Obtención de imágenes de la microcirculación renal en la terapia celular

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Katerina Apelt y

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Resumen:

Renalrarefacción microvascular juega un papel fundamental en la progresivariñónenfermedad. Por lo tanto, las modalidades para visualizar la microcirculación del riñón aumentarán nuestra comprensión de los mecanismos de la enfermedad y, en consecuencia, pueden proporcionar nuevos enfoques para evaluar la terapia basada en células. Por el momento, sin embargo, la práctica clínica carece de modalidades de imagen no invasivas, seguras y eficientes para monitorear los cambios microvasculares renales a lo largo del tiempo en pacientes que padecen enfermedad renal. Para enfatizar la importancia, resumimos el conocimiento actual de la microcirculación renal y discutimos la participación en la enfermedad renal progresiva. Además, se presenta una descripción general de las técnicas de imagen disponibles para descubrir la morfología, función y comportamiento microvascular renal con los beneficios y limitaciones asociados. En última instancia, la necesidad de evaluar e investigar la enfermedad renal en base a lecturas in vivo con una resolución hasta el nivel capilar puede proporcionar un cambio de paradigma para el diagnóstico y la terapia en el campo de lanefrología.

Palabras clave: riñón; microcirculación; microvascularrarefacción; terapia celular; imágenes

1. Introducción

La vasculatura renal tiene una arquitectura anatómicamente compleja, que refleja su función fisiológica única [1]. A pesar de la adaptación altamente dinámica de la red microvascular a los cambios hemodinámicos, la disfunción vascular puede ser la consecuencia o incluso la causa deriñóndesarrollo y progresión de la enfermedad [2,3]. En consecuencia, la disfunción microvascular puede servir como un sello distintivo temprano de la lesión renal fibrótica, lo que implica que la evaluación y validación no invasiva de la arquitectura y función microvascular renal sería una gran mejora para evaluar la eficacia de las terapias dirigidas a la reducción de la fifibrosis renal.

En la práctica clínica, la gravedad de las enfermedades crónicasriñónLa enfermedad renal crónica (ERC) se clasifica en función de la tasa de filtración glomerular (TFG), que se refleja en forma leve (60–89 ml/min/1,73 m2), moderada (30–59 ml/min/1,73 m2) o grave (15–29 ml/min/1,73 m2). min/1,73 m2) disminuidoriñónfunciónbasado en categorías predefinidas [4]. La progresión de la enfermedad a ERC avanzada y enfermedad renal en etapa terminal (ESRD) se define por la aparición de glomeruloesclerosis y fifibrosis tubulointersticial con una TFG de menos de 15 ml/min/1,73 m2. Varios estudios han demostrado que el fenómeno de la pérdida de capilares renales, es decir, la rarefacción microvascular renal, se correlaciona estrechamente con la gravedad de la enfermedad renal y está implicado en la biología de la progresión posterior hacia la ERC [3,5–7]. La formación de fifibrosis renal se destacó como una característica central de dicha pérdida de capilares peritubulares y la consiguiente pérdida de epitelio renal. Si la microvasculatura del riñón puede protegerse o incluso restaurarse, la integridad del tejido estructural renal mejoraría y se podría prevenir la progresión de la enfermedad [2,8]. Además, potencialmente se puede definir una ventana terapéutica para evaluar la gravedad de la lesión antes de que el grado de daño renal sea irreversible. En particular, la utilización de terapias celulares, como las aplicaciones prometedoras de células estromales mesenquimales (MSC), se puede evaluar y refinar para tratar enfermedades vasculares renales. Sin embargo, una comprensión detallada de la rarefacción microvascular renal todavía se ve obstaculizada por la ausencia de modalidades de imagen que permitan un control no invasivo y de alta resolución de la arquitectura y la funcionalidad de los vasos.

En esta revisión, resumimos el conocimiento actual de la microvasculatura renal y los mecanismos patológicos que pueden afectar la microcirculación. Discutimos la importancia de los pericitos y brindamos información sobre su papel central en la causa de la progresión de la enfermedad renal a través de la disfunción microvascular y la rarefacción, así como el desarrollo deriñónfibrosis. Posteriormente describimos nuevos desarrollos en técnicas de imagen que podrían monitorear tales cambios en la microcirculación renal.

2. La Vasculatura Renal

2.1. La Circulación Sanguínea Renal

La microvasculatura del cuerpo humano consta de arteriolas, capilares y vénulas y efectúa el intercambio de oxígeno, nutrientes y metabolitos entre la sangre y el tejido circundante [8,9]. Evidentemente, la función vital de la microcirculación está estrictamente regulada en función de las necesidades metabólicas del órgano. La principal responsabilidad de las arteriolas es regular el flujo sanguíneo ajustando la resistencia para asegurar que se pueda ejecutar el intercambio vital a nivel de los capilares [10]. En este sentido, la adaptación continua a la demanda homeostática del tejido subyacente depende principalmente de la plasticidad dinámica de las células endoteliales. Al mismo tiempo, la salud endotelial de la microcirculación depende de la estrecha comunicación intercelular con los pericitos que estabilizan físicamente los vasos sanguíneos, regulan la angiogénesis y controlan el flujo sanguíneo [11,12].

El riñón es un órgano altamente vascularizado que exhibe características morfológicas y funcionales únicas que reflejan la notable heterogeneidad de su red vascular [1,10]. La sangre ingresa al riñón a través de la arteria renal a través del hilio (Figura 1), que luego se divide dicotómicamente en la pelvis renal en arterias segmentarias y se ramifica progresivamente al nivel del cáliz menor en arterias interlobulares que se extienden entre las pirámides renales [1,13 ]. En el límite entre la corteza y la médula, las arterias interlobulares desembocan en las arterias arqueadas, formando una separación anatómica entre ambos compartimentos renales [1]. En la corteza, las arterias interlobulillares, también conocidas como arterias radiadas corticales o arteriolas penetrantes corticales, surgen perpendicularmente de las arterias arqueadas y divergen en arteriolas aferentes para irrigar las diversas ramas del árbol glomerular. Según la ubicación de los glomérulos, la sangre filtrada se junta en el plexo capilar cortical que rodea los túbulos proximales y distales o en el plexo capilar medular a nivel del asa de Henle. Finalmente, la sangre drena hacia el sistema venoso que corre en paralelo a la red arterial que sale del riñón a través de la vena interlobulillar, arqueada, interlobar, segmentaria y, finalmente, la vena renal justo encima del uréter. En términos generales, este patrón vascular básico se conserva en los mamíferos [14,15].

2.2. Las Redes Capilares del Riñón

La complejidad de la arquitectura de la microvasculatura renal se refleja en una morfología diversa de los diferentes vasos sanguíneos renales (Figura 2). La heterogeneidad estructural y funcional del endotelio renal y las células perivasculares que lo rodean van de la mano con el tipo de red capilar [15-17]. De hecho, la presencia de varios lechos capilares es una característica notable que asegura la filtración a través de la red capilar glomerular, así como la secreción y reabsorción a través de la red capilar peritubular y la red capilar medular [1,13,14]. La microcirculación cortical asegura principalmente la reabsorción del filtrado glomerular, mientras que la excreción de sal y agua está predominantemente regulada por el compartimento microvascular medular [14]. Curiosamente, a pesar de que la médula produce aproximadamente el 30 por ciento de la masa total de tejido renal, solo el 10 por ciento del flujo sanguíneo renal total (FSR) comprende esta parte [10]. Según la posición anatómica, la microcirculación renal se puede dividir en (i) microcirculación cortical; y (ii) microcirculación medular [13,14].

