Myndataka The Renal Microcirculation in Cell Therapy

Tengiliður:ali.ma@wecistanche.com

Katerina Apelt o.fl

Cistanche stilkur fyrir nýrnasjúkdóm, smelltu hér til að fá sýnishornið

Ágrip:

Nýruörvascular sjaldgæf gegnir lykilhlutverki í progressivenýrusjúkdómur. Þess vegna munu aðferðir til að sjá smáhringrás nýrna auka skilning okkar á sjúkdómsferlum og geta þar af leiðandi veitt nýjar aðferðir til að meta frumumeðferð. Í augnablikinu skortir hins vegar klínískar framkvæmdir sem ekki eru ífarandi, öruggar og skilvirkar myndgreiningaraðferðir til að fylgjast með breytingum á smáæðum nýrna með tímanum hjá sjúklingum sem þjást af nýrnasjúkdómum. Til að leggja áherslu á mikilvægi þess, tökum við saman núverandi þekkingu á nýrnasmáhringrás og ræddum þátttöku í versnandi nýrnasjúkdómi. Ennfremur er yfirlit yfir tiltæka myndgreiningartækni til að afhjúpa nýrnasmáæðaformgerð, virkni og hegðun nýrna með tilheyrandi ávinningi og takmörkunum. Á endanum getur nauðsyn þess að meta og rannsaka nýrnasjúkdóm byggt á in vivo útlestri með upplausn upp að háræðastigi valdið hugmyndabreytingu fyrir greiningu og meðferð á sviðinýrnalækningar.

Leitarorð: nýru; örhringrás; öræðarsjaldgæft; frumumeðferð; myndatöku

1. Inngangur

Nýrnaæðakerfið hefur líffærafræðilega flókið byggingarlag sem endurspeglar einstaka lífeðlisfræðilega virkni þess [1]. Þrátt fyrir mjög kraftmikla aðlögun smáæðakerfisins að blóðaflfræðilegum breytingum getur truflun á starfsemi æða verið afleiðing eða jafnvel orsöknýrusjúkdómsþróun og framgangur [2,3]. Til samræmis við það getur truflun á æðaæðakerfi þjónað sem frumeinkenni vefjaskemmda nýrna, sem gefur til kynna að ekki ífarandi mat og staðfesting á nýrnasmáæðabyggingu og virkni nýrna væri mikil framför til að meta virkni meðferða sem miða að því að draga úr nýrnabólga.

Í klínískri starfsemi, alvarleiki langvarandinýrusjúkdómur (CKD) er flokkaður út frá gaukulsíunarhraða (GFR) sem endurspeglast væga (60–89 mL/mín/1,73 m2), í meðallagi (30–59 mL/mín/1,73 m2) eða alvarlega (15–29 mL/) mín/1,73 m2 ) minnkaðinýruvirkabyggt á fyrirfram skilgreindum flokkum [4]. Framgangur sjúkdóms yfir í langt genginn nýrnasjúkdóm og lokastigs nýrnasjúkdóm (ESRD) er skilgreint sem tíðni gauklakölkun og tubulointerstitial fifibrosis með GFR minna en 15 ml/mín/1,73 m2. Nokkrar rannsóknir hafa sýnt að fyrirbæri taps á háræðum í nýrum, þ.e. sjaldgæf æðamyndun í nýrum, tengist alvarleika nýrnasjúkdóms og tekur þátt í líffræði síðari versnunar í átt að langvinnri lungnaskemmdum [3,5-7]. Dregið var fram að myndun nýrnabólga væri aðaleinkenni slíks háræðataps í kviðarholi og nýrnaþekjutaps í kjölfarið. Ef hægt er að vernda eða jafnvel endurheimta smáæðakerfi nýrna, myndi heilleiki nýrnakerfis batna og koma í veg fyrir framgang sjúkdóms [2,8]. Að auki er mögulega hægt að skilgreina meðferðarglugga til að meta alvarleika áverka áður en nýrnaskemmdir verða óafturkræfar. Sérstaklega er hægt að meta og betrumbæta nýtingu frumumeðferða eins og efnilegra nota mesenchymal stromal cells (MSCs) til að meðhöndla nýrnaæðasjúkdóma. Hins vegar er nákvæmur skilningur á nýrnasmáæðum sjaldgæfum enn hindruð vegna þess að skortur er á myndgreiningaraðferðum sem gera kleift að fylgjast með mikilli upplausn og ekki ífarandi eftirliti með byggingu og virkni æða.

Í þessari yfirferð tökum við saman núverandi þekkingu á smáæðakerfi nýrna og meinafræðilegum aðferðum sem geta haft áhrif á smáhringrásina. Við ræðum mikilvægi pericytes og veitum innsýn í aðalhlutverk þeirra í því að valda framgangi nýrnasjúkdóms með truflun á æðakerfi og sjaldgæfum áhrifum, svo og þróunnýrubandvefssjúkdómur. Í kjölfarið lýsum við nýrri þróun í myndgreiningartækni sem gæti fylgst með slíkum breytingum á nýrnasmáhringrás.

2. Nýrnaæðakerfið

2.1. Nýrnablóðrásin

Öræðakerfi mannslíkamans samanstendur af slagæðum, háræðum og bláæðum og hefur áhrif á skipti á súrefni, næringarefnum og umbrotsefnum milli blóðsins og nærliggjandi vefja [8,9]. Augljóslega er lífsnauðsynleg virkni örhringrásarinnar þétt stjórnað út frá efnaskiptaþörfum líffæranna. Meginábyrgð slagæða er að stjórna blóðflæðinu með því að stilla viðnámið til að tryggja að hægt sé að framkvæma mikilvæg skipti á háræðastigi [10]. Í þessu sambandi er stöðug aðlögun að hómóstatískri eftirspurn undirliggjandi vefja aðallega háð kraftmikilli mýkt æðaþelsfrumna. Á sama tíma treystir æðaþelsheilsu smáhringrásarinnar á nánu millifrumusamskipti við pericytes sem koma líkamlega á stöðugleika í æðum, stjórna æðamyndun og stjórna blóðflæði [11,12].

Nýrað er mjög æðabundið líffæri sem sýnir einstaka formfræðilega og starfræna eiginleika sem endurspegla ótrúlega misleitni æðakerfisins [1,10]. Blóð fer inn í nýrun um nýrnaslagæðina í gegnum hilum (Mynd 1), sem skiptist frekar tvískipt í nýrnagrindur í hlutaslagæðar og greinist smám saman á hæð minni bikarsins í millilaga slagæðar sem dreifast á milli nýrnapýramída [1,13 ]. Á mörkum heilaberkins og mergsins renna millilaga slagæðar inn í bogadregnar slagæðar og mynda líffærafræðilega aðskilnað milli beggja nýrnahólfa [1]. Í heilaberki myndast interlobular slagæðar, einnig þekktar sem cortical radiate arteries eða cortical penetration arterioles, hornrétt frá bogadregnum slagæðum og víkja í aðlægar slagæðar til að veita hinum ýmsu greinum gauklatrésins. Það fer eftir staðsetningu glomeruli, síað blóð kemur saman í cortical capillary plexus sem umlykur proximal og distal tubules eða medullary capillary plexus á stigi Henle lykkju. Að lokum rennur blóð inn í bláæðakerfið sem liggur samhliða slagæðanetinu sem kemur út úr nýrinu um millilobulu, bogalaga, millilobar, segmental og að lokum nýrnabláæð rétt fyrir ofan þvagrásina. Almennt séð er þetta undirstöðu æðamynstur varðveitt yfir spendýrum [14,15].

2.2. Háræðanet nýrna

Flækjustig nýrna smáæðakerfisins endurspeglast af fjölbreyttri formgerð mismunandi nýrnaæða (Mynd 2). Uppbygging og starfræn misleitni nýrnaæðaþels og nærliggjandi æðafrumna þeirra fara náið í hendur við gerð háræðanets [15-17]. Reyndar er tilvist ýmissa háræðalaga merkilegur eiginleiki sem tryggir síun í gegnum gauklaháræðanetið, sem og seytingu og endurupptöku í gegnum peritubular capillary netið og medullary capillary netið [1,13,14]. Örblóðrásin í heilaberki tryggir aðallega endurupptöku gauklasíuvökvans, en útskilnaður salts og vatns er að mestu stjórnað af meðullary microvascular compartment [14]. Athyglisvert er að jafnvel þó að mergurinn sé um það bil 30 prósent af heildarmassa nýrnavefsins, þá samanstendur aðeins 10 prósent af heildar nýrnablóðflæði (RBF) af þessum hluta [10]. Byggt á líffærafræðilegri stöðu er hægt að skipta nýrnasmáhringrásinni í (i) cortical microcirculation; og (ii) meðullary microcirculation [13,14].

