Uirlisí Íomháithe Nua Chun Uimhir Nephron in Vivo a Thomhas: Deiseanna do Neifreolaíocht Fhorbartha

Le haghaidh tuilleadh eolais. teagmháiltina.xiang@wecistanche.com

Teibí

An mamachduánorgán casta, a éilíonn feidhm chomhbheartaithe suas go dtí na milliúin nephrons. Tá líon na nephron seasmhach tar éis nephrogenesis le linn forbartha, agus is féidir go dtiocfadh caillteanas néaróin ar feadh saolré an duine go géarghéar nógalar duáin ainsealach. Tá teicneolaíochtaí nua á bhforbairt chun nephrons aonair sa duán in vivo a chomhaireamh. Imlíníonn an t-athbhreithniú seo na teicneolaíochtaí seo agus leagann sé béim ar a n-ábharthacht do staidéir ar fhorbairt duánach daonna agus ar ghalair.

Cliceáil anseo chun foghlaim faoi úsáidí cisteastáin luibhe

Réamhrá

Is orgán casta é duán na mamach atá tagtha chun cinn chun raon leathan próisis fiseolaíocha a rialú. Áirítear leis na próisis seo toirt fola, brú fola, brú osmotic, baint dramhaíola, agus homeostasis meitibilíte. Éilíonn gnáthfhorbairt duáin foirmiú cómhalartach na bachlóga ureteric agus mesenchyme metanephric. Ina dhiaidh sin tá próiseas brainseach atriallach agus easghluaiseachta comharthaíochta chun linn in-athnuaite de chealla giniúna a choinneáil, a tháirgeann na cealla difreáilte a chomhlíonann feidhmeanna éagsúla na nduán.

Athraíonn fad agus deireadh nephrogenesis thar speiceas. I ndaoine agus príomhaigh neamhdhaonna, tarlaíonn breith agus deireadh nephrogenesis daonna ag pointí ama comhchosúla; Críochnaíonn nephrogenesis ag thart ar 35 seachtaine iompair i ndaoine. Is minic a bhíonn tréimhse athraitheach nephrogenesis iarbhreithe nádúrtha ag speicis a sheachadann bruscar sliocht. An athraíonn uimhir néaróin de réir speicis, brú,gnéas, agus fachtóirí comhshaoil ​​agus géiniteacha? Tá an uimhir néaróin daonna an-athraitheach (200,000 go 2.7 milliún), bunaithe ar staidéir ar uathóipse. Breathnaíodh raon leathan uimhreacha nephron freisin in uathóipse nua-naíoch daonna, rud a thugann le tuiscint go mbunaítear an raon seo le linn nephrogenesis.

D’fhéadfadh go gcinnfidh uimhir nephron so-ghabhálacht do phaiteolaíochtaí duánach iomadúla, agus féadann caillteanas nephron forbairt galar duáin ainsealach (CKD) a luathú. Tá sé tábhachtach mar sin na cúiseanna a bhaineann le huimhir íseal néaróin agus caillteanas a mheas agus a thuiscint cén fáth a bhfuil raon chomh leathan sin san uimhir néaróin fós i ndaoine. Tá fianaise mhéadaitheach ann go bhfuil géineolaíocht agus fachtóirí epigenetic arna gcinneadh ag sláinte agus cothú na máthar ina gcinntithigh ríthábhachtacha de nephrogenesis. Tá srian ar fhorbairt féatais ag an bhfuinneamh atá ar fáil ón máthair, arna rialú ag feidhm placental. Thug brú éabhlóideach roghnaithe arna rialú ag folláine atáirgthe tús áite d’fhás inchinne thar fhorbairt duáin féatais agus luath-iarbhreithe, agus breis agus 50 faoin gcéad den ráta meitibileach scíthe á leithdháileadh don inchinn tríd an gcéad bhliain dá saol. Mar sin, mar thoradh ar tearc-chothú na máthar, strus comhshaoil, nó ionfhabhtú cuirtear srian ar fhás ionútarach nó seachadadh roimh am agus laghdaítear meitiliú DNA i gcealla giniúna nephron. Rinneadh staidéar go príomha ar na meicníochtaí móilíneacha is gá chun duán sláintiúil a fhorbairt i múnlaí creimirí. Mar sin féin, go dtí le déanaí ní raibh mórán comparáidí díreacha idir forbairt duánach i gcreimirí agus i ndaoine.

Is gnách go sáraítear caillteanas Nephron trí hipertróf agus hipearscagadh ar na nephrons atá fágtha, is léir ó chothabháil GFR iomlán na nduán. Is oiriúnú gearrthéarmach é hipertróf chun homeostasis meitibileach a chothabháil trí bhlianta atáirgthe. Mar sin féin, tá srianta fisiceacha ar hipertróf oiriúnaitheach, teoranta ag achar dromchla feadánach atá riachtanach le haghaidh iompair agus friotaíocht sreabhadh mar thoradh ar mhéadú fad feadánacha. Sáraítear an srian seo sna mamaigh is mó (míolta móra) trí 100 milliún nephrons a phacáistiú in aonaid bheaga unipapillary ina bhfuil feadáin ghearr. Níos faide ná blianta atáirgthe, cuireann méadú ar ghortú ocsaídiúcháin cheallacha mar thoradh ar strusóirí carntha (ischemia, hypoxia, ionfhabhtú) caillteanas leanúnach nephron atá forshuite ar sheansacht chun cinn, rud a léirítear le laghdú 50 faoin gcéad ar an líon nephron sa ghnáthdhaonra atá ag dul in aois.