La microcirculación cortical está separada físicamente por las arterias arqueadas que dan lugar a las arterias interlobulillares que se ramifican desde ambos lados en varias arteriolas aferentes para irrigar la red capilar glomerular [14]. La ramificación ocurre en un ángulo diferente según la ubicación de los glomérulos dentro de la corteza. A través de la arteriola aferente, la red capilar glomerular que consta de 6 a 8 asas capilares recibe sangre que sale a través de la arteriola eferente después de ser filtrada [10]. Los capilares glomerulares (Figura 2a) están formados por un endotelio fenestrado delgado, continuo y en su mayoría plano, que está cubierto por podocitos. Las áreas fenestradas pueden ocupar hasta el 20-50 por ciento de toda su superficie celular [16]. Los glomérulos corticales componen el 90 por ciento de todos los glomérulos presentes en el riñón y, por lo tanto, no sorprende que la mayor parte del RBF fluya predominantemente [13]. El 10 por ciento restante de todos los glomérulos están situados en el borde córtico-medular y son de mayor tamaño. Además de las diferencias de tamaño de los glomérulos, las diferencias estructurales de las arteriolas aferentes y eferentes que irrigan los glomérulos corticales y yuxtamedulares pueden explicarse por la importancia de preservar la presión capilar.

Para garantizar una filtración sanguínea adecuada, la diferencia de diámetro entre las arteriolas aferentes corticales (Figura 2b) y eferentes corticales (Figura 2c) es de 15 µm frente a 10 µm [13]. La presión arterial se regula en el lado de las arteriolas aferentes a través de cambios de resistencia que explican el endotelio continuo que está envuelto por células de músculo liso (SMC) [18]. Una inspección más cercana de la arteriola aferente revela la presencia de dos segmentos vasculares en lugar de un endotelio uniforme a lo largo de toda la longitud del vaso como se encuentra comúnmente. La parte proximal de la arteriola aferente está compuesta por un endotelio no permeable con SMC estrechamente dispuestas, que son necesarias para la contracción de los vasos. A diferencia de la parte distal, que se encuentra próxima al glomérulo y consta de un endotelio permeable debido a la presencia de fenestración. Curiosamente, esta fenestración es una característica poco común en los vasos con presión intravascular alta. Además, los pericitos productores de renina en forma de cubo envuelven la parte distal de la arteriola aferente para mediar en la regulación de la presión arterial local en el glomérulo [17,19].

La sangre filtrada sale de cada uno de los glomérulos corticales a través de la arteriola eferente para unirse en el denso plexo capilar cortical que rodea los túbulos renales [10]. Además del sistema capilar glomerular, este segundo compartimento capilar se conoce como sistema capilar peritubular [16]. Los capilares peritubulares (Figura 2d) son fenestrados y de paredes delgadas con un diámetro promedio de aproximadamente 7 µm [13,15]. Esos capilares aportan oxígeno y nutrientes a los túbulos situados en la corteza renal, pero no necesariamente a aquella de la que se originan [10,15]. Los capilares peritubulares exhiben un endotelio más continuo, así como un diámetro más pequeño en comparación con los capilares medulares de los vasos rectos [13,16]. En la enfermedad renal, la lesión glomerular finalmente influirá en los capilares peritubulares dispuestos secuencialmente aguas abajo y, por lo tanto, acelerará la progresión de la enfermedad renal [10,20].

La arteriola aferente yuxtamedular (Figura 2e) tiene un diámetro aproximado de 20 µm, mientras que la arteriola eferente yuxtamedular (Figura 2f) tiene un diámetro interno más grueso de 20–25 µm [13]. La arteriola eferente que sale del glomérulo yuxtamedular está muy rodeada por varias SMC. Esta notable diferencia en el diámetro de los vasos, así como una mayor muscularización, está suscitando el debate sobre la implicación de este tipo de glomérulos en la isquemia. Parece que la arquitectura vascular renal está organizada de cierta manera para preservar la médula del daño isquémico. Existe la hipótesis de que las arteriolas aferentes y eferentes de los glomérulos yuxtamedulares pueden no ser responsables de regular la sangre medular (MBF), pero esto también estaría en contradicción potencial con su función de controlar la tasa de filtración glomerular [21]. En cambio, parece que los vasos rectos descendentes (DVR) de los haces vasculares situados en la franja interna de la médula externa son los encargados de controlar el FSM, lo que podría explicar el elevado número de pericitos que envuelven este compartimento vascular. Por lo tanto, el DVR juega un papel clave en la regulación a largo plazo de la presión arterial [13]. Las arteriolas eferentes conectadas a los glomérulos yuxtamedulares fluyen a través de los haces vasculares, que están situados en la franja interna de la médula externa y se convierten en el DVR. El DVR da lugar a la red capilar medular que está conectada a los vasos rectos ascendentes (AVR) [1].

La microcirculación medular comienza cuando las arteriolas eferentes originadas en los glomérulos yuxtamedulares penetran más profundamente en el tejido para irrigar el 30 por ciento restante del tejido renal conocido como médula [13,14]. La médula de una pirámide renal se divide anatómicamente en dos partes: la médula externa situada justo debajo de la corteza, seguida por la médula interna que se extiende hasta el vértice del parénquima, llamada papila. En general, el número de capilares medulares aumenta a partir de la punta de la pirámide renal. Una observación más cercana indica que la médula externa se puede subdividir en la tira exterior y la tira interior altamente vascularizada que contiene el plexo capilar denso y el plexo entre haces [15]. Los capilares entre haces se caracterizan por un endotelio fenestrado y están vinculados a la vena arqueada [14,22].

Cada arteriola eferente yuxtamedular se divide en varios haces, conocidos como haces vasculares, para formar las ramas del DVR (Figura 2g) que tienen un diámetro mayor en comparación con los capilares peritubulares de la corteza [15,23]. Varios pericitos están unidos al endotelio del DVR de los haces vasculares [17]. Curiosamente, el número de pericitos que envuelven los vasos disminuye en DVR (Figura 2h) de la médula interna [15,17]. Esta disposición morfológica del DVR en el compartimento externo e interno de la médula refleja su doble función [10]. Para elaborar, la vasoconstricción del DVR aparece principalmente en la parte proximal, que se sitúa en la parte externa del bulbo raquídeo [15]. Sin embargo, en la parte distal, es decir, en el interior del bulbo raquídeo, tiene lugar principalmente el intercambio de electrolitos. Esta diferencia anatómica implica directamente una subpoblación distinta de pericitos en términos de apariencia morfológica y propiedad funcional [15,17].