Örhringurinn í heilaberki er líkamlega aðskilinn af bogadregnum slagæðum sem mynda millilaga slagæðar sem kvíslast frekar frá báðum hliðum í nokkrar aðlægar slagæðar til að veita gauklaháræðanetinu [14]. Greiningin á sér stað í mismunandi sjónarhorni eftir staðsetningu gaukla í heilaberki. Í gegnum afferent arteriole fær gauklaháræðanetið sem samanstendur af 6-8 háræðaslykkjum blóði sem fer út um efferent arteriole eftir að hafa verið síað [10]. Glomerular capillaries (Mynd 2a) eru mynduð úr þunnu, samfelldu og að mestu flötu æðaþekju sem er hulið fræfrumum. Afgirtu svæðin geta tekið allt að 20–50 prósent af öllu frumuyfirborði þeirra [16]. The cortical glomeruli samanstendur af 90 prósent af öllum glomeruli sem eru til staðar í nýrum, og því er það ekki á óvart að mest af RBF flæðir aðallega í gegnum [13]. Hinir 10 prósent allra glomeruli eru staðsettir við barkar-mergjaðarmörk og eru stærri að stærð. Fyrir utan stærðarmun glomeruli, má skýra byggingarmun á aðlægum og efferent arterioles sem veita cortical og juxtamedullary glomeruli með mikilvægi þess að varðveita háræðaþrýsting.

Til að tryggja rétta blóðsíun er þvermálsmunurinn á milli aðlægra barkar (Mynd 2b) og barkæðar (Mynd 2c) slagæðar 15 µm á móti 10 µm [13]. Blóðþrýstingi er stjórnað við hlið aðlægra slagæða með aðferðum viðnámsbreytinga sem útskýrir samfellda æðaþelið sem er umvafið sléttum vöðvafrumum (SMCs) [18]. Við nánari skoðun á aðlægu slagæðinni kemur í ljós að tveir æðahlutar eru til staðar frekar en einsleitt æðaþek eftir allri æðalengdinni eins og algengt er að sjá. Nærri hluti afferent arteriole er samsettur úr ógegndræpi æðaþeli með þétt settum SMC, sem eru nauðsynleg fyrir samdrætti æða. Öfugt við fjarlæga hlutann, sem er þétt staðsettur við glomerulus og samanstendur af gegndræpi æðaþeli vegna nærveru fenestration. Athyglisvert er að þessi skygging er frekar sjaldgæfur eiginleiki í æðum með háan æðaþrýsting. Að auki, teninglaga renín-framleiðandi pericytes umlykja fjarlæga hluta afferent arteriole til að miðla stjórnun staðbundins blóðþrýstings í gaukla [17,19].

Síað blóð fer út úr hverjum heilahnoðra í heilaberki í gegnum útstreymisslagæð til að sameinast í þéttum háræðafléttu í heilaberki sem umlykur nýrnapíplurnar [10]. Fyrir utan gauklaháræðakerfið er þetta annað háræðahólf þekkt sem peritubular háræðakerfið [16]. Peritubular háræðar (Mynd 2d) eru girt og þunnveggja með meðalþvermál um það bil 7 µm [13,15]. Þær háræðar veita súrefni og næringu til píplanna sem eru staðsettar í nýrnaberki, en ekki endilega þeim sem þær eiga uppruna sinn í [10,15]. Peritubular capillaries sýna meira samfellt endothel, auk minna þvermál í samanburði við medullary capillaries í vasa recta [13,16]. Í nýrnasjúkdómum mun gauklaskaðinn loksins hafa áhrif á háræðar sem eru raðaðar niður í röð, og þar með flýta fyrir framgangi nýrnasjúkdóms [10,20].

Juxtamedullary afferent arteriole (Mynd 2e) hefur um það bil 20 µm þvermál, en juxtamedullary efferent arteriole (Mynd 2f) hefur þykkara innra þvermál 20-25 µm [13]. Útstreymisslagæð sem kemur út úr hnakkahnakkanum er mjög umkringd nokkrum SMC. Þessi áberandi munur á þvermáli æða, auk aukinnar vöðvamyndunar, vekur umræðu um þátttöku þessarar glomerulus tegundar í blóðþurrð. Svo virðist sem æðabygging nýrna sé skipulögð á ákveðinn hátt til að varðveita medulla frá blóðþurrðarskemmdum. Sú tilgáta er sú að aðlægar og útvíkkandi slagæðar í augnhnakkahnokri séu hugsanlega ekki ábyrgar fyrir því að stjórna meðullary blood fellow (MBF), en þetta væri einnig í mögulegri mótsögn við hlutverk þeirra að stjórna gaukulsíunarhraða [21]. Þess í stað virðist sem lækkandi vasa recta (DVR) æðaknippanna sem staðsett eru í innri rönd ytri mergsins sé ábyrg fyrir því að stjórna MBF sem gæti útskýrt þann mikla fjölda pericytes sem umlykja þetta æðahólf. DVR gegnir því lykilhlutverki í langtímastjórnun á slagæðaþrýstingi [13]. Útvíkkandi slagæðar sem tengjast hnakkahnoðranum renna í gegnum æðahnúta, sem eru staðsett í innri rönd ytri mergsins, breytast í DVR. DVR gefur tilefni til medullary capillary net sem er tengt við ascending vasa recta (AVR) [1].

Medullary microcirculation byrjar þegar efferent arterioles upprunnin frá juxtamedullary glomeruli fara dýpra inn í vefinn til að sjá fyrir hinum 30 prósentum af nýrnavefnum sem kallast medulla [13,14]. Merg eins nýrnapýramída skiptist líffærafræðilega í tvo hluta: ytri merg sem staðsett er rétt undir heilaberki, á eftir innri merg sem dreifist fram að toppi parenchyma, sem kallast papilla. Almennt eykst fjöldi hjartaháræða frá nýrnapýramídaoddinum. Nánari athugun bendir til þess að hægt sé að skipta ytri mergnum frekar í ytri ræmuna og mjög æðarbundna innri ræmuna sem inniheldur þétta háræðafléttuna og millibúntfléttuna [15]. Háræðin milli knippisins einkennast af fenestrated endothelium og eru tengd bogaæðinni [14,22].

Hver samhliða efferent slagæð klofnar í nokkra búnta, þekkt sem æðaknippi, til að mynda greinar DVR (Mynd 2g) sem hafa stærra þvermál samanborið við peritubular háræðar í heilaberki [15,23]. Nokkrar pericytes eru festar við æðaþel DVR æðaknippanna [17]. Athyglisvert er að fjöldi pericytes sem vefja æðarnar minnkar í DVR (Mynd 2h) í innri medulla [15,17]. Þetta formfræðilega fyrirkomulag DVR í ytra og innra medulla hólfinu endurspeglar tvíþætta virkni þess [10]. Til nánari útfærslu kemur æðasamdráttur DVR aðallega fram í nærhlutanum, sem er staðsettur í ytri mergnum [15]. Í fjarlæga hlutanum, þ.e. innri merg, eiga sér þó aðallega stað raflausnaskipti. Þessi líffærafræðilegi munur felur beinlínis í sér sérstakan undirhóp pericytes hvað varðar formfræðilegt útlit og virknieiginleika [15,17].

Djúpt inni í innri medullu skiptust ýmsar greinar DVR í flókið háræðanet áður en þær tengdust verulega minni AVR [10]. Endothelium DVR er samfellt, öfugt við æðaþelsfrumur AVR (Mynd 2i), sem eru mjög girt. Að lokum er öllu blóði safnað úr AVR, sem og peritubular capillaries of cortical capillary plexus inn í bláæðakerfið. Almennt sýna nýrnabláæð afar þunnan æðavegg og bláæðar, bogadregnar og millilaga bláæðar eru girt og innihalda þindir. Það kemur á óvart að millilaga bláæðar sýna almennt meiri líkindi við peritubular háræðar en með bláæðum vegna þunns og mjög þéttu þekjuvefsins.

Mismunandi smáæðahlutar nýrna og glæsilegt formfræðilegt útlit þeirra á frumustigi vekur grun um að núverandi flókið sé þýtt í enn flóknara sjúkdómskerfi. Þess vegna fjallar eftirfarandi hluti um undirliggjandi ferla sem taka þátt í nýrna- og æðabilun.

3. Bilanir í smáæðum í nýrum

3.1. Vanstarfsemi æðaþels

Nýrnaþekjan er að mestu í kyrrstöðu við lífeðlisfræðilegar aðstæður; Hins vegar, til að bregðast við örumhverfisbreytingum, þ.e. klippiálagi, súrefnisskorti, oxunarálagi eða bólgu, á sér stað virkjun æðaþelsfrumna og æðavaxtarþættir eru framleiddir [24]. Það fer eftir kveikjunni, virkjun æðaþelsfrumna getur framkallað bólgueyðandi og segamyndunarsvipgerð til að stuðla að viðloðun ónæmisfrumna og íferð fyrir myndun örsega. Hins vegar, til að viðhalda æðaþröskuldinum fyrir viðeigandi víðtæka stjórnunarvirkni og gegndræpi fyrir flutning uppleystra efna, er nauðsynlegt að stjórna efnaskiptaástandi kyrrra, sem og virkjaðar æðaþelsfrumna, vel.

