Evaluación del volumen renal con resonancia magnética: protocolo experimental, parte 1

Abstracto

La longitud y el volumen renales son parámetros importantes en la evaluación clínica de pacientes con diabetes mellitus, trasplante renal o estenosis de la arteria renal. El tamaño del riñón se utiliza en el diagnóstico primario para diferenciar entre la fisiopatología aguda (riñones bastante inflamados) y crónica (un riñón bastante pequeño).Volumen renal totaltambién es un biomarcador establecido en estudios para el tratamiento de la poliquistosis renal autosómica dominante (ADPKD). Hay varios factores que influyen en el tamaño de los riñones, y todavía existe un debate sobre el valor del tamaño de los riñones medido en términos de función renal o riesgo cardiovascular. El volumen renal se calcula con mayor frecuencia midiendo los tres ejes del riñón, suponiendo que el órgano se parece a un elipsoide. Por defecto, se miden los diámetros longitudinal y transversal del riñón. En modelos animales, la longitud y el volumen renal1 también son parámetros importantes en la evaluación del rechazo de órganos después del trasplante y en la determinación de insuficiencia renal debido a estenosis de la arteria renal, infecciones recurrentes del tracto urinario o diabetes mellitus. En general, el volumen renal total (TKV) es un parámetro valioso para predecir el pronóstico y monitorear la progresión de la enfermedad en modelos animales de enfermedades humanas como la enfermedad renal poliquística (PKD) o la lesión renal aguda (AKI) y la enfermedad renal crónica.ERC).

1. Introducción

RiñónEl tamaño se utiliza en diagnósticos primarios para diferenciar entre fisiopatologías agudas (riñones más bien inflamados) y crónicas (riñón más bien pequeño). La longitud y el volumen renales son parámetros importantes en la evaluación clínica de pacientes con diabetes mellitus, trasplante renal o estenosis de la arteria renal. El volumen renal total (TKV) también se califica como biomarcador en estudios para el tratamiento de la poliquistosis renal autosómica dominante (ADPKD). De acuerdo con las recomendaciones no vinculantes de la FDA, los desarrolladores de fármacos pueden utilizar este biomarcador para el contexto calificado de uso en presentaciones de solicitudes de nuevos fármacos en investigación, solicitudes de nuevos fármacos y solicitudes de licencias biológicas. Hay muchos factores que rigen el tamaño y el volumen de los riñones.

En los últimos años, la investigación sobre el uso de células madre y un remedio herbal chino para el tratamiento de enfermedades renales ha ganado gran atención. El principal mecanismo de las dos terapias es promover la reparación de los tejidos renales lesionados yproteger las funciones renales restantes. 

El remedio herbal chino, cistanche, se ha utilizado en la medicina tradicional china para tratar diversas enfermedades renales crónicas desde la antigüedad. Se informa que la cistanche tiene el potencial de reducir la inflamación,reducir la fibrosis renal, y promover la síntesis de componentes de la matriz extracelular. Se ha revelado que estos efectos se deben a sus componentes bioactivos, que incluyen muchas sustancias fenólicas, triterpenoides y cumarinas.

Por otro lado, la tecnología de células madre ha supuesto una revolución en la práctica médica. La investigación ha demostrado que las células madre pueden diferenciarse en varios tipos de células renales y realizar actividades terapéuticas, incluida la protección de los tejidos renales funcionales restantes, la ralentización de la fibrosis tisular y la reparación de los tejidos renales dañados.

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En última instancia, la combinación de la medicina tradicional china con la ciencia moderna podría ser la clave para tratar diversas enfermedades renales. Esta estrategia ha sido aceptada gradualmente por la comunidad médica y los estudios ya han demostrado que la terapia combinada de cistanche y el tratamiento con células madre puede reducir considerablemente la tasa de mortalidad de las enfermedades renales.

En conclusión, el uso decistanchey el tratamiento con células madre en el tratamiento de enfermedades renales muestra un gran potencial y requiere más investigación. La terapia combinada de los dos tratamientos podría proporcionar una mejor opción de tratamiento para quienes enfrentan enfermedades renales.

En los pacientes, el volumen renal es probablemente uno de los parámetros predictivos más importantes de la pérdida de la función renal. Por lo tanto, se recomienda una determinación del tamaño del riñón para pacientes en riesgo. Por ejemplo, pacientes con ADPKD<30 years with a combined renal volume >1500 ml y una tasa de filtración glomerular estimada (eGFR)<90 mL/min are at high risk even with otherwise normal renal function. Such patients will need renal replacement therapy within 20 years. In ADPKD patients renal volume measurements have been studied extensively and provide a method for patient stratification, monitoring of disease progression, and therapeutic efficacy [1–3].

Además, las decisiones terapéuticas se basan con frecuencia en el tamaño del riñón y, por ejemplo, se evalúan de forma rutinaria en el seguimiento de pacientes con estenosis renal o para la evaluación de candidatos a trasplante renal [4, 5]. Por lo tanto, es importante emplear un método de medición que proporcione resultados exactos y precisos in vivo.

En modelos animales, la longitud y el volumen renal también son parámetros importantes en la evaluación del rechazo de órganos después del trasplante y en la determinación de insuficiencia renal debido a estenosis de la arteria renal, infecciones recurrentes del tracto urinario o diabetes mellitus. En general, el volumen renal total (TKV) es un parámetro valioso para predecir el pronóstico y monitorear la progresión de la enfermedad en modelos de poliquistosis renal (PKD). Aún así, hasta el momento, no existe un estándar de oro para la volumetría renal in vivo.