En lo profundo de la médula interna, varias ramas del DVR se dividen en una red capilar compleja antes de conectarse al AVR significativamente más pequeño [10]. El endotelio de la DVR es continuo, a diferencia de las células endoteliales de la AVR (Figura 2i), que están muy fenestradas. Eventualmente, toda la sangre se recolecta del AVR, así como los capilares peritubulares del plexo capilar cortical hacia el sistema venoso. Generalmente, las venas renales muestran una pared vascular extremadamente delgada y las venas interlobulillares, arqueadas e interlobulares están fenestradas y contienen diafragmas. Sorprendentemente, las venas interlobulillares muestran en general mayores similitudes con los capilares peritubulares que con las venas debido al epitelio delgado y muy fenestrado.

Los diferentes segmentos microvasculares renales y su elegante apariencia morfológica a nivel celular hacen sospechar que la complejidad existente se traduce en un mecanismo de enfermedad aún más complicado. Por lo tanto, la siguiente sección se enfoca en los procesos subyacentes involucrados en las disfunciones microvasculares renales.

3. Disfunciones microvasculares renales

3.1. Disfunción endotélica

El endotelio renal está mayormente inactivo en condiciones fisiológicas; sin embargo, en respuesta a cambios en el microambiente, es decir, estrés de cizallamiento, hipoxia, estrés oxidativo o inflamación, se produce la activación de las células endoteliales y se producen factores de crecimiento angiogénicos [24]. Según el desencadenante, la activación de las células endoteliales puede inducir un fenotipo proinflamatorio y protrombótico para promover la adhesión de las células inmunitarias y la infiltración para la formación de microtrombos. Sin embargo, para mantener la barrera vascular para una amplia función reguladora adecuada y permeabilidad para el transporte de solutos, es esencial regular estrechamente el estado metabólico de las células endoteliales quiescentes, así como activadas.

La integridad de los tejidos y la función de los órganos dependen principalmente de una perfusión adecuada de la red microvascular [8]. Por lo tanto, no sorprende que las células endoteliales exhiban una gran plasticidad para asegurar la adaptación dinámica a los cambios ambientales ajustando el número de capilares, la forma morfológica y la función [1,2,8]. Sin embargo, un período prolongado de presión arterial elevada provoca cambios irreversibles en la microcirculación, dando lugar a células endoteliales lesionadas caracterizadas por propiedades de adaptación deterioradas. Esta homeostasis interrumpida se refleja en una reducción del óxido nítrico (NO), el factor inducible por hipoxia-1 (HIF-1) y el factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF), junto con un aumento de otros factores como como angiostatina, endostatina y trombospondina [1]. En particular, la susceptibilidad a la disfunción endotelial en el riñón es diversa y depende del tipo de célula endotelial ubicada dentro de los diferentes compartimentos de la microcirculación renal [16,24]. Para dilucidar los fenotipos heterogéneos de las células endoteliales renales y su diferente respuesta a los cambios microvasculares, Dumas et al. [25] proporcionó recientemente un atlas de alta resolución del endotelio renal mediante el uso de secuenciación de ARN de una sola célula.

La disfunción endotelial a menudo coexiste con una disminución aguda y progresiva de la función renal [24]. Este mal funcionamiento provoca un aumento de la resistencia vascular, que se acompaña de una reducción del RBF [26]. Un período prolongado de vasoconstricción provoca una perfusión tisular inadecuada y la activación de factores de estrés y crecimiento que conducen a cambios morfológicos [1]. Dependiendo de la severidad y especialmente de la duración de cualquier daño dado, el RBF puede alterarse irreversiblemente al introducir cambios estructurales en la microcirculación. Esos cambios morfológicos son causados ​​por un proceso conocido como remodelación microvascular. La remodelación microvascular se define como la respuesta a los cambios funcionales de la microvasculatura, que en consecuencia pueden provocar una alteración de la arquitectura microvascular a nivel estructural en un último intento por alcanzar la homeostasis hemodinámica [1,2,8]. Por último, la disfunción endotelial puede dar lugar a un fenómeno denominado "falta de reflujo", por el que no se puede restaurar la perfusión, lo que finalmente conduce a un daño de las células epiteliales tubulares que provoca una lesión renal aguda (IRA) [24].

Es de gran importancia resaltar que la disfunción endotelial no solo está asociada con la enfermedad renal, sino que también impulsa activamente la progresión de la enfermedad [24]. El mal funcionamiento microvascular renal se refleja en la disfunción endotelial provocada por la lesión celular, que perturba la estrecha interacción de los pericitos con la capa endotelial y dificulta la comunicación celular.

3.2. Participación de los pericitos en la disfunción renal

Una característica central de la ERC es la pérdida progresiva de la red de capilares peritubulares, un proceso que se conoce como rarefacción [27]. La fifibrosis tubulointersticial, así como el epitelio tubular dañado, está precedida por esta rarefacción capilar en el riñón [27], mientras que esta rarefacción microvascular está directamente relacionada con la gravedad de la fifibrosis [28,29]. Además, se ha descubierto que la extensión de la rarefacción predice el grado de daño intersticial, así como los cambios en la tasa de filtración glomerular en pacientes con ERC [28]. Estos hallazgos sugieren un papel temprano y limitante de la tasa de desestabilización/pérdida microvascular en el desarrollo de la ERC y la patogenia de la fibrosis [30]. La activación crónica de las células endoteliales por factores de riesgo cardiovascular puede infligir la pérdida de pericitos que desempeñan un papel fundamental en la estabilización y proliferación de los capilares a través de interacciones con las células endoteliales [31]. De hecho, la evidencia acumulada señala la importancia de los pericitos y su participación en la salud microvascular renal [17].

Los pericitos son células murales perivasculares con prolongaciones alargadas que recubren el endotelio y que están incrustadas en la membrana basal de los capilares [32]. Son células de origen mesenquimatoso y surgen de la caja Forkhead D1 (FoxD1) más la población progenitora del estroma, que también dan lugar a otras células murales de la vasculatura renal, incluidas las SMC, los fibroblastos residentes, las células de renina y las células mesangiales [33], mientras que todas las células endoteliales de la vasculatura renal se originan a partir de la leucemia de células madre (SCL) más sus progenitores [34]. Los pericitos son diferentes de los fibroblastos residentes (perivasculares) ya que están incrustados en la membrana basal vascular, pero la mayoría de los estudios en el riñón no distinguen entre pericitos y fibroblastos perivasculares [31,35], probablemente debido a la falta de marcadores específicos. Los marcadores que se usan comúnmente para identificar pericitos incluyen el receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFR), el proteoglicano de sulfato de condroitina NG2, la actina del músculo liso (SMA), el grupo de diferenciación 73 (CD73) y PDGFR, pero estos marcadores identifican diferentes ( superposición) subconjuntos de pericitos localizados en diferentes regiones anatómicas, lo que refleja la heterogeneidad de esta población celular [17] y muy probablemente también la heterogeneidad funcional. Los pericitos regulan estrechamente el desarrollo vascular, la estabilización, la maduración y la remodelación [11] y controlan el flujo sanguíneo mediante la vasoconstricción. Los pericitos están regulados funcionalmente por factores vasoconstrictores como la angiotensina II y el trifosfato de adenosina (ATP), así como por factores vasodilatadores como el NO y las prostaglandinas [17]. La maduración de los vasos sanguíneos depende del reclutamiento de células perivasculares para estabilizar la vasculatura y controlar la presión arterial [12].