Heilleiki vefja og starfsemi líffæra eru aðallega háð hentugri gegnflæði á öræðakerfi [8]. Þess vegna kemur það ekki á óvart að æðaþelsfrumur sýna mikla mýkt til að tryggja kraftmikla aðlögun að umhverfisbreytingum með því að stilla háræðafjölda, formfræðilega lögun og virkni [1,2,8]. Langvarandi tímabil hækkaðs blóðþrýstings veldur hins vegar óafturkræfum breytingum á örhringrásinni, sem leiðir til skaðaðra æðaþelsfrumna sem einkennast af skertum aðlögunareiginleikum. Þetta truflaða jafnvægi endurspeglast af minnkun nituroxíðs (NO), súrefnisvaldandi þáttar-1 (HIF-1) og æðaþelsvaxtarþáttar (VEGF), ásamt aukningu annarra þátta, ss. sem angiostatin, endostatin og thrombospondin [1]. Athyglisvert er að næmi fyrir truflun á starfsemi æðaþels í nýrum er margvíslegt og er háð tegund æðaþelsfrumna sem staðsett er í mismunandi hólfum nýrna örhringrásarinnar [16,24]. Til að skýra ólíkar svipgerðir nýrnaæðaþelsfrumna og mismunandi viðbrögð þeirra við smáæðabreytingum, Dumas o.fl. [25] gaf nýlega háupplausnaratlas um nýrnaþekju með því að nota einfrumu RNA raðgreiningu.

Vanstarfsemi æðaþels kemur oft fram samhliða bráðri og versnandi skerðingu á nýrnastarfsemi [24]. Þessi bilun veldur aukinni æðaviðnám, sem fylgir lækkun á RBF [26]. Langvarandi æðasamdráttur veldur ófullnægjandi vefjaflæði og virkjun streitu og vaxtarþátta sem leiðir til formfræðilegra breytinga [1]. Það fer eftir alvarleika og sérstaklega lengd hvers kyns móðgunar, hægt er að breyta RBF óafturkræft með því að innleiða skipulagsbreytingar í örhringrásinni. Þessar formfræðilegu breytingar eru af völdum ferlis sem kallast örvascular endurgerð. Smáæðaendurgerð er skilgreind sem viðbrögð við virknibreytingum á smáæðum, sem þar af leiðandi getur valdið breytingum á smáæðabyggingu á byggingarstigi í síðustu tilraun til að ná blóðaflfræðilegu jafnvægi [1,2,8]. Að lokum getur truflun á starfsemi æðaþels valdið fyrirbæri sem kallast „engt endurflæði“, þar sem ekki er hægt að endurheimta gegnflæðið, sem að lokum leiðir til skaða á pípluþekjufrumum sem leiðir til bráðs nýrnaskaða (AKI) [24].

Það er mjög mikilvægt að leggja áherslu á að truflun á starfsemi æðaþels er ekki aðeins tengd nýrnasjúkdómum heldur knýr hún einnig á virkan hátt framvindu sjúkdómsins [24]. Bilun í smáæðum í nýrum endurspeglast af truflun á starfsemi æðaþels sem orsakast af frumuáverkum, sem truflar náið samspil blöðruhálskirtla við æðaþelslagið og hamlar frumusamskiptum.

3.2. Þátttaka pericyte í nýrnabilun

Aðaleinkenni langvinnrar nýrnasjúkdóms er stigvaxandi tap á peritubular capillary net, ferli sem er nefnt sjaldgæft [27]. Tubulointerstitial fifibrosis, sem og skemmd pípulaga þekjuvef, er á undan þessari háræð sjaldgæf í nýrum [27], á meðan þessi örvascular sjaldgæfa er í beinni fylgni við alvarleika fifibrosis [28,29]. Þar að auki hefur umfang sjaldgæfunnar reynst spá fyrir um hversu mikið millivefsskemmdir eru sem og breytingar á gaukulsíunarhraða hjá sjúklingum með langvinnan nýrnasjúkdóm [28]. Þessar niðurstöður benda til snemma, hraðatakmarkandi hlutverki fyrir óstöðugleika/tap í smáæðum í þróun langvinnrar nýrnasjúkdóms og meingerð bandvefsmyndunar [30]. Langvarandi virkjun æðaþelsfrumna með áhættuþáttum hjarta- og æðasjúkdóma getur valdið tapi á æðaþelsfrumur sem gegna mikilvægu hlutverki í stöðugleika og útbreiðslu háræða með samskiptum við æðaþelsfrumur [31]. Reyndar, uppsöfnun sönnunargagna bendir á mikilvægi pericytes og þátttöku þeirra í nýrnasmáæðaheilbrigði [17].

Pericytes eru veggfrumur í gegnum æðar með ílengdum ferlum sem þekja æðaþelið sem eru felldar inn í grunnhimnu háræða [32]. Þær eru frumur af mesenchymal uppruna og koma frá Forkhead box D1 (FoxD1) ásamt stromal forvera stofni, sem einnig gefa tilefni til annarra veggmynda frumna í nýrnaæðum, þar á meðal SMCs, staðbundnum trefjakímfrumum, renínfrumum og mesangial frumum [33], á meðan allar æðaþelsfrumur í æðakerfi nýrna eru upprunnar úr stofnfrumuhvítblæði (SCL) auk forfrumna [34]. Pericytes eru ólíkir búsettum (perivascular) fibroblasts þar sem þeir eru innbyggðir í grunnhimnu æða, en flestar rannsóknir á nýrum gera ekki greinarmun á pericytes og perivascular fibroblasts [31,35], líklega vegna skorts á sérstökum merkjum. Merki sem eru almennt notuð til að bera kennsl á pericytes eru meðal annars blóðflöguafleidd vaxtarþáttarviðtaka- (PDGFR), kondroitínsúlfat próteóglýkan NG2, -sléttvöðvaaktín (SMA), cluster of differentiation 73 (CD73) og PDGFR, en þessi merki auðkenna mismunandi ( skarast) undirmengi pericytes sem eru staðsettir á mismunandi líffærafræðilegum svæðum, sem endurspeglar misleitni þessa frumustofns [17] og líklegast einnig virka misleitni. Pericytes stjórna æðaþroska, stöðugleika, þroska og endurgerð [11] og stjórna blóðflæði með æðasamdrætti. Pericytes eru starfrænt stjórnað af æðaþrengjandi þáttum eins og angíótensín II og adenósín þrífosfati (ATP), sem og af æðavíkkandi þáttum eins og NO og prostaglandínum [17]. Þroska æða er háð nýliðun æðafrumna til að koma á stöðugleika í æðum og stjórna blóðþrýstingi [12].

Í nýrum eru blöðruhálskirtlar umbúðir fjarlægra slagæðanna í cortical glomeruli og eru aðallega til staðar við peritubular capillaries og á vasa recta [13,19]. Að auki eru mesangial frumur (sérhæfður) undirmengi nýrnahimnufruma sem eru mikilvægar til að viðhalda uppbyggingu stuðningi við gauklaháræð og stjórna blóðaflfræði gaukla. Ennfremur miðla samdrætti juxtaglomerular pericytes staðsett á slagæðum staðbundnum gauklablóðþrýstingi og hafa áhrif á almennan blóðþrýsting með renínseytingu [19]. Athyglisvert er að renín forvera frumur sem eru fengnar úr stromal hólfinu eru tímabundnar tengdar við þróun æða á meðan sýnt var að myndun slagæðagreina kom fram á undan því að frumur sem tjá renín við greiningu [33,36]. Þar að auki, með því að nota erfðabreyttan renín reporter sebrafisk, var sýnt fram á að frumur sem tjá renín koma á undan æðarspírum [37]. Í nýrum fullorðinna músa sjást frumur af renínuppruna einnig á perivascular staðsetningum og litast með pericyte merkjum (PDGFR /NG2) [38], sem bendir til hugsanlega mikilvægs hlutverks fyrir þennan undirhóp í viðhaldi æða.

