselnim usklajevanjem pridobljenih slikovnih profilov MRF s slovarjem MRF, kot je opisano prej (27, 28). Za te dokazne študije na ljudeh niso bili dokončani nobeni drugi statistični izračuni.

REZULTATI

Reprezentativni zemljevidiledvičnaRelaksacijski časi T1 in T2 ter rezi, obarvani s H&E, za 18-dnevno bpk miško (A, B, C), 8-dnevno staro bpk miško (D, E, F ) in 18-dnevna miška WT (G, H, I) sta prikazani na sliki 1. Upoštevajte difuzno cistično arhitekturo ter povečano cistično breme in volumen ledvic za bpk ledvice. Tudi ledvice miši bpk kažejo vidno povečanjeledvičnaVrednosti MRI T1 in T2 med 8-dnevi starosti in 18-dnevi starosti, kot je pričakovano zaradi cističnenapredovanje bolezni ledvic.

Povprečne vrednosti T1 in T2 ledvic za vsako starostno skupino za miši bpk in miši divjega tipa, prikazane kot funkcija starosti, so prikazane na sliki 2. Povprečne vrednosti T1 in T2 za ledvice bpk so bile znatno povečane v primerjavi z ledvicami WT pri vse časovne točke glede na starost (p < 2="" ×="" 10−10).="" pri="" bpk="" miših="" so="" opazili="" tudi="" znatna="" povečanja="" srednjih="" ledvičnih="" vrednosti="" t1="" in="" t2="" pri="" starejših="" ledvicah="" (t1:="" 8="" v="" primerjavi="" z="" 18="" dnevi,="" p="0.018;" t2:="" 8="" v="" primerjavi="" s="" 14="" dnevi,="" p="" {{="" 18}}.0002="" in="" 8="" v="" primerjavi="" z="" 18="" dnevi,="" p="0.0009)." nasprotno="" pa="" so="" se="" ustrezne="" povprečne="" vrednosti="" ledvic="" za="" miši="" wt="" zmanjšale="" s="" starostjo="" (t1:="" 8="" v="" primerjavi="" z="" 18="" dnevi,="" p="0.03)" ali="" pa="" se="" niso="" bistveno="" spremenile="" (t2:="" vse="" miši="" wt,="" p=""> 0,13) . Histogrami, ki prikazujejo vokselsko kompilacijo vrednosti T1 in T2 ledvic za kontrolne miši bpk in WT kot funkcijo starosti, so prikazani na dodatni sliki 1.

Povprečne vrednosti ledvičnih T1 in T2 za bpk miši in kontrolne miši WT so prav tako prikazane kot funkcija celotnega volumna ledvic (slika 3 A, B). Kot je bilo pričakovano, so se vrednosti T1 in T2 za bpk ledvice zvišale s povečanjem volumna ledvic. Povprečne vrednosti T1 ledvic za miši bpk (n=13) so povzročile pomembno linearno korelacijo s celotnim volumnom ledvic (R=0.60, p=0.030). Povprečne vrednosti ledvičnega T2 so se gibale proti pomembni korelaciji s celotnim volumnom ledvic (T2: R=0.55, p=0.054). Med metrikami MRI in skupnim volumnom ledvic za ledvice WT niso opazili nobenih pomembnih korelacij.

Začetni zemljevidi T1 in T2 za zdravega mladega odraslega prostovoljca in mladostnika z ARPKD so prikazani na sliki 4. Upoštevajte očitno difuzno cistično arhitekturo in očitno povečanje velikosti ledvic bolnika z ARPKD. Ledvice bolnika z ARPKD kažejo vidno povečanje T1 in T2 v primerjavi z ledvicami zdravega prostovoljca. Na splošno te začetne ocene MRI pri ljudeh za ARPKDbolezni ledvicso skladni z ugotovitvami predkliničnega slikanja na slikah 1–3.