En el riñón, los pericitos envuelven las partes distales de las arteriolas aferentes de los glomérulos corticales y están presentes principalmente en los capilares peritubulares y en los vasos rectos [13,19]. Además, las células mesangiales son un subconjunto (especializado) de pericitos renales que son importantes para mantener el soporte estructural de los capilares glomerulares y regular la hemodinámica glomerular. Además, los pericitos yuxtaglomerulares contráctiles ubicados en las arteriolas median la presión arterial glomerular local y afectan la presión arterial sistémica a través de la secreción de renina [19]. Curiosamente, las células precursoras de renina que se derivan del compartimento estromal están vinculadas espaciotemporalmente con el desarrollo de vasos sanguíneos, mientras que se demostró que la formación de ramas arteriales está precedida por la aparición de células que expresan renina en el punto de ramificación [33,36]. Además, utilizando el pez cebra informador de renina transgénico, se demostró que las células que expresan renina preceden a los brotes angiogénicos [37]. En el riñón de ratón adulto, también se observan células de origen renina en ubicaciones perivasculares y se tiñen conjuntamente con marcadores de pericito (PDGFR/NG2) [38], lo que sugiere un papel posiblemente importante para este subconjunto en el mantenimiento vascular.

3.3. Interacciones de señalización de pericito y células endoteliales

Los pericitos interactúan con las células endoteliales a través de una multitud de interacciones recíprocas que regulan las vías de señalización requeridas para la estabilización y la germinación angiogénica. Señal de pericito al endotelio a través de factores secretados como VEGF, PDGF, factor de crecimiento transformante (TGF-) y angiopoyetina-1 (Ang-1), así como por diafonía directa endotelial-pericito [39 ]. De manera similar, el endotelio envía señales a las células estromales circundantes utilizando factores como la angiopoyetina-2 (Ang-2) ​​y PDGF. Ang-2 interfiere negativamente con la señalización de Tie-2 mediada por Ang-1-, lo que da como resultado la interrupción de la interacción pericito-célula endotelial y la posterior desestabilización de los vasos y remodelación microvascular anormal [40,41]. La importancia crítica de la interacción entre las células estromales perivasculares y las células endoteliales en el mantenimiento de la red capilar también se evidencia en estudios con ratones, que demuestran que, cuando se obstaculiza la inversión de pericitos, la red capilar se desestabiliza y se produce una rarefacción [42]. Por ejemplo, la hiperglucemia aumenta la expresión de Ang-2 endotelial, lo que hace que las células estromales perivasculares migren lejos de los capilares [43]. Estudios recientes de nuestro laboratorio demostraron que tanto en ratas [44] como en riñones de donantes humanos [45] la lesión por isquemia-reperfusión conduce a una rápida elevación del equilibrio Ang-2/Ang-1, que se asocia con pérdida de la integridad microvascular. Además, en pacientes con diabetes, se observó una reversión de la salud capilar y una disminución de la relación Ang-2/Ang{-1 y trombomodulina soluble (marcador de lesión de las células endoteliales) dentro de los 12 meses posteriores al trasplante simultáneo de riñón y páncreas [46 ]. Además de las vías de angiopoyetina/Tie2 [47], la diafonía endotelial-pericito está regulada por la señalización de la superfamilia TGF [48], VEGF [49] y las vías de señalización de esfingosina-1-fosfato (S1P) [50].

3.4. Pericitos como precursores de miofifibroblastos

Los modelos de rastreo de linaje genético murino han demostrado que los pericitos (y otras células perivasculares) son la principal fuente de miofifibroblastos positivos para -SMA en modelos de ratón con fifibrosis renal [51,52]. De hecho, un elegante estudio reciente que involucró la secuenciación de ARN de una sola célula identificó tres fuentes principales de miofibroblastos en riñones humanos: (i) NOTCH3 más RGS5 más PDGFR − pericitos; (ii) MEG3 más PDGFR más fibroblastos; y (iii) COLEC11 más CXCL12 más fibroblastos [53]. Durante la diferenciación de pericito a miofibroblasto, se observaron cambios en el ciclo celular que son consistentes con la diferenciación y expansión, y las vías enriquecidas incluyeron WNT canónico y señalización de la proteína activadora-1 (AP-1), así como activación de la transcripción factor 2 (ATF2), PDGFR, integrina, interacción con el receptor de la matriz extracelular (ECM) y vías de señalización del TGF [53]. Se ha demostrado previamente que una pequeña fracción de la población de células PDGFR plus consta de progenitores Gli1 plus perivasculares que marcan una población de células similares a MSC perivasculares que también se demostró que contribuyen de manera clave a la fifibrosis de órganos inducida por lesiones mediante la generación de miofifibroblastos [54] . Además, se demostró que el homólogo 1 del oncogén asociado al glioma (Gli1) más la pérdida de pericitos induce la rarefacción capilar y la lesión del túbulo proximal [55]. Es de destacar que, dado que los pericitos se han vinculado previamente y están estrechamente relacionados con las MSC [56], esto también plantea la cuestión de si un subconjunto de pericitos podría ser MSC y, como tal, contribuir a la regeneración renal. De hecho, muchos estudios han encontrado un papel similar a un progenitor multipotente para los pericitos en varios tejidos [35,57,58].

En conjunto, la rarefacción microvascular contribuye directamente al conjunto de miofibroblastos que son responsables de la generación excesiva de proteínas de la matriz extracelular que son el componente principal del tejido cicatricial en la fibrosis. Además, la transición de pericito a miofibroblasto provoca el desprendimiento de los pericitos de la pared vascular, lo que da como resultado capilares inestables que en sí mismos causarían rarefacción [52]. Sin embargo, el principal impacto de la rarefacción en la patogenia de la insuficiencia renal crónica está causado por una pérdida de perfusión renal que exacerba aún más la isquemia medular e impulsa el desarrollo de fifibrosis intersticial, que está mediada por la expresión aumentada de TGF- y factor de crecimiento del tejido conjuntivo. (CTGF) [59]. Por lo tanto, la rarefacción microvascular bien puede funcionar como un interruptor profibrótico limitante de la velocidad en la patogenia de la insuficiencia renal crónica. De hecho, las terapias dirigidas a la interacción entre las células endoteliales y los pericitos, por ejemplo, dirigidas a la señalización del receptor PDGFR o VEGF, podrían prevenir la transición de miofibroblastos y limitar el desarrollo de fibrosis [60–62], lo que ilustra el papel clave de la red capilar en la lesión renal y como una posible diana terapéutica.

Con base en lo anterior, es claro que la compleja arquitectura vascular del riñón genera múltiples compartimentos perivasculares, cada uno con sus propias funciones y requerimientos específicos. Por lo tanto, se requiere una investigación futura que se centre en una clasificación en profundidad de los pericitos renales mediante la caracterización de subpoblaciones en función de su ubicación, morfología celular y función. Como tal, las nuevas modalidades de imágenes que apuntan a obtener acceso a los vasos sanguíneos de pequeño tamaño de forma no invasiva podrían proporcionar esta información esencial. Como lo ejemplifica el campo de la neurobiología [12], la categorización bien definida de diferentes subtipos de pericitos podría proporcionar nuevas vías para el desarrollo de terapias dirigidas para el mal funcionamiento vascular.