3.3. Milliverkanir við æðaþelsfrumu-pericyte merkja

Pericytes hafa samskipti við æðaþelsfrumurnar í gegnum margvíslegar gagnkvæmar víxlverkanir sem stjórna boðleiðum sem þarf til að koma á stöðugleika og æðamyndun. Pericyte merki til æðaþelssins með seyttum þáttum eins og VEGF, PDGF, umbreytandi vaxtarþætti- (TGF- ), og æðakirtla-1 (Ang-1), sem og með beinni æðaþels-percyte víxlun [39 ]. Á sama hátt gefur æðaþelið merki til nærliggjandi stromalfrumna með því að nota þætti eins og angíópóetín-2 (Ang-2) ​​og PDGF. Ang-2 truflar neikvæða Ang-1-miðlaða Tie-2 merkingu, sem hefur í för með sér truflun á víxlverkun æðaþelsfrumu og í kjölfarið óstöðugleika í æðum og óeðlilegri endurgerð smáæða [40,41]. Mikilvægi víxlverkunar milli perivascular stromal cells og æðaþelsfrumna við viðhald háræðanetsins er einnig sýnt fram á af músarannsóknum sem sýna fram á að þegar fjárfesting pericytes er hindrað, er háræðanetið óstöðugt og sjaldgæft á sér stað [42]. Til dæmis eykur blóðsykurshækkun æðaþels Ang-2 tjáningu sem veldur því að perivascular stromal frumur flytjast í burtu frá háræðum [43]. Nýlegar rannsóknir frá rannsóknarstofu okkar sýndu að bæði hjá rottum [44] og í nýrum gjafa [45] leiðir blóðþurrð-endurflæðisskaðar til hraðri hækkunar á Ang-2/Ang-1 jafnvægi, sem tengist með tapi á heilindum í smáæðum. Ennfremur, hjá sjúklingum með sykursýki, kom fram viðsnúningur á háræðaheilsu og lækkun á Ang-2/Ang-1 hlutfalli og leysanlegu thrombomodulin (merki um æðaþelsfrumuáverka) innan 12 mánaða eftir samtímis nýra-brisígræðslu [46 ]. Við hliðina á angiopoietin/Tie2 ferlum [47], er æðaþels-percyte krosstalning stjórnað af TGF ofurfjölskylduboðum [48], VEGF [49] og sphingósín-1-fosfat (S1P) merkjaleiðum [50].

3.4. Pericytes sem forveri Myofifibroblasts

Líkön sem rekja músaerfðafræði hafa sýnt fram á að pericytes (og aðrar perivascular frumur) eru aðal uppspretta -SMA jákvæðra myofifibroblasts í múslíkönum af fifibrosis í nýrum [51,52]. Reyndar, nýleg glæsileg rannsókn sem fól í sér einfrumu RNA-raðgreiningu benti á þrjár helstu uppsprettur vöðvafíbróblasta í nýrum manna: (i) NOTCH3 plús RGS5 plús PDGFR - pericytes; (ii) MEG3 plús PDGFR plús trefjafrumur; og (iii) COLEC11 plús CXCL12 plús trefjafrumur [53]. Við aðgreining á pericyte-til-myofibroblast komu fram breytingar á frumuhringnum sem eru í samræmi við aðgreining og stækkun, og auðgaðir ferlar innihéldu kanónískar WNT- og virkjaprótein-1 (AP-1) merkja, auk virkjunar umritunar þáttur 2 (ATF2), PDGFR, integrin, millifrumufylki (ECM) viðtaka milliverkun og TGF-boðaleiðir [53]. Það hefur áður verið sýnt fram á að lítið brot af PDGFR plús frumustofninum samanstendur af perivascular Gli1 plús forfrumum sem marka perivascular MSC-like frumuþýði sem sýnt var fram á að væri einnig lykilþáttur í skaða af völdum fifibrosis líffæra með því að mynda myofifibroblasts [54] . Ennfremur var sýnt fram á að glioma-tengd krabbameinsgena homolog 1 (Gli1) auk pericyte taps framkallaði háræðafrávik og nærliggjandi pípuskaða [55]. Athygli er vakin á því að þar sem pericytes hafa áður verið tengd og eru náskyld MSCs [56], vekur þetta einnig spurningu um hvort undirmengi pericytes gæti verið MSCs og sem slíkur stuðlað að endurnýjun nýrna. Reyndar hafa margar rannsóknir leitt í ljós margþætt forfeðralíkt hlutverk fyrir pericytes í ýmsum vefjum [35,57,58].

Samanlagt stuðlar örvascular sjaldgæf beint að safni myofibroblasts sem eru ábyrgir fyrir of mikilli myndun ECM próteina sem eru aðalþáttur örvefs í bandvefsmyndun. Þar að auki veldur umskipti frá pericyte-til-myofibroblast losun pericytes frá æðaveggnum, sem leiðir til óstöðugra háræða sem í sjálfu sér myndi valda sjaldgæfum áhrifum [52]. Engu að síður stafar megináhrif sjaldgæfunnar á meingerð langvinnrar nýrnabilunar af tapi á nýrnaflæði sem eykur enn frekar margblóðþurrð og ýtir undir þróun millivefs fifibrosis, sem er miðlað af aukinni tjáningu TGF- og bandvefsvaxtarþáttar. (CTGF) [59]. Þannig getur örvascular sjaldgæf virkað sem hraðatakmarkandi pro-fibrotic switch í meingerð langvinnrar nýrnabilunar. Reyndar gætu meðferðir sem miða að víxlverkun æðaþelsfrumu og pericytes, td sem miða að PDGFR- eða VEGF viðtakaboðum, komið í veg fyrir umskipti vöðvafíbroblasta og takmarkað þróun bandvefs [60-62], sem sýnir lykilhlutverk háræðanetsins við nýrnaskaða og sem hugsanlegt meðferðarmarkmið.

Byggt á ofangreindu er ljóst að flókinn æðabygging nýrna myndar mörg æðahólf, hvert með sína sérstöku aðgerðir og kröfur. Þess vegna er þörf á framtíðarrannsóknum sem beinast að ítarlegri flokkun nýrnafruma með því að einkenna undirhópa út frá staðsetningu þeirra, frumuformi og virkni. Sem slíkar gætu nýjar myndgreiningaraðferðir sem miða að því að fá aðgang að litlum æðum án innrásar veitt þessar nauðsynlegu upplýsingar. Eins og sýnt er á sviði taugalíffræði [12], gæti vel skilgreind flokkun mismunandi undirtegunda pericytes veitt nýjar leiðir fyrir þróun markvissrar meðferðar við æðabilun.

4. Æðamyndgreiningaraðferðir

Mismunandi nýrnasjúkdómar endurspegla einkennandi mynstur öfgaskipulagsbreytinga. Sem afleiðing af tækniframförum á sviði lífeðlisfræðilegrar myndgreiningar, voru lífeðlisfræðilegir og meinalífeðlisfræðilegir nýrnaaðferðir afhjúpaðar á síðustu áratugum [63]. Með því að einblína á líffærafræðilegar og formfræðilegar breytingar á vefjaarkitektúr stækkaði þekking okkar á nýrnasjúkdómum smám saman sem bætti greiningu og gaf nýstárleg meðferðarmöguleika. Hins vegar hefur kraftmikil breyting á æðum aðallega verið hunsuð vegna áskorunar um að rannsaka æðahegðun í tímaraðar tilraunum. Þess vegna er óuppfyllt læknisfræðileg þörf fyrir að þróa óífarandi myndgreiningaraðferðir til að fylgjast með blóðaflfræði nýrna örhringrásar [16].

Einnig væri áhugavert að tengja niðurstöður myndgreiningar við (nýja) lífmerki á sviði æðanýrnafræði. Til dæmis sýndum við fram á að RNA sem ekki eru kóðaðar eru nátengd æðaskaða [64,65]. Sameining þessara mælinga getur leitt til nýrra (orsaka)tengsla og nýrra möguleika á greiningu. Þar að auki, þegar nýjar myndgreiningaraðferðir eru tengdar við nýlega þróun tækni sem byggir á einfrumu eins og einfrumu RNA raðgreiningu og staðbundinni umritun [53,66,67], gæti þetta leyft áður óþekkta ítarlega greiningu á samsetningu og gangverki af æðakerfi nýrna. Eftirfarandi kaflar taka saman þegar tiltækar aðferðir til að mynda ex vivo og in vivo myndgreiningaraðferðir til að rannsaka formfræðilega og starfræna þætti smáæðakerfis nýrna.

4.1. Fyrrverandi Vivo

Mikið af þekkingu okkar á smáæðum nýrna er unnin úr alhliða ex vivo greiningu á vefjasýnum. Í samræmi við það er frumubundin meðferð oft metin með vefjaskurði og litun. Jafnvel þó að það séu margar rannsóknir sem rannsaka meðferðaráhrif MSC á æðakerfi nýrna [68], hafa fáir rannsóknarhópar nýtt sér háþróuð myndgreiningaraðferðir, svo sem smásneiðmyndatöku (micro-CT), til að meta MSC meðferð með því að skoða 3D arkitektúrinn. af æðakerfi nýrna [69-74].

4.1.1. Örtölvusneiðmynd (Micro-CT)

Kynning á örtölvusneiðmynd (micro-CT) af Flannery o.fl. [75] árið 1987 hefur opnað nýjar leiðir til að rannsaka ósnortinn æðakerfi nagdýra til að öðlast þekkingu á sjúkdómsferli með mikilli staðbundinni upplausn. Þessi ex vivo aðferð gerði kleift að sjá smáæðabyggingu nýrna og magngreiningu á gauklafjölda, rúmdreifingu og rúmmáli, sem hægt er að nota sem vísbendingu um meinalífeðlisfræðilegt ástand alls líffæris [76]. Upplausnin í einu 3D sjónsviði með 10.243 voxels gerði kleift að sjá aðlægar og efferent arterioles, sem og gauklaháræðar í nýrum nagdýra. Hjá rottum var uppleyst voxel stærð 21 µm notuð [77] og hjá svínum var æðakerfi nýrna rannsakað með voxel stærð 40 µm og skanna sjónsvið 1,2 mm [78]. Framfarir á sviði ör-CT gaf tækifæri til að mynda nýrnaæðar rottunnar með voxel upplausn upp á 1 µm innan skanna sjónsviðs 2 mm [79].