El volumen renal se calcula con mayor frecuencia midiendo los tres ejes del riñón, suponiendo que el órgano se parece a un elipsoide. Por defecto, se miden los diámetros longitudinal y transversal del riñón. El volumen renal se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula de aproximación (en humanos, estos datos de volumen renal se correlacionan bien con la longitud y la edad del cuerpo) (ver Fig. 1):

volumen {{0}} largo × ancho × profundidad promedio × 0,5.

La resonancia magnética anatómica convencional ofrece fácil acceso a datos de imágenes de alta calidad. El volumen renal se reproduce de manera confiable y las mediciones se pueden realizar con un sesgo mínimo y una baja variabilidad entre operadores e intraoperadores [6]. En el método de recuento de vóxeles, el cálculo preciso se ve facilitado por la adquisición de múltiples imágenes consecutivas que seccionan el riñón. Después de la identificación de los límites de los órganos, la suma de todos los volúmenes de vóxeles que se encuentran dentro de los límites de los órganos proporciona el volumen renal total. Si bien este enfoque es muy preciso, también requiere mucho tiempo. Transferir la medición de TKV a la práctica diaria requiere técnicas y protocolos de imágenes que estén ampliamente disponibles y que sean fáciles de emplear y rápidos. Además, se necesitan métodos para la interpretación de los resultados que sean factibles y fáciles de aplicar. Para este propósito, se encuentran disponibles herramientas de análisis de imágenes de código abierto que facilitan la determinación rápida y fácil de TKV.

Para la RM anatómica del riñón, las secuencias de RM potenciadas en T2 son la modalidad de elección. Proporcionan un excelente contraste entre los diferentes tejidos y los diferentes compartimentos del propio riñón. Las secuencias de imágenes ponderadas en T2 de eco de espín estándar consumen mucho tiempo debido a los largos tiempos de repetición TR. Sin embargo, todavía ofrecen la mejor calidad de imagen con respecto a la reproducibilidad y la variabilidad entre cortes. Además, tales secuencias se pueden modificar fácilmente.

2 materiales

2.1 Animales

Estos protocolos experimentales están diseñados para ratones (C57BL/6J) con una masa corporal de 20 a 30 g. Los consejos para la adaptación a ratas (Wistar, Sprague-Dawley o Lewis) se dan en el Subtítulo 4 cuando es necesario.

2.2 Equipo de laboratorio

3. Dispositivos para el control fisiológico de ECG, temperatura y respiración, para activar la adquisición de imágenes: por ejemplo, SAI (Modelo 1030, SAII, Stony Brook, NY, EE. UU.).

2.3 Equipo de resonancia magnética

Los requisitos generales de hardware para la resonancia magnética 1H renal en ratones y ratas se describen en el capítulo de Ramos Delgado P et al. "Consideraciones de hardware para la resonancia magnética preclínica del riñón" (acceso abierto). La técnica descrita en este capítulo se diseñó para un sistema de RM de 9,4 T (Biospec 94/20, Bruker Biospin, Ettlingen, Alemania), pero se recomienda la adaptación a otras intensidades de campo y sistemas (p. ej., 4,7 T Varian y 3 T Siemens Skyra RM humana). escáner que utiliza una bobina de RF para la muñeca (para la recepción de la señal) o una bobina de RF para la rodilla (transmisión-recepción)) cuando sea necesario.

Con los sistemas de resonancia magnética preclínica, las bobinas de RF de volumen que cubren todo el cuerpo del ratón o la rata se pueden usar para la transmisión y recepción de señales. Sin embargo, si es necesario, la relación señal-ruido (SNR) puede elevarse mediante el uso de bobinas de RF de recepción de superficie dedicadas (es decir, bobina de RF de superficie de cuatro elementos de corazón de ratón o bobina de RF de superficie de cuatro elementos de corazón de rata) en combinación con bobinas de transmisión polarizadas linealmente. -Solo bobinas de RF de volumen.

2.4 Protocolos de resonancia magnética

Para la RM anatómica del riñón, las secuencias de RM ponderadas en T2-es la modalidad de elección. Las técnicas de imágenes aceleradas están disponibles en todos los sistemas de resonancia magnética. En los sistemas de Bruker, se identifican con los acrónimos "RARE" o "turboRARE" (para relajación mejorada de adquisición rápida). En Philips y Siemens, los escáneres de tales secuencias generalmente se denominan "FSE" o "TSE" (para eco de espín rápido o eco de espín turbo).

2.5 Herramientas de análisis de imágenes

1. ImageJ y la herramienta Varita versátil.

2. gélido.

3 métodos

Los volúmenes renales se pueden calcular de varias maneras, usando la fórmula del elipsoide o el método de conteo de vóxeles. Para el cálculo de la fórmula del elipsoide, la longitud se determina en los escaneos sagitales. El ancho y el grosor se medirán en el hilio en los escaneos transversales. El ancho también se puede medir en el diámetro transversal más grande. Se calcularán tanto el volumen-hilo como el volumen-máximo. Las mediciones de volumen con la fórmula del elipsoide se pueden realizar fácilmente en menos de 2 minutos. En la mayoría de los estudios clínicos, el método del elipsoide se aplica comúnmente para la evaluación del volumen renal. Con este método, se supone que el riñón se asemeja a una estructura elipsoide. Esto conduce a una subestimación sistemática del volumen renal. De hecho, el riñón no es una verdadera estructura elipsoide.

5. Establezca un ancho de banda de adquisición alto (BW) para acortar ΔTE, mientras vigila la SNR, que disminuye con la raíz cuadrada de BW. La baja SNR se puede equilibrar con un promedio (consulte la Nota 5).

6. Habilite la saturación de grasa. En los sistemas de campo ultraalto, esto funciona bien para evitar que las señales de grasa se superpongan al riñón debido a cambios químicos. A intensidades de campo más bajas, podría funcionar de manera menos eficiente.