4. Modalidades de imágenes vasculares

Las diferentes enfermedades renales reflejan un patrón característico de alteraciones ultraestructurales. Como resultado de los avances tecnológicos en el campo de la imagen biomédica, los mecanismos fisiopatológicos y fisiopatológicos renales se han descifrado en las últimas décadas [63]. Al centrarnos en los cambios anatómicos y morfológicos de la arquitectura tisular, nuestro conocimiento sobre la enfermedad renal se amplió progresivamente, lo que mejoró los diagnósticos y brindó oportunidades de tratamiento innovadoras. Sin embargo, la alteración dinámica de los vasos sanguíneos se ha ignorado principalmente debido al desafío de investigar el comportamiento vascular en experimentos de series temporales. Como resultado, existe una necesidad médica no satisfecha de desarrollar técnicas de imagen no invasivas para monitorear la hemodinámica de la microcirculación renal [16].

También sería interesante vincular los resultados de las imágenes con biomarcadores (novedosos) en el campo de la nefrología vascular. Por ejemplo, demostramos que los ARN no codificantes están estrechamente relacionados con la lesión vascular [64,65]. La combinación de estas medidas puede generar nuevas relaciones (causales) y nuevas posibilidades de diagnóstico. Además, cuando las nuevas modalidades de imagen se combinan con el desarrollo reciente de técnicas basadas en células individuales, como la secuenciación de ARN de células individuales y la transcriptómica espacial [53,66,67], esto podría permitir un análisis en profundidad sin precedentes de la composición y la dinámica. de la vasculatura renal. Las siguientes secciones resumen las modalidades de imágenes ex vivo e in vivo ya disponibles para investigar aspectos morfológicos y funcionales de la microvasculatura renal.

4.1. ex-vivo

Gran parte de nuestro conocimiento de la microvasculatura renal se deriva del análisis exhaustivo ex vivo de biopsias de tejido. En consecuencia, la terapia basada en células a menudo se evalúa mediante el corte y la tinción de tejidos. Aunque hay muchos estudios que investigan el efecto terapéutico de las MSC en la vasculatura renal [68], pocos grupos de investigación han aprovechado las modalidades de imagen sofisticadas, como la tomografía microcomputarizada (micro-CT), para evaluar la terapia de MSC mediante el examen de la arquitectura 3D. de la vasculatura renal [69-74].

4.1.1. Tomografía microcomputarizada (Micro-CT)

La introducción de la tomografía microcomputada (micro-CT) por Flannery et al. [75] en 1987 ha abierto nuevas vías para el estudio de la vasculatura intacta de roedores con el fin de conocer los mecanismos de la enfermedad con una alta resolución espacial. Esta modalidad ex vivo permitió la visualización de la arquitectura microvascular renal y la cuantificación del número glomerular, la distribución espacial y el volumen, que puede utilizarse como indicador del estado fisiopatológico de todo el órgano [76]. La resolución en un campo de visión 3D con 10.243 vóxeles permitió la visualización de arteriolas aferentes y eferentes, así como los capilares glomerulares de riñones de roedores. En ratas, se utilizó un tamaño de vóxel reconstituido de 21 µm [77] y en cerdos, se estudió la vasculatura renal con un tamaño de vóxel de 40 µm y un campo de visión de exploración de 1,2 mm [78]. Los avances en el campo de la micro-CT brindaron la oportunidad de obtener imágenes de los vasos sanguíneos de la nefrona de la rata con una resolución de vóxel de 1 µm dentro de un campo de visión de exploración de 2 mm [79].

Basado en la técnica de cuantificación desarrollada por Hillman et al. [80] utilizando TC convencional, la arquitectura de los vasos y el volumen vascular dentro de diferentes compartimentos de tejido renal se determinaron de acuerdo con estudios similares, que evaluaron los vasos renales en función de secciones de tejido histológico [77]. Curiosamente, al aplicar modalidades de imagen como micro-CT, se elevó la importancia de investigar los capilares peritubulares y su participación en condiciones patológicas además de la forma convencional de pensar sobre el papel de la red capilar glomerular.

Los cambios estructurales tempranos de la microvasculatura pueden visualizarse y detectarse mediante micro-CT y, por lo tanto, no sorprende que varios mecanismos moleculares a nivel vascular involucrados en la enfermedad renal hayan sido identificados mediante micro-CT. En varios modelos de enfermedad renal, como en la enfermedad renal poliquística (PKD), se describió una correlación entre la patología y una microvasculatura disminuida determinada por micro-CT con una resolución de tamaño de vóxel de 17 µm [81]. Además, se observó un aumento de la densidad microvascular cortical en la hipercolesterolemia como un signo temprano de daño morfológico renal progresivo [78]. En ratas con ligadura crónica del conducto biliar, se detectó hipoperfusión cortical mediante micro-CT, lo que puede explicar la alteración de la retención de sal y agua con una mayor progresión de la enfermedad [82]. Además, en los riñones estenóticos, el aumento del estrés oxidativo se relacionó con la remodelación microvascular renal, y se propusieron posibilidades de tratamiento a través de una intervención antioxidante crónica [83].

Una gran ventaja de la micro-CT es que se puede definir la geometría axial y radial de los sistemas vasculares [84]. Además de visualizar la arquitectura vascular renal en 3D, se puede apreciar la densidad espacial de los microvasos [78,83], se puede determinar la densidad y el tamaño de los vasos con un diámetro de hasta 80 µm en varios compartimentos anatómicos renales [77,78,83,85 ], y se puede observar tortuosidad de los vasos [83]. Además, el volumen capilar vascular de los glomérulos, así como los capilares peritubulares, pudieron distinguirse y cuantificarse dentro de la corteza [82].

Se ha utilizado ampliamente un protocolo de cuantificación estandarizado para investigar la alteración microvascular dentro de los compartimentos corticales y medulares bien definidos a nivel estructural para determinar la densidad y el diámetro vascular [77,82]. Ngo et al. [84] realizaron un estudio de comparación de micro-CT y microscopía óptica y concluyeron que la cuantificación de la geometría de la vasculatura renal adquirida por micro-CT es una técnica factible y precisa. El único valor añadido de la microscopía de luz en comparación con la micro-CT es que permite distinguir entre arterias y venas a través de la posibilidad de visualizar la pared vascular. Sin embargo, al aplicar micro-CT, las arterias de 100 y 60 µm de diámetro de ratas y conejos, respectivamente, pudieron visualizarse en 3D. Sin embargo, los vasos sanguíneos pequeños de menos de 10 µm no pueden identificarse adecuadamente mediante micro-CT, lo que insta a la necesidad de volver a la inmunohistoquímica para capturar incluso los capilares renales más pequeños [85].