Byggt á magngreiningartækni sem Hillman o.fl. [80] með hefðbundinni tölvusneiðmynd, var skipabygging og æðarúmmál innan mismunandi nýrnavefshólfs ákvörðuð í samræmi við svipaðar rannsóknir, þar sem nýrnaæðar voru metnar á grundvelli vefjafræðilegra vefjahluta [77]. Athyglisvert er að með því að beita myndgreiningaraðferðum eins og ör-CT var mikilvægi þess að rannsaka peritubular capillaries og þátttöku þeirra í meinafræðilegum aðstæðum auk hefðbundins hugsunar um hlutverk gauklaháræðanetsins.

Snemma skipulagsbreytingar á smáæðum er hægt að sjá og greina með ör-CT, ​​og því kemur það ekki á óvart að nokkrir sameindaaðferðir á æðastigi sem taka þátt í nýrnasjúkdómum hafi verið auðkenndar með ör-CT. Í ýmsum nýrnasjúkdómslíkönum, eins og í fjölblöðru nýrnasjúkdómi (PKD), var fylgni lýst á milli meinafræði og minnkaðs öræðakerfis sem ákvarðað er með ör-CT með upplausn upp á 17 µm voxel stærð [81]. Þar að auki sást aukinn smáæðaþéttleiki í heilaberki við kólesterólhækkun sem snemmt merki um versnandi formfræðilegan skaða á nýrum [78]. Hjá rottum með langvarandi gallgangabindingu greindist blóðflæði í heilaberki með ör-CT, ​​sem gæti útskýrt truflun á salt- og vökvasöfnun með frekari framvindu sjúkdómsins [82]. Að auki, í þrengslum nýrum, var aukið oxunarálag tengt við endurgerð nýrna í smáæðum og meðferðarmöguleikar voru lagðir til með langvarandi andoxunaríhlutun [83].

Stór kostur við micro-CT er að hægt er að skilgreina axial, sem og geislamyndafræði æðakerfa [84]. Auk þess að sjá æðabyggingu nýrna í þrívídd er hægt að meta staðbundna þéttleika öræða [78,83], þéttleika og stærð æða er hægt að ákvarða með allt að 80 µm þvermál í ýmsum líffærafræðilegum nýrnahólfum [77,78,83,85 ], og hægt er að fylgjast með snúningi skipanna [83]. Þar að auki var hægt að greina æðaháræðarúmmál gaukla, sem og peritubular háræðar, innan heilaberkisins [82].

Stöðluð magngreiningaraðferð hefur verið mikið notuð til að rannsaka smáæðabreytingar innan vel skilgreindra barka- og merghólfa á byggingarstigi til að ákvarða æðaþéttleika og þvermál [77,82]. Ngo o.fl. [84] gerði samanburðarrannsókn á ör-CT og ljóssmásjá og komst að þeirri niðurstöðu að magngreining á rúmfræði nýrnaæðakerfis sem fæst með ör-CT sé framkvæmanleg og nákvæm tækni. Eini virðisauki ljóssmásjármyndatöku í samanburði við ör-CT er að hún gerir kleift að greina á milli slagæða og bláæða með möguleika á að sjá æðavegginn. Hins vegar, með því að beita ör-CT, ​​var hægt að sjá slagæðar með 100 og 60 µm í þvermál rotta og kanína, í sömu röð, í þrívídd. Hins vegar er ekki hægt að bera kennsl á litlar æðar sem eru minni en 10 µm með ör-CT, ​​sem hvetur til þess að snúa aftur til ónæmisvefjaefnafræði til að fanga jafnvel minnstu nýrnaháræð [85].

4.1.2. Light Sheet Fluorescence Microscopy (LSFM)

Með tilkomu ljósblómsmásjár (LSFM) er hægt að ná háupplausnarmyndatöku af miklu magni nú á dögum á hæfilegum tíma [86,87]. Með því að fá LSFM var áhuginn færður frá hefðbundinni hefðbundinni vefjafræðilegri tækni sem felur í sér að skera vefinn í sneiðar, fylgt eftir með litun á öræðum, í átt að mynda vefnum í heild sinni. Rúmmálsgreining er hagstæð vegna þess að ekki aðeins er valinn hluti vefsins skoðaður, heldur er kraftmikill eðli skipabyggingar og hegðunar varðveitt í þrívíddarsýn.

Til að halda þrívíddarupplýsingunum er líffræðilegt sýni gert gegnsætt með ýmsum optical tissue clearing (OTC) samskiptareglum til að lágmarka ljósdreifingu og ljósgleypni fyrir frekari FL flúrljómun litun [87]. Undanfarin ár hafa OTC aðferðir náð vinsældum þar sem þrívíddarmyndataka gefur tækifæri til að rannsaka ósnortinn líffæri vegna nútíma framfara LSFM. Smíði heils líffæris eða jafnvel heils dýrs með upplausn á frumustigi í þrívídd er hægt að eignast innan nokkurra mínútna [88]. Með sambærilegri upplausn og confocal FL flúrljómunarsmásjárskoðun, hefur LSFM hins vegar tveggja stærðargráðu betra merki-til-suð hlutfall, sem dregur verulega úr FL flúorófór bleikingu og ljóseitrun, sem gerir stórfellda myndvinnslu sem þarf fyrir OTC [89]. Aðrir kostir eru þeir að skráður fjöldi ramma og upptökuhraði er meiri, en heildarmyndatíminn er mun styttri.

Allt frá kynningu á LSFM voru nokkrar OTC samskiptareglur bættar og betrumbættar fyrir mismunandi vefjasýni og líffæri úr nokkrum tegundum. Undanfarin ár hefur óeitrað leysiefnishreinsun með etýlcinnamati (ECi) verið notuð víða til að hreinsa nýru úr músum [88,90,91]. Þessi samskiptaregla er minni tímafrek, eins og til dæmis brautryðjandi samskiptareglur CLARITY (skýr lípíð-skipt akrýlamíð-hybridized stíf myndgreining), CUBIC (tær, óhindrað heila/líkamsmyndandi kokteilar og tölvugreining) og/eða DISCO (þrívíddarmyndataka af líffæri sem eru hreinsuð með leysi), samt sem áður býður það upp á tiltölulega sanngjarna hreinsun nýrna með lítið magn af sjálfflúrljómun eftir. Merkilegt starf var unnið af Ertürk og félögum [92], sem tókst að hreinsa heilt nýra úr mönnum með nýrri vefgegndræpisaðferð sem kallast SHANEL (smá-misfrumumiðlað líffærahreinsun og merking). Heildarberkissvæðið var ákvarðað með stærð um 2742 ± 665 mm (meðaltal ± SD) sem innihélt gauklaháræð með þvermál 221 ± 37 mm og aðlæg slagæð var 71 ± 28 mm í þvermál. Ennfremur hefur mjög háþróaður rammi sem byggir á djúpu námi til að mæla æðakerfi taugafrumna eftir OTC, kallað VesSAP (vessel segmentation & analysis pipeline), verið þróaður á sviði taugavísinda [93].

Þrátt fyrir þá staðreynd að miklar framfarir hafi náðst á sviði OTC á undanförnum árum, eru nokkrir ókostir enn eftir þar sem tjáning innrænna FL flúorófóra er að mestu leyti ekki varðveitt á fullnægjandi hátt og takmarkar notkun erfðabreyttra dýra. Hins vegar er stórt áhyggjuefni að formfræðileg stærð vefsins og þar af leiðandi æðakerfisins breytist af sterkum leysum sem krafist er fyrir OTC. Að auki er gríðarlegt magn gagna sem framleitt er af LSFM enn áskorun, ekki aðeins fyrir rétta gagnageymslu og meðhöndlun heldur einnig fyrir magngreiningu [87].

Í hnotskurn, einn mikilvægur kostur við að beita aðferðum eins og ör-CT eða SFM er að hægt er að fanga staðbundna æðadreifingu og burðarvirki sjaldgæfa æðakerfisins er auðkennd með viðeigandi upplausn til að mynda næstum alla nýrnaháræðabyggingar. Hins vegar krefjast báðar aðferðir festingar og er því aðeins hægt að framkvæma ex vivo. Til að fylgjast með formfræðilegum og starfrænum breytingum á smáæðum nýrna, er óskað eftir in vivo tímamyndatökuaðferðum.