DISKUSIJA

V tej študiji smo ovrednotili sposobnost kvantitativnih tehnik MRI za oceno cistične obremenitve pri ARPKDbolezni ledvic. Zlasti smo ovrednotili sposobnost povprečne MRI ledvic T1 in T2 za kvantificiranje cističnenapredovanje bolezni ledvicv dobro uveljavljenem živalskem modelu ARPKD, ki kaže progresivno naraščajočo difuznoledvičnamikrociste. Izvedli smo tudi začetne študije dokazovanja koncepta na bolniku z ARPKD in zdravem prostovoljcu. Povprečna ledvična T1 in T2 za ledvice bpk sta se znatno povečala s starostjo v skladu s histologijo in sta bila znatno višja kot pri ledvicah WT (sliki 1 in 2). Poleg tega sta obe meritvi MRI pokazali pomembne (T1) ali skoraj pomembne (T2) korelacije s celotnim volumnom ledvic (slika 3). Najpomembneje je, da so bili začetni rezultati MRI pri ljudeh skladni s temi predkliničnimi ocenami MRI (slika 4). Medtem ko bo treba izvesti dodatne longitudinalne slikovne študije pri bolnikih z ARPKD, da bi natančneje ovrednotili občutljivost in specifičnost teh tehnik MRI v primerjavi z običajnimi kliničnimi meritvami delovanja ledvic (npr. serumskega kreatinina), te predklinične in začetne klinične MRI Rezultati kažejo, da bi lahko MRI T1 in T2 uporabili za oceno napredovanja cistične ledvice pri bolnikih sARPKD.

Metode MRI, uporabljene v tej študiji, imajo številne prednosti za morebitne študije pri bolnikih zARPKD. Prvič, te tehnike MRI so neinvazivne in ne zahtevajo injekcijskega kontrastnega sredstva MRI, zaradi česar so te metode varne za longitudinalne študije pediatričnih in odraslih bolnikov z napredovalimbolezni ledvic(13). Drugič, te metode MRI so kvantitativne in zato zagotavljajo objektivno merilo izida, ki bi ga lahko uporabili v prihodnjih kliničnih preskušanjih. Tretjič, tukaj uporabljene klinične tehnike MRF zahtevajo zelo kratke čase pridobivanja (~15 sekund), kar ima za posledico zmanjšane artefakte dihanja, kar lahko odpravi potrebo po globoki sedaciji ali splošni anesteziji za pediatrične bolnike. Četrtič, tehniki MRI T1 in T2 sta na voljo na skoraj vseh sodobnih človeških MRI skenerjih. Na primer, ocene MRI T1 so bile uporabljene v številnih študijah MRI srca, pljuč, jeter in drugih organov (29–35). Kot take bi lahko te metode hitro uvedli v večcentralnih kliničnih preskušanjih za oceno novih terapij za ARPKD.

Pridobitev MRF, uporabljena za pridobitev začetnih zemljevidov T1 in T2 človeških ledvic, prikazanih na sliki 4, zagotavlja tudi številne koristi za prihodnje ljudiARPKDštudije. Ta metodologija je bila prvotno opisana leta 2013 in uporablja hitro a priori variacijo parametrov zajemanja MRI (npr. kot obračanja vzbujanja) za ustvarjanje tkivno specifičnih profilov evolucije signala MRF. Ti profili se nato uskladijo z najprimernejšim teoretičnim profilom razvoja signala v slovarju MRF, da se pridobijo sočasne ocene relaksacijskih časov T1 in T2 za vsak slikovni voksel. Številne študije so predhodno pokazale, da je MRF sam po sebi odporen na artefakte gibanja in daje natančne in ponovljive ocene relaksacijskih časov T1 in T2 za aplikacije slikanja možganov, ledvic, jeter in prostate (27, 36–39). Za izvedbo MRF, uporabljeno tukaj, smo uporabili zajemanje MRF z nizkim kotom konice, ki zagotavlja natančne ocene T1 in T2 brez potrebe po dodatnih skeniranjih za kompenzacijo heterogenosti B1 (27, 38). Spodnji koti konice prav tako omejujejo odlaganje radiofrekvenčne energije na subjekt. Ker je bilo to pridobivanje MRF končano v enem samem 15-drugem zadrževanju diha za vsako rezino slikanja, sta bila časovna zemljevida sprostitve T1 in T2 brez artefaktov dihalnega gibanja. Te ocene T1 in T2 MRI je mogoče kombinirati tudi zledvičnaocene perfuzije ali druge metodologije slikanja za natančnejšo karakterizacijo ARPKDnapredovanje bolezni ledvic (34).