4.1.2. Microscopía de fluorescencia de hoja de luz (LSFM)

Con la introducción de la microscopía de fluorescencia de hoja de luz (LSFM), hoy en día se pueden lograr imágenes de alta resolución de grandes volúmenes en una cantidad de tiempo razonable [86,87]. A través de la disponibilidad de LSFM, el interés se desplazó de las técnicas histológicas convencionales aplicadas de forma rutinaria que incluyen la sección del tejido, seguida de la tinción de la microvasculatura, hacia la obtención de imágenes del tejido en su totalidad. El análisis volumétrico es favorable porque no solo se examina una parte seleccionada del tejido, sino que también se conserva el carácter dinámico de la arquitectura y el comportamiento de los vasos en la vista 3D.

Para mantener la información 3D, una muestra biológica se hace transparente a través de varios protocolos de limpieza óptica de tejidos (OTC) para minimizar la dispersión de la luz y la absorción de la luz para una mayor tinción fluorescente FL [87]. En los últimos años, los métodos OTC ganaron popularidad debido a que las imágenes en 3D brindan la oportunidad de estudiar órganos intactos gracias a los avances modernos de LSFM. La construcción de un órgano intacto o incluso de un animal completo con una resolución a nivel celular en 3D se puede adquirir en cuestión de minutos [88]. Sin embargo, con una resolución comparable a la microscopía de fluorescencia confocal FL, LSFM tiene una mejor relación señal-ruido de dos órdenes de magnitud, lo que reduce drásticamente el blanqueamiento y la fototoxicidad del fluoróforo FL, lo que permite el procesamiento de imágenes a gran escala requerido para OTC [89]. Las ventajas adicionales son que el número de fotogramas registrados y la velocidad de grabación son mayores, mientras que la duración total de la imagen es mucho más corta.

Desde la introducción de LSFM, se mejoraron y refinaron varios protocolos OTC para diferentes muestras de tejidos y órganos derivados de varias especies. En los últimos años, el aclaramiento a base de solventes no tóxicos mediante cinamato de etilo (ECi) se aplica ampliamente para limpiar riñones murinos [88,90,91]. Este protocolo requiere menos tiempo, como por ejemplo los protocolos pioneros CLARITY (imágenes rígidas con hibridación de acrilamida con intercambio de lípidos transparentes), CUBIC (cócteles de imágenes cerebrales/corporales claras y sin obstrucciones y análisis computacional) y/o DISCO (imágenes tridimensionales de órganos limpiados con solvente), sin embargo, ofrece una limpieza relativamente razonable del riñón con una baja cantidad de autofluorescencia restante. Ertürk y sus colegas [92] lograron un trabajo notable, quienes limpiaron con éxito un riñón humano completo mediante un nuevo enfoque de permeabilización de tejidos llamado SHANEL (limpieza y etiquetado eficiente de órganos humanos mediados por micelas pequeñas). Se determinó que la zona de la corteza tenía unas dimensiones de alrededor de 2742 ± 665 mm (media ± SD) que contenía capilares glomerulares con un diámetro de 221 ± 37 mm y la arteriola aferente tenía un diámetro de 71 ± 28 mm. Además, se ha desarrollado en el campo de la neurociencia un marco altamente sofisticado basado en el aprendizaje profundo para cuantificar la vasculatura neuronal después de OTC, llamado VesSAP (canalización de análisis y segmentación de vasos) [93].

A pesar de que se ha logrado un gran progreso en el campo de OTC en los últimos años, todavía quedan algunas desventajas ya que la expresión de los fluoróforos FL endógenos en su mayoría no se conserva satisfactoriamente, lo que limita el uso de animales transgénicos. Sin embargo, una preocupación importante es que el tamaño morfológico del tejido y, en consecuencia, de la vasculatura se ve alterado por los fuertes disolventes necesarios para la venta sin receta. Además, la enorme cantidad de datos producidos por LSFM sigue siendo un desafío, no solo para el almacenamiento y manejo adecuados de datos, sino también para el análisis cuantitativo [87].

En pocas palabras, una ventaja importante de aplicar técnicas como micro-CT o SFM es que se puede capturar la distribución espacial de los vasos y se identifica la rarefacción estructural de la red vascular con una resolución adecuada para obtener imágenes de casi todas las estructuras capilares renales. Sin embargo, ambas técnicas requieren fijación y, por lo tanto, solo pueden realizarse ex vivo. Para monitorear las alteraciones morfológicas y funcionales de la microvasculatura renal, se desean estrategias de imágenes en tiempo in vivo.

4.2. En vivo

La aplicación de modalidades de imágenes in vivo ofrecería la oportunidad de evaluar la terapia basada en células en tiempo real y validar los posibles efectos terapéuticos a nivel vascular. En consecuencia, los avances en el campo de la imagen biomédica in vivo están presionando para estudiar los efectos basados ​​en MSC en la vasculatura renal. Solo un puñado de estudios ha aplicado imágenes in vivo para examinar la acción de las MSC, utilizando microscopía multifotónica (MPM) [94], TC [95,96] e imágenes por resonancia magnética (IRM) [95–97].

4.2.1. Microscopía multifotónica (MPM)

La microscopía multifotónica (MPM) depende de la absorción simultánea de dos o más fotones solo dentro del plano focal, que estuvo disponible en 1995 [98]. Los procesos dinámicos se pueden visualizar in vivo a nivel celular y, además de estudiar el flujo sanguíneo vascular renal [63], MPM ofrece la oportunidad de monitorear varios segmentos microvasculares renales en tiempo real. La alta resolución permite la visualización de las arteriolas aferentes y eferentes y de los capilares glomerulares. Aunque técnicamente es posible acceder a la microcirculación medular, sigue siendo un desafío debido a la profundidad de penetración [98]. Sin embargo, es factible visualizar un glomérulo completo con un diámetro aproximado de 100 µm y acceder a procesos dinámicos a nivel celular.

Es importante destacar que la fuga microvascular in vivo se puede visualizar y cuantificar a través de la extravasación de azul de Evans en riñones fibróticos por MPM [99]. Se cuantificó el número de capilares perfundidos y se determinó el diámetro muy por debajo de 10 µm. Recientemente, nuestro grupo de investigación aplicó MPM para proporcionar evidencia in vivo de que los organoides renales derivados de células madre pluripotentes humanas (hPSC) formaron una conexión funcional con la vasculatura renal preexistente en ratones después del trasplante subcapsular renal [100,101].

Las ventajas de MPM son la ausencia de fluorescencia FL desenfocada y el fotoblanqueo restringido dentro de la región focal [98]. Sin embargo, una de las desventajas es la profundidad de imagen limitada que requiere la aplicación de una ventana de imagen abdominal para acceder a la vasculatura renal in vivo [102,103]. Esta ventana abdominal permite obtener imágenes in vivo durante varias semanas hasta un mes; sin embargo, la inserción de una ventana de imágenes de este tipo requiere una cirugía invasiva y está asociada con la posibilidad de inflamación. Además, a veces se pierden las ventanas de imagen y puede producirse necrosis tisular [102]. Obviamente, esta modalidad de imagen no es traducible a la práctica clínica.