4.2. In Vivo

Notkun in vivo myndgreiningaraðferða myndi bjóða upp á tækifæri til að meta frumumeðferð í rauntíma og sannreyna möguleg meðferðaráhrif á æðastig. Afleiðingin er sú að framfarir á sviði lífeðlisfræðilegrar myndgreiningar in vivo þrýsta á um að rannsaka áhrif MSC á æðakerfi nýrna. Aðeins hönd full af rannsóknum hefur beitt in vivo myndgreiningu til að kanna MSC-virkni, með því að nota fjölljóseindasmásjá (MPM) [94], CT [95,96] og segulómun (MRI) [95-97].

4.2.1. Fjölljóseindasmásjá (MPM)

Fjölljóseindasmásjá (MPM) er háð samtímis frásogi tveggja eða fleiri ljóseinda aðeins innan brenniplansins, sem varð tiltækt árið 1995 [98]. Hægt er að sjá kraftmikla ferla in vivo á frumustigi og, fyrir utan að rannsaka blóðflæði nýrnaæða [63], býður MPM upp á tækifæri til að fylgjast með ýmsum smáæðahlutum nýrna í rauntíma. Hin háa upplausn gerir kleift að sjá aðlægu og efferent slagæðar og gauklaháræða. Jafnvel þó að það sé tæknilega mögulegt að fá aðgang að merg örhringrásinni, er það samt áskorun vegna skarpskyggninnar [98]. Hins vegar er mögulegt að sjá heilan glomerulus með áætlaða þvermál 100 µm og fá aðgang að kraftmiklum ferlum á frumustigi.

Mikilvægt er að in vivo öræðaleka er hægt að sjá fyrir og mæla magn með Evans bláu utanæðum í trefjabundnum nýrum með MPM [99]. Fjöldi gegndreyptra háræða var magngreindur og þvermálið var ákvarðað langt undir 10 µm. Nýlega beitti rannsóknarhópur okkar MPM til að veita in vivo vísbendingar um að fjölhæfar stofnfrumur úr mönnum (hPSC)-afleiddar nýrnalíffæri mynduðu starfrænt samband við fyrirliggjandi nýrnaæðakerfi í músum eftir nýrnaígræðslu undirhylkja [100,101].

Kostir MPM eru skortur á FL-flúrljómun úr fókus og takmörkuð ljósbleiking innan brennimarkssvæðisins [98]. Hins vegar er einn af ókostunum takmörkuð mynddýpt sem krefst þess að kviðmyndatökugluggi sé notaður til að fá aðgang að nýrnaæðum in vivo [102,103]. Þessi kviðargluggi leyfir in vivo myndatöku í nokkrar vikur upp í einn mánuð; þó, innsetning slíks myndaglugga krefst ífarandi skurðaðgerðar og tengist líkur á bólgu. Þar að auki glatast myndagluggar stundum og vefjadrep getur átt sér stað [102]. Augljóslega er þessi myndgreiningaraðferð ekki þýðanleg í klínískar framkvæmdir.

Áhugaverður valkostur til að fylgjast með háræðablóðflæði án ífara við rúmstokkinn er hægt að ná þar sem handheld vital microscopy (HVM) var tekin upp í klínískri starfsemi [104]. Jafnvel þó að þessi myndgreiningaraðferð sé byggð á allt annarri tækni, þ.e. hliðarstraums- og dökksviðsmyndaörsjármyndavélum, þá býður hún upp á rauntímamat á yfirborðslegum háræðum. Ný klínísk útfærð reiknirit, þekkt sem MicroTools hugbúnaðarpakkar gera sjálfvirka smáæðamyndgreiningu á heildar- og gegnflæðisþéttleika æða til að fá aðgang að æðamyndun, útvíkkun/samdrætti æða og vökvajafnvægi, sem og súrefnisflutningsgetu byggt á háræð blóðkorna og hraða rauðkorna [105 ]. Hins vegar, til að rannsaka smáæðakerfi nýrna, eru þessar aðferðir ekki hentugar vegna takmarkaðrar skarpskyggni.

4.2.2. Tölvusneiðmynd (CT)

Óífarandi myndgreiningaraðferðir sem geta fylgst með og magnbundið formfræðilegar og starfrænar breytingar á smáæðakerfi nýrna eru mjög nauðsynlegar til að ákvarða hlutverk smáæðakerfisins í framgangi sjúkdóms til langvinnrar nýrnasjúkdóms. Jafnvel þó að orsakasamhengi milli sjaldgæfrar háræðs og versnunar nýrnatrefjunar hafi verið viðurkennt í mörg ár, Ehling o.fl. [3] voru þeir fyrstu til að framkvæma ekki ífarandi eigindlegar og megindlegar greiningar á líffærafræðilegum og starfrænum æðabreytingum meðan á framvindu langvinnrar nýrnasjúkdóms stóð. Fram hefur komið versnandi minnkun á rúmmáli nýrnablóðs með in vivo skuggaefnisaukaðri ör-CT í þremur músalíkönum með versnandi nýrnafíbrósa, þ.e. blóðþurrðar-endurflæðisskaða (IRI), einhliða þvagrásarteppu og Alport músum. Fyrir utan starfrænar breytingar á öræðum, tengdist æðatapi í peritubular við myndun trefjavefs innan allra þriggja CKD músalíkana. Hins vegar, til að fá upplýsingar um greinarpunkta, þvermál æða og snúningshraða, þurfti ex vivo ör-CT, ​​sem gefur til kynna þörfina á nýrri líflæknisfræðilegri myndgreiningartækni sem veitir aðgang að öræðum in vivo með nærri frumuupplausn.

Stór kostur við tölvusneiðmyndagerð er að sjónræn æðakerfi nýrna næst innan nokkurra mínútna með hæfilegri upplausn, sem gefur 3D upplýsingar um skipulag æða. Með því að nota skuggaefni sem byggjast á joði er birtuskilin aukinn og enn nákvæmari lýsing á öræðum er náð. Nýlega var eigindlegt og megindlegt mat með ör-CT á nýrum músa við lífeðlisfræðilegar og meinafræðilegar aðstæður betrumbætt með því að blanda með fosfówolframsýru (PTA) til að auka andstæðan í æðum [106]. Jafnvel þó að takmörkunin að ekki væri hægt að greina slagæðar og bláæðar greinilega frá hvor öðrum, fanga upplausnin með voxel stærð upp á 40 µm in vivo og voxel stærð 12,5 µm ex vivo skipulagið upp að hæð bogalaga æða.

Annar stór ókostur við að nota CT til að fylgjast með nýrnasjúkdómum er hins vegar nauðsyn þess að nota joðað geislamyndandi skuggaefni. Þessi skuggaefni eru þekkt fyrir að valda eiturverkunum á nýru, sem er frábending fyrir klíníska notkun hjá sjúklingum með skerta nýrnastarfsemi [107-109]. Bráð skert nýrnastarfsemi vegna skuggaefnisins sem gefið er breytir blóðafl nýrna og veldur meðullary súrefnisskorti, sem er sérstaklega óæskilegt þegar rannsakað er sjaldgæf æðakerfi í nýrum. Að sama skapi eru skuggaefni sem byggjast á gadólíni, sem eru mikið notuð í segulómun, útrýmt um nýru og virðast valda skertri nýrnastarfsemi [110].

4.2.3. Segulómun (MRI)

MRI var kynnt í klínískri starfsemi á níunda áratugnum og varð strax ein mest notaða myndgreiningartækni [111]. MRI er óífarandi og ójónandi myndgreiningaraðferð sem beitir sterku segulsviði og með því að nota T1 og T2 skuggaefnisbreytingu er hægt að greina slökunareiginleika blóðs. Þar að auki sýnir segulómun (MRA) æðabyggingu lítilla dýra með því að nota skuggaefni sem byggir á gadolinium. Hins vegar er stór ókostur við MRA erfið notkun á nauðsynlegu skuggaefni. Sem betur fer er hægt að ákvarða nýrnaflæði með og án þess að þurfa skuggaefni sem bjóða upp á bæði kosti og takmarkanir [112].

Án notkun skuggaefnis nýtir spunamerking innrænt vatn sem dreifanlegt sporefni sem gerir aðeins mögulegt að mæla gegnflæði innan nýrnaberkins þar sem margflutningstíminn er of langur til að hægt sé að fanga hana. Ennfremur, til að ákvarða nýrnablóðflæðið, eru fasaskiptingar snúninga eftir einni átt mældar, sem þýðir að þörf er á hornréttu myndplani í átt að slagæðum sem vekja áhuga til að ná nákvæmri mælingu [112]. Þess vegna kemur það ekki á óvart að þessi tækni veitir mikla áskorun þegar kemur að því að sjá nýrnaslagæðar, svo ekki sé minnst á litlu háræðana í heilaberki.