Medtem ko te predklinične in začetne klinične MRI študije obetajo uporabo kvantitativnih metod MRI za oceno ARPKDnapredovanje bolezni ledvic, ima ta študija tudi več pomembnih omejitev. Glavna omejitev predkliničnega dela te študije je, da so bile ledvice bpk in WT skenirane ex vivo. Dobro ugotovljeno je, da lahko pretok krvi znatno spremeni vrednosti T1 in T2 v ledvicah in vivo (40). Kot tak dodatek aledvičnaMRI signal krvi bi verjetno spremenil povprečne vrednosti T1 in T2 ledvic za miši bpk in WT. Čeprav se lahko absolutne vrednosti za ex vivo čase T1 in T2 ledvic nekoliko razlikujejo od vrednosti in vivo, razlike v vrednostih T1 in T2 med mišmi bpk in WT kot tudi spremembe v vrednostih T1 in T2 ledvic z starost ostaja pomembna. Poleg tega je dolgoročni cilj te študije razviti MRI označevalce cistenapredovanje bolezni ledvicpri bolnikih zARPKD, ta pristop slikanja ex vivo omogoča začetno oceno teh tehnik MRI T1 in T2 v zelo nadzorovanem okolju z omejenim vplivom na znane spremenljivke, kot so stanje hidracije, srčni izid in dihalno gibanje, ki lahko povzročijo zmedo z informacijami o cistični bolezni v Podatki MRI. Skeniranje teh ledvic ex vivo omogoča tudi pridobitev več parametrov MRI (T1 in T2) z zelo visoko ločljivostjo in natančnostjo. Običajne metode spin-echo, uporabljene v tej študiji za ustvarjanje zemljevidov T1 in T2 ex vivo za ledvice bpk in WT, kot take zahtevajo precejšnje čase pridobivanja (skupni čas skeniranja=~1 ura), ki niso praktični za in vivo študije bpk miši z napredovalimbolezni ledvic.

Končno so ti predklinični rezultati MRI ex vivo skladni tako s histologijo (slika 1) kot tudi z začetnimi ocenami MRI pri ljudeh in vivo (slika 4). Kot take te ugotovitve MRI ex vivo podpirajo idejo, da so lahko ocene MRI T1 in T2 koristne za oceno ARPKDnapredovanje bolezni ledvicpri bolnikih.

Glavna omejitev za klinične študije MRI je majhna velikost vzorca. Čeprav so zagotovo potrebni dodatni pregledi pacientov, te študije slikanja ljudi s dokazi o konceptu dokazujejo, da je pridobitev visokoločljivih kvantitativnih zemljevidov MRI ledvic T1 in T2 v praktičnem časovnem okviru brez sedacije pri pediatričnih bolnikih izvedljiva. Najpomembneje je, da bo treba te in vse druge meritve MRI primerjati z običajnimi meritvamidelovanje ledvic(npr. serumskega kreatinina in albumina) v študijah presečnega in longitudinalnega slikanja, da bi ocenili uporabnost teh tehnik MRI za oceno ARPKDnapredovanje bolezni ledvicv multicentričnih kliničnih preskušanjih.

Skratka, ta predklinična in začetna klinična študija kaže, da bi lahko kartiranje ledvic T1 in T2 na podlagi MRI uporabili kot neinvazivno slikovno oceno ARPKDbolezni ledvicnapredovanje. Prihodnje longitudinalne študije MRI / MRF pri bolnikih z ARPKD bodo dodatno ovrednotile občutljivost, specifičnost in ponovljivost teh tehnik MRI za odkrivanje in uprizarjanje ARPKDbolezni ledvic.Če bodo uspešne, bi lahko te neinvazivne, kvantitativne tehnike MRI sčasoma uporabili kot merilo izida za klinična preskušanja, ki ocenjujejo nove terapevtike, namenjene omejevanju ali preprečevanjuNapredovanje ledvične bolezni ARPKD.

zmanjšajte občutljivost penisa s cistanche