Una alternativa interesante para monitorear el flujo sanguíneo capilar de forma no invasiva al lado de la cama es factible desde la introducción de la microscopía vital portátil (HVM) en la práctica clínica [104]. Aunque esta modalidad de imagen se basa en una tecnología completamente diferente, es decir, videomicroscopios de campo oscuro incidente y de flujo lateral, ofrece una evaluación en tiempo real de los capilares localizados superficialmente. Los nuevos algoritmos clínicos implementados, conocidos como paquetes de software MicroTools, permiten el análisis automatizado de imágenes microvasculares de la densidad total y perfundida de los vasos para acceder a la angiogénesis, la dilatación/constricción de los vasos y el balance de líquidos, así como la capacidad de suministro de oxígeno basada en el hematocrito capilar y la velocidad de los eritrocitos [105 ]. Sin embargo, para estudiar la microvasculatura renal, esas modalidades no son adecuadas debido a su profundidad de penetración limitada.

4.2.2. Tomografía computarizada (TC)

Las modalidades de imagen no invasivas capaces de monitorear y cuantificar las alteraciones morfológicas y funcionales de la microvasculatura renal tienen una gran demanda para determinar el papel de la microvasculatura en la progresión de la enfermedad a la ERC. Aunque se ha reconocido durante muchos años una relación causal entre la rarefacción capilar y la progresión de la fibrosis renal, Ehling et al. [3] fueron los primeros en realizar análisis cualitativos y cuantitativos no invasivos de las alteraciones vasculares anatómicas y funcionales durante la progresión de la ERC. Se ha observado una disminución progresiva del volumen de sangre renal mediante micro-CT mejorada con contraste in vivo en tres modelos murinos con fifibrosis renal progresiva, es decir, lesión por isquemia-reperfusión (IRI), obstrucción ureteral unilateral y ratones Alport. Además de los cambios funcionales de los microvasos, la pérdida vascular peritubular se correlacionó con la formación de tejido fibrótico en los tres modelos de ratón con ERC. Sin embargo, para obtener información sobre los puntos de ramificación, el diámetro de los vasos y la tortuosidad, se requirió micro-CT ex vivo, lo que indica la necesidad de tecnologías emergentes de imágenes biomédicas que brinden acceso a microvasos in vivo con una resolución cercana a la celular.

Una de las principales ventajas de la TC es que la visualización de la vasculatura renal se adquiere en cuestión de minutos con una resolución razonable, lo que proporciona información en 3D sobre la organización vascular. Usando agentes de contraste a base de yodo, se mejora el contraste y se logra una representación aún más detallada de la microvasculatura. Recientemente, la evaluación cualitativa y cuantitativa por micro-CT de riñones murinos en condiciones fisiológicas y patológicas se perfundió con ácido fosfotúngstico (PTA) para mejorar el contraste dentro de los vasos sanguíneos [106]. A pesar de la limitación de que las arterias y las venas no podían distinguirse claramente entre sí, la resolución con un tamaño de vóxel de 40 µm in vivo y un tamaño de vóxel de 12,5 µm ex vivo capturó la organización hasta el nivel de los vasos sanguíneos arqueados.

Sin embargo, otra desventaja importante del uso de la TC para controlar la enfermedad renal es la necesidad de utilizar agentes de contraste radiográficos yodados. Se sabe que estos agentes de contraste causan nefrotoxicidad, lo cual es una contraindicación para la aplicación clínica en pacientes con insuficiencia renal preexistente [107-109]. El deterioro agudo del riñón debido al agente de contraste administrado altera la hemodinámica renal y provoca hipoxia medular, lo que es particularmente indeseable cuando se investiga la rarefacción microvascular renal. De manera similar, los agentes de contraste a base de gadolinio ampliamente utilizados en la RM se eliminan por vía renal y parecen causar insuficiencia renal [110].

4.2.3. Imágenes por resonancia magnética (IRM)

La RM se introdujo en la práctica clínica en la década de 1980 y se convirtió inmediatamente en una de las técnicas de imagen más utilizadas [111]. La resonancia magnética es una modalidad de imagen no invasiva y no ionizante que aplica un fuerte campo magnético y mediante el uso de la alteración del agente de contraste T1 y T2, se pueden detectar las propiedades de relajación de la sangre. Además, la angiografía por resonancia magnética (ARM) visualiza la arquitectura vascular de animales pequeños utilizando un agente de contraste a base de gadolinio. Sin embargo, una de las principales desventajas de la ARM es la dificultad para utilizar el agente de contraste necesario. Afortunadamente, la perfusión renal se puede determinar con y sin la necesidad de agentes de contraste que ofrecen ventajas y limitaciones [112].

Sin el uso de un agente de contraste, el spin-labeling aprovecha el agua endógena como un marcador difusible que solo permite cuantificar la perfusión dentro de la corteza renal ya que el tiempo de tránsito medular es demasiado largo para ser capturado. Además, para determinar el flujo sanguíneo renal, se miden los cambios de fase de los espines en una dirección, lo que implica la necesidad de un plano de imagen perpendicular hacia las arterias de interés para lograr una medición precisa [112]. Por lo tanto, no es de extrañar que esta técnica suponga un gran desafío a la hora de visualizar las arterias renales, por no hablar de los pequeños capilares corticales.

La funcionalidad de los vasos se puede determinar cuantificando el FSR mediante perfusión por RM y controlando el estado de oxigenación mediante imágenes de contraste dependientes del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) [112,113]. Sin embargo, la principal limitación de la RM funcional es lograr resultados fiables y reproducibles en los órganos afectados por los movimientos respiratorios, entre los que se incluye el riñón, aunque es menos susceptible a los artefactos de movimiento en comparación con el hígado o el intestino [112]. A pesar del hecho de que los estudios de factibilidad realizados con resonancia magnética funcional de 1,5 teslas fueron muy prometedores al realizar la cuantificación por vóxeles [114], las anomalías de perfusión solo pudieron detectarse en áreas patológicas, lo que planteó la cuestión de si se detectarán suficientemente alteraciones vasculares menores. Con la introducción de un escáner de resonancia magnética con una fuerza de campo magnético de 3.0 Tesla, la relación señal-ruido mejoró enormemente [115,116]; sin embargo, la resolución adquirida sigue siendo un problema.

La resolución proporcionada por la RM depende principalmente de la intensidad del campo magnético y puede optimizarse para cualquier campo magnético dado adaptando las secuencias de pulsos [111]. La resolución espacial está limitada principalmente por la relación señal-ruido que requiere un tiempo de adquisición rápido y generalmente logra una resolución de 3 × 4 mm en tamaño de píxel [117]. Incluso cuando se aplica un campo magnético alto de 7 Tesla, la mejor resolución que se puede lograr con BOLD es de alrededor de 500 µm. Además de la resolución insatisfactoria y la limitación para visualizar la mayoría de los procesos dinámicos, otra desventaja importante es que la resonancia magnética está vinculada a costos elevados y requiere instalaciones y mantenimiento especiales.