Hægt er að ákvarða virkni æða með því að mæla RBF með MR-flæði og fylgjast með súrefnisástandi með blóð-súrefnisstigi háð skuggaefni (BOLD) myndgreiningu [112,113]. Hins vegar er megintakmörkun á starfrænni segulómun að ná áreiðanlegum og endurskapanlegum niðurstöðum í líffærum sem verða fyrir áhrifum af öndunarhreyfingum, þar á meðal nýru, jafnvel þó að það sé minna næmt fyrir hreyfiathöfnum í samanburði við lifur eða þörmum [112]. Þrátt fyrir þá staðreynd að 1,5 Tesla hagnýtur MRI-framkvæmdar hagkvæmnirannsóknir gáfu mikil fyrirheit þegar voxel-vísleg magngreining var framkvæmd [114], var aðeins hægt að greina fráflæðisfrávik á meinafræðilegum svæðum sem vekur upp spurningu um hvort minniháttar æðabreytingar muni finnast nægilega. Með tilkomu MRI skanni með segulsviðsstyrk upp á 3.0 Tesla var hlutfall merki og hávaða stórbætt [115.116], hins vegar er upplausnin sem er fengin enn vandamál.

Upplausnin sem MRI gefur er aðallega háð segulsviðsstyrknum og hægt er að fínstilla hana fyrir hvaða segulsvið sem er með því að aðlaga púlsröðina [111]. Staðbundin upplausn er aðallega takmörkuð af merki-til-suðs hlutfalli sem krefst skjóts upptökutíma og nær almennt upplausn 3 × 4 mm í pixlastærð [117]. Jafnvel þegar hátt segulsvið upp á 7 Tesla er beitt er besta upplausnin sem hægt er að ná með BOLD um 500 µm. Fyrir utan ófullnægjandi upplausnina og takmörkunina á því að sjá flest kraftmikil ferla, er annar stór ókostur að segulómun er tengd miklum kostnaði og krefst sérstakrar aðstöðu og viðhalds.

4.2.4. Ómskoðun

Framfarir í ómskoðun innleiddu hugmyndabreytingu fyrir óífarandi eftirlit með uppbyggingu og starfrænum nýrna ör-æðabreytingum og opnaði nýjar leiðir til að kanna lítil skip með færanlegu kerfi með tiltölulega litlum tilkostnaði. Í rottulíkani af bráðri blóðþurrð af völdum alvarlegs blóðflæðis í 1 klst. var blóðflæði í nýrum metið í rauntíma með því að nota lita- og púlsbylgju (PW) Doppler ómskoðun [118]. Litadopplermyndataka leiddi einnig í ljós erfiðleikana við að sjá bogadregnar slagæðar vegna tiltölulega lítillar stærðar þeirra og hornréttrar staðsetningar rannsakans til að fanga slagæðaflæðið sem þarf til að reikna út blóðhraða og beita Doppler hornleiðréttingu. Hins vegar var aðeins hægt að reikna blóðhraðann í slagæðum innan nýrna, þ.e. hlutaslagæðum, millilagaslagæðum og bogadregnum slagæðum. Samkvæmt því var ekki hægt að afla upplýsinga um örhringrás vegna takmörkunar á upplausn sem hefðbundin ómskoðun gefur.

Með innleiðingu á ofurhraða Doppler ómskoðunartækni væri hægt að ná meiri upplausn með ómarkvissri bylgjusendingu sem sendir nokkrar samstilltar bylgjur á háum rammahraða samtímis í einu heilu sjónsviði, frekar en að skanna línu í hverja línu með því að nota fókus geislasending [119]. Þessi flugbylgjusending er grundvallarhugmyndin á bak við ofurhraða Doppler ómskoðun og gerir það mögulegt að greina barkæðar í ígræddu nýra úr mönnum með þvermál undir 1 mm [120]. Þar að auki, ofurhraða Doppler ómskoðun veitir mjög hagstæða in vivo tækni til að fylgjast með örvandi nýrna í forklínískum rannsóknum (Mynd 3A). Þrátt fyrir framfarir ofurhraðrar Doppler ómskoðunar, er aðgangur að háræðastigi enn háður notkun skuggaefnabættra lyfja [121]. Engu að síður eru engar mikilvægar öryggisáhyggjur þegar notaðar eru skuggaefnisbætandi efni fyrir Doppler ómskoðun, sérstaklega í samanburði við CT og MRI skuggaefni sem oft sýna eiturverkanir á nýru [122]. Hins vegar er hægt að ná ótrúlegri upplausn á nýrnaæðum músa in vivo (Mynd 3B).

Ómskoðun staðsetningarsmásjár (ULM) leysti skiptinguna milli staðbundinnar upplausnar og skarpskyggni dýpt með því annars vegar að beita ofurhröðri doppler ómskoðun og hins vegar með því að nota ómskoðun skuggaefni í formi gasfylltra örbóla [121,123,124]. Meðal annarra eru Errico o.fl. [123] lagði til ULM til að mynda höfuðbeina öræðar með þvermál 10 µm yfir allt dýpt músheila sem er um það bil 10 mm þykkt. Í nýlegu riti hafa Demené o.fl. [125] gæti fangað heila- og æðablóðflæði gangverki á smásjá stigi djúpt í mannsheilanum með því að fylgjast með örbólum sem sprautað er í bláæð fyrir sig til að bæta ofurupplausn myndgreiningar og gera æðaupplausn allt að 25 µm kleift. Til að ná tökum á þessu ótrúlega afreki er mikilvægt að nefna að engin önnur óífarandi myndgreiningaraðferð gæti séð smáæðakerfið in vivo undir millimetra kvarða. Til að ná þessari merku staðbundnu upplausn in vivo, voru tvær stórar áskoranir sem þurfti að sigrast á: höfuðkúpufrávik og hreyfingargripir. Jafnvel þó notkun ULM fyrir kviðarlíffæri eins og nýru sé ekki hindruð vegna frávika í beinbyggingum, þá eru hreyfigripirnir mjög erfiðir. Hins vegar, nýlegar rannsóknir in vivo gáfu fyrstu tilraunir til að mynda nýrnaæðakerfi með ULM [5,126,127].

Hægt var að greina mismunandi æðahólf innan rottunnar og með því að nota örbólur var upplausnin aukin til að sjá fyrir sér þunnt æðaknippi vasa recta sem eru aðskilin með 400 µm fjarlægð frá hvor öðrum [5]. Að auki hefur axial blóðhraði, þ.e. undir 2 mm/s, sem tengist flæði nýrna öræða, verið metinn með því að fylgjast með inndældum örbólum með þvermál 1 µm sem geta náð æðaþvermáli minni en 20 µm. Song o.fl. [127] myndaði nýrnabarkar öræðar kanína og gátu greinilega aðskilið æðar in vivo með þvermál 76 µm. Þrátt fyrir að hægt væri að leiðrétta hreyfingar öndunar, eru hreyfingar utan flugvélar enn krefjandi og ómögulegt að leiðrétta þar sem ekki var hægt að afla myndaupplýsinga að fullu [5].

Nýlega hefur framgangur AKI-til-CKD verið rannsökuð með skuggaaukinni ofurhröðri Doppler ómskoðun í múslíkani af einhliða IRI [6]. Með því að sprauta örbólum voru 32 µm litlar nýrnaæðar auðkenndar og æðabreytingar í nýrum magngreindar, þ.e. blóðrúmmál nýrna, æðaþéttleiki og tortuosity. Æðaþéttleiki cortex og corticomedullary junction sem fékkst með ómskoðun við in vivo myndgreiningu var í samræmi við magngreiningu sem fengin var eftir CD31 ónæmislitun sem er viðurkennd sem gullinn staðall í æðalíffræði. Þetta er í samræmi við aðra rannsókn, gerð af Cao o.fl. [128], sem sýndi fram á að hægt er að ákvarða alvarleika AKI með skuggaefnisaukaðri ómskoðun með örbólusprautun. Mælingar á nýrnaflæði in vivo eru nátengdar nýrnaskaða sem ákvarðaður er á vefjafræðilegu stigi.

Í samræmi við þessar ómskoðunarrannsóknir, Hueper o.fl. [7] hefur áður gefið til kynna að gegnflæði í nýrum gæti spáð fyrir um framvindu AKI-til-CKD, ákvarðað með segulómun.

Örbólubætt ómskoðun af æðakerfi nýrna hefur þegar verið framkvæmd með góðum árangri í mönnum til að ákvarða smáæðaflæði í nýrum og sýndi frábær sjónarhorn til greiningar [129-133]. Athyglisvert er að þessari myndgreiningaraðferð hefur verið beitt við nýrnaígræðslu til að ákvarða gegnflæðisstöðu nýrnaígræðslu sem getur veitt viðeigandi ekki ífarandi útlestur til að spá fyrir um bráða höfnun [134]. Fyrir utan rekstrarfíkn, sem getur verið takmörkun við notkun ómskoðunar, var styrkur samkomulags milli áheyrenda mjög mikill milli tveggja lesenda sem endurspeglar mikla hagkvæmni þegar sótt er um í klínísku umhverfi [132]. Vegna flytjanleikans og tímasparnaðar og einfaldrar sérsniðnar notkunar, gefur ómskoðun með skuggabættum örbólum frábær sjónarhorn til að meta smáæðakerfi nýrna í klínískri starfsemi, sérstaklega hjá gjörgæslusjúklingum [135]. Þessi tækni gefur því mikla fyrirheit um þýðingu yfir í klíníska vinnu eftir að hafa náð góðum tökum á leiðréttingu á hreyfihlutum í kviðarholi fyrir öfluga örbólumælingu með mikilli nákvæmni.