4.2.4. Ultrasonido

Los avances en ultrasonido introdujeron un cambio de paradigma para la monitorización no invasiva de la alteración microvascular renal estructural y funcional y abrieron nuevas vías para explorar pequeños vasos con un sistema portátil a un costo relativamente bajo. En un modelo de rata de isquemia aguda causada por hipoperfusión grave durante 1 h, el flujo sanguíneo renal se evaluó en tiempo real mediante ultrasonido Doppler color y de onda pulsada (PW) [118]. Las imágenes Doppler en color también revelaron la dificultad de visualizar arterias arqueadas debido a su tamaño relativamente pequeño y al posicionamiento perpendicular de la sonda para capturar el flujo arterial requerido para calcular la velocidad de la sangre y aplicar la corrección del ángulo Doppler. Sin embargo, la velocidad de la sangre sólo pudo calcularse en las arterias intrarrenales, es decir, arterias segmentarias, interlobulares y arqueadas. En consecuencia, no se pudo adquirir información sobre la microcirculación debido a la limitación de resolución que proporciona la ecografía convencional.

Con la introducción de la tecnología ultrarrápida de ultrasonido Doppler, se podría lograr una mayor resolución mediante la transmisión de ondas no enfocadas, que envía varias ondas sincrónicas a una alta velocidad de cuadro simultáneamente en un campo de visión completo, en lugar de escanear línea por línea mediante la aplicación de transmisión de haz enfocado [119]. Esta transmisión de ondas planas es el concepto fundamental detrás de la ecografía Doppler ultrarrápida y permite detectar vasos corticales de un riñón humano trasplantado con un diámetro inferior a 1 mm [120]. Además, la ecografía Doppler ultrarrápida proporciona una técnica in vivo muy favorable para controlar la rarefacción microvascular renal en estudios preclínicos (Figura 3A). A pesar de los avances de la ecografía Doppler ultrarrápida, el acceso a un nivel capilar aún depende de la utilización de agentes mejorados con contraste [121]. Sin embargo, no existen problemas de seguridad dignos de mención cuando se utiliza un agente mejorado con contraste para la ecografía Doppler, particularmente en comparación con los agentes de contraste para TC y RM que a menudo muestran nefrotoxicidad [122]. Sin embargo, se puede lograr una resolución increíble de la vasculatura renal murina in vivo (Figura 3B).

La microscopía de localización por ultrasonido (ULM) resolvió el compromiso entre la resolución espacial y la profundidad de penetración, por un lado, aplicando imágenes ultrarrápidas de ultrasonido Doppler y, por otro lado, haciendo uso de agentes de contraste de ultrasonido en forma de microburbujas llenas de gas. [121,123,124]. Entre otros, Errico et al. [123] propusieron ULM para obtener imágenes de microvasos craneales con un diámetro de 10 µm en toda la profundidad del cerebro murino, que tiene un grosor de aproximadamente 10 mm. En una publicación reciente, Demené et al. [125] podría capturar la dinámica del flujo sanguíneo cerebrovascular a nivel microscópico en lo profundo del cerebro humano mediante el seguimiento individual de las microburbujas inyectadas por vía intravenosa para mejorar las imágenes de superresolución y permitir una resolución vascular de hasta 25 µm. Para comprender este increíble logro, es crucial mencionar que ninguna otra modalidad de imagen no invasiva podría visualizar la microvasculatura in vivo por debajo de una escala milimétrica. Para alcanzar esta notable resolución espacial in vivo, hubo que superar dos desafíos importantes: la aberración del cráneo y los artefactos de movimiento. Aunque la aplicación de ULM para órganos abdominales como el riñón no se ve obstaculizada por la aberración de las estructuras óseas, los artefactos de movimiento representan una gran dificultad. Sin embargo, estudios in vivo recientes proporcionaron con éxito los primeros intentos de obtener imágenes de la vasculatura renal mediante ULM [5,126,127].

Se pudieron distinguir diferentes compartimentos vasculares dentro del riñón de rata y, mediante la aplicación de microburbujas, se aumentó la resolución para visualizar los delgados haces de vasos de los vasos rectos que están separados por una distancia de 400 µm entre sí [5]. Además, la velocidad sanguínea axial, es decir, inferior a 2 mm/s, asociada con el flujo de microvasos renales se ha estimado mediante el seguimiento de microburbujas inyectadas con un diámetro de 1 µm que pueden alcanzar diámetros de vasos inferiores a 20 µm. Canción et al. [127] tomaron imágenes de los microvasos corticales renales de conejos y pudieron separar claramente los vasos in vivo con un diámetro de 76 µm. Aunque el movimiento respiratorio podría corregirse, los artefactos de movimiento fuera del plano siguen siendo un desafío e imposibles de corregir, ya que la información de las imágenes no pudo adquirirse por completo [5].

Recientemente, la progresión de LRA a ERC se ha estudiado mediante ecografía Doppler ultrarrápida con contraste en un modelo de ratón con IRI unilateral [6]. Mediante la inyección de microburbujas, se identificaron pequeños vasos sanguíneos renales de 32 µm y se cuantificaron los cambios vasculares en el riñón, es decir, el volumen de sangre renal, la densidad vascular y la tortuosidad. La densidad vascular de la corteza y la unión corticomedular adquirida por ultrasonido durante la obtención de imágenes in vivo estuvo de acuerdo con la cuantificación obtenida después de la inmunotinción de CD31, que se reconoce como un estándar de oro en biología vascular. Esto está en línea con otro estudio, realizado por Cao et al. [128], que ilustró que la gravedad de la LRA puede determinarse mediante ecografía con contraste mediante la inyección de microburbujas. Las medidas de perfusión renal in vivo están estrechamente relacionadas con la lesión renal determinada a nivel histológico.

De acuerdo con esos estudios de ultrasonido, Hueper et al. [7] sugirieron previamente que la perfusión renal puede predecir la progresión de LRA a ERC determinada por resonancia magnética.

La ecografía mejorada con microburbujas de la vasculatura renal ya se ha realizado con éxito en humanos para determinar la perfusión microvascular renal y ha mostrado grandes perspectivas para el diagnóstico [129-133]. Curiosamente, esta modalidad de imagen se ha aplicado en el trasplante renal para determinar el estado de perfusión de los aloinjertos renales, lo que puede proporcionar una lectura no invasiva adecuada para predecir el rechazo agudo [134]. Además de la dependencia del operador, que puede representar una limitación cuando se utiliza la ecografía, la fuerza del acuerdo entre observadores fue muy alta entre dos lectores, lo que refleja una gran viabilidad cuando se aplica en el entorno clínico [132]. Debido a la portabilidad y la sencilla aplicación personalizada que ahorra tiempo, la ecografía con microburbujas mejoradas con contraste ofrece grandes perspectivas para evaluar la microvasculatura renal en la práctica clínica, especialmente en pacientes de la UCI [135]. Por lo tanto, esta tecnología ofrece una gran promesa para la traducción a la práctica clínica después de dominar con éxito la corrección de los artefactos de movimiento abdominal para un seguimiento robusto de microburbujas con alta precisión.

5. Conclusiones y Perspectivas

La sorprendente heterogeneidad de la arquitectura vascular renal refleja su compleja diversidad funcional y compartimentación, con la consecuencia lógica de que el estudio de la alteración y rarefacción microvascular requiere modalidades de imagen sofisticadas. El desarrollo, la aplicación y la mejora de las modalidades de imágenes in vivo para estudiar las enfermedades vasculares renales proporcionarán una mayor comprensión de la acción de las terapias celulares como las MSC a nivel vascular y pueden dilucidar biomarcadores específicos que pueden monitorearse durante la progresión de la enfermedad.

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