5. Ályktanir og sjónarhorn

Hið sláandi ólíka æðakerfi nýrna endurspeglar flókna starfræna fjölbreytileika hans og hólfaskiptingu, með rökrétt afleiðingu að rannsókn á smáæðumbreytingum og sjaldgæfum æðum krefst háþróaðra myndgreiningaraðferða. Þróun, beiting og endurbætur á in vivo myndgreiningaraðferðum til að rannsaka æðasjúkdóma í nýrum mun veita meiri skilning á verkun frumumeðferða eins og MSC á æðastigi og geta skýrt tiltekna lífvísa sem hægt er að fylgjast með meðan sjúkdómurinn versnar.

Heimildir

1. Chade, AR Uppbygging nýrnaæða og sjaldgæfa. Samgr. Physiol. 2013, 3, 817–831. [CrossRef] [PubMed]

2. Chade, AR Lítil æðar, stórt hlutverk: Nýrna örhringrás og framgangur nýrnaskaða. Háþrýstingur 2017, 69, 551-563. [CrossRef] [PubMed]

3. Ehling, J.; Bábícková, J.; Gremse, F.; Klinkhammer, BM; Baetke, S.; Knochel, R.; Kiessling, F.; Floege, J.; Lammers, T.; Boor, P. Magnbundin örtölvusneiðmyndataka af truflun á æðum í versnandi nýrnasjúkdómum. Sulta. Soc. Nephrol. 2016, 27, 520–532. [CrossRef] [PubMed]

4. Chen, TK; Knicely, DH; Grams, ME greining og stjórnun á langvinnum nýrnasjúkdómum: endurskoðun. Physiol. Hegðu þig. 2019, 322, 1294–1304. [CrossRef] [PubMed]

5. Foiret, J.; Zhang, H.; Ilovitsh, T.; Mahakian, L.; Tam, S.; Ferrara, KW Ómskoðun staðsetningarsmásjár til að mynda og meta smáæðakerfi í rottunýra. Sci. Rep. 2017, 7, 13662. [CrossRef] [PubMed]

6. Chen, Q.; Yu, J.; Þjóta, BM; Stocker, SD; Tan, RJ; Kim, K. Kidney Int. 2020, 98, 355–365. [CrossRef] [PubMed]

7. Hueper, K.; Gutberlet, M.; Rong, S.; Hartung, D.; Mengel, M.; Lu, X.; Haller, H.; Wacker, F.; Meier, M.; Gueler, F. Bráð nýrnaskaði: Merking slagæðasnúnings til að fylgjast með skerðingu á nýrnaflæði í músum—samanburður við vefjameinafræðilegar niðurstöður og nýrnastarfsemi. Geislafræði 2014, 270, 117–24. [Krossvísun]

8. Levy, BI; Schiffrin, EL; Mourad, JJ; Agostini, D.; Vicaut, E.; Safar, ME; Struijker-Boudier, HA Skert vefjaflæði, meinafræði sem er algeng fyrir háþrýsting, offitu og sykursýki. Upplag 2008, 118, 968–976. [Krossvísun]

9. Carmeliet, P.; Jain, RK Sameindakerfi og klínísk notkun æðamyndunar. Náttúra 2011, 473, 298–307. [Krossvísun]

10. Molema, G.; Aird, WC Æðamisleitni í nýrum. Semin. Nephrol. 2012, 32, 145–155. [Krossvísun]

11. Armulik, A.; Abramson, A.; Betsholtz, C. Endothelial/pericyte samskipti. Circ. Res. 2005, 97, 512–523. 03.16652.d7. [Krossvísun]

12. Attwell, D.; Mishra, A.; Hall, CN; O'Farrell, FM; Dalkara, T. Hvað er pericyte? J. Cereb. Metab blóðflæðis. 2016, 36, 451–5. [Krossvísun]

13. Evans, RG; Eppel, GA; Anderson, WP; Denton, KM Aðgerðir sem liggja að baki mismunastýringu á blóðflæði í nýrnamerg og heilaberki. J. Háþrýstingur. 2004, 22, 1439–1451. [Krossvísun]

14. Pallone, TL; Silldorff, EP; Turner, MR Blóðflæði innan nýrna: Líffærafræði öreinda og stjórnun mergflæðis. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 1998, 25, 383–392. doi:10.1111/j.1440-1681.1998.tb02220.x. [Krossvísun]

15. Pallone, TL; Edwards, A.; Mattson, DL Renal medullary circulation. Samgr. Physiol. 2012, 2, 97–140. [CrossRef] [PubMed]

16. Guerci, P.; Ergin, B.; Ince, C. Makró- og örhringrás nýrna. Best Practice. Res. Clin. Svæfingarlyf. 2017, 31, 315–329. [Krossvísun]

17. Shaw, I.; Rider, S.; Mullins, J.; Hughes, J.; Péault, B. Pericytes in the renal vasculature: Hlutverk í heilsu og sjúkdómum. Nat. Séra Nephrol. 2018, 14, 521–534. [Krossvísun]

18. Rosivall, L.; Peti-Peterdi, JJ Misleitni aðlægu slagæðarinnar - Fylgni milli formfræði og virkni. Nephrol. Hringdu. Ígræðsla. 2006, 21, 2703–2707. [Krossvísun]

19. Stefanska, A.; Kenyon, C.; Christian, HC; Buckley, C.; Shaw, I.; Mullins, JJ; Péault, B. Pericytes í nýrum úr mönnum framleiða renín. Nýra Int. 2016, 90, 1251–1261. [Krossvísun]

20. Schlondorff, DO Yfirlit yfir þætti sem stuðla að meinafræði versnandi nýrnasjúkdóms. Nýra Int. 2008, 74, 860–866. [Krossvísun]

21. Pallone, TL; Zhang, Z.; Rhinehart, K. Lífeðlisfræði nýrnamerg örhringrásar. Am. J. Physiol. Ren. Physiol. 2003, 284, F253–66. [CrossRef] [PubMed]

22. Pallone, TL Flóknir æðahnútar, þykkir útlimir á uppleið og aquaporins: Hreinsar út ytri medulla. Am. J. Physiol. Ren. Physiol. 2014, 306, 505–506. [CrossRef] [PubMed]

23. Zimmerhackl, BL; Robertson, CR; Jamison, RL The medullary microcirculation. Nýra Int. 1987, 31, 641–647. [CrossRef] [PubMed]

24. Dumas, SJ; Meta, E.; Borri, M.; Luo, Y.; Li, X.; Rabelink, TJ; Carmeliet, P. Svipgerðarfjölbreytileiki og efnaskipti. Nat. Séra Nephrol. 2021, 1–24. [Krossvísun]

25. Dumas, SJ; García-Caballero, M.; Carmeliet, P. Efnaskiptaeinkenni mismunandi svipgerða æðaþels. Stefna Endocrinol. Metab. 2020, 31, 580–595. [Krossvísun]

26. Jourde-Chiche, N.; Fakhouri, F.; Dou, L.; Bellini, J.; Burley, S.; Format, M.; Jarrot, PA; Kaplanski, G.; Le Quintrec, M.; Pernin, V.; o.fl. Uppbygging og virkni æðaþels í nýrnaheilbrigði og sjúkdómum. Nat. Séra Nephrol. 2019, 15, 87–108. [Krossvísun]

27. Long, DA; Norman, JT; Fínt, LG Endurheimtir smáæðakerfi nýrna til að meðhöndla langvinnan nýrnasjúkdóm. Nat. Séra Nephrol. 2012, 8, 244–250. [Krossvísun]

28. Choi, YJ; Chakraborty, S.; Nguyen, V.; Nguyen, C.; Kim, BK; Shim, SI; Suki, WN; Truong, LD Peritubular capillary tap er tengt við langvarandi tubulointerstitial skaða í manna nýrum: Breytt tjáning æðaþels vaxtarþáttar. Humm. Pathol. 2000, 31, 1491–1497. [Krossvísun]

29. Ishii, Y.; Sawada, T.; Kubota, K.; Fuchinoue, S.; Teraoka, S.; Shimizu, A. Meiðsli og stigvaxandi tap á háræðum í kviðarholi við þróun langvarandi nýrnakvilla í nýrnagræðslu. Nýra Int. 2005, 67, 321–332. [Krossvísun]

30. Serón, D.; Alexopoulos, E.; Raftery, MJ; Hartley, B.; Cameron, JS Fjöldi millivefs háræðaþverskurða metnir með einstofna mótefnum: Tengsl við millivefsskemmdir. Nephrol. Hringdu. Ígræðsla. 1990, 5, 889–893. [Krossvísun]