In ainneoin ár dtuiscint mhéadaithe ar fhorbairt duánach agus ról na timpeallachta iompair maidir le sláinte duánach a bhunú, níl dearcadh comhtháite againn fós ar nephrons aonair i gcomhthéacs an orgáin atá slán, atá ag feidhmiú. Éilíonn modhanna reatha neamhchlaonta chun meastachán a dhéanamh ar líon glomerular an duán a scriosadh, a n-acmhainneacht a theorannú maidir le hanailís fadaimseartha agus úsáid in vivo. Sholáthródh forbairt teicnící íomháithe neamh-ionracha chun líon na nephrons feidhme a rianú ar feadh an saolré faisnéis ríthábhachtach chun dul chun cinn galar duáin ainsealach a thuar agus chun éifeachtacht idirghabhálacha nua a thomhas.

Tá uirlisí raideolaíocha nua á bhforbairt chun aghaidh a thabhairt ar na dúshláin seo agus chun bealach neamh-ionrach a sholáthar chun mais nephron in vivo a rianú agus a thomhas. Tá an cumas ag an teicneolaíocht seo léargais nua a sholáthar ar fhorbairt duánach agus ar a ról i ndul chun cinn galair níos déanaí sa saol. I measc na mbreathnuithe atá ar fáil tríd an teicneolaíocht seo tá uimhir nephron, toirt glomerular agus hipertróf, agus b’fhéidir feidhm néaróin amháin. Tabharfaidh an t-athbhreithniú seo breac-chuntas ar staid reatha na teicneolaíochta nua seo agus tabharfaidh sé léargas ar a feidhmeanna féideartha in eolaíocht réamhchliniciúil agus imscrúduithe cliniciúla.

Cur chuige ex vivo chun uimhir néaróin agus méid glomerular a thomhas

Tá na cineálacha cur chuige is forleithne chun uimhir néaróin agus méid glomerular a thomhas bunaithe ar steireolaíocht atá bunaithe ar dhearadh. Déantar fíocháin a ullmhú agus a roinn le haghaidh micreascópachta, agus déantar anailís ar mhéideanna na struchtúr, mar shampla glomeruli, a breathnaíodh ar na sleamhnáin chun tátal a bhaint as meánmhéid na struchtúr sa fhíochán bunaidh. Is féidir é seo a dhéanamh in orgáin excised nó ó fhíochán bithóipse tríd an bhfíochán a shampláil go córasach agus go randamach. Nocht an teicníc dissector-codán difríochtaí daonra-bhunaithe in uimhir néar-scagachán agus hipearscagadh i ndaoine25 agus baineadh úsáid as go forleathan chun staidéar a dhéanamh ar shamhlacha ainmhithe de ghalair daonna.

Chun an deighilt a theastaíonn ó steireolaíocht a sheachaint, forbraíodh cuir chuige íomháithe nua le déanaí chun cur le sonraí bithóipse agus chun líon na néaróin a thomhas. Is minic a bhíonn íomháú athshondais mhaighnéadaigh (MRI) bunaithe ar bhrath prótón uisce i bhfíocháin, go príomha as uisce, ag baint úsáide as réimsí maighnéadacha. Cuirtear an t-ábhar nó an sampla taobh istigh de réimse mór maighnéadach. Raon láidreachtaí réimse maighnéadach a úsáidtear le haghaidh MRI cliniciúil ó 1.5T go 7T. Is minic a úsáideann córais MRI réamhchliniciúla láidreachtaí réimse i bhfad níos mó le haghaidh ardchodarsnachta comhartha-go-torann agus codarsnacht agus réiteach íomhá feabhsaithe. Soláthraíonn MRI raon leathan de theicnící codarsnachta íomhá d'fhíochán bog íomhá agus ní gá radaíocht ianaíoch. Soláthraíonn MRI ardtaifeach freisin i gcórais réamhchliniciúla agus cliniciúla araon.

Tugadh isteach ferritin cationic (CF) mar oibreán codarsnachta a instealladh infhéitheach chun glomeruli a bhrath agus a íomháú ar fud na duán trí MRI. Baineadh úsáid as nanacháithníní luchtaithe, lena n-áirítear ferritin, le blianta fada chun struchtúr agus feidhm an scannáin íoslaigh a fhiosrú ag baint úsáide as micreascópacht leictreon (EM). Cruthaíodh CF ar dtús mar rianaire do mhicreascópacht leictreoin ag Danon, a léirigh go bhféadfadh sé ceangal le suíomhanna anionacha. . Braitear an móilín ferritin in EM mar gheall ar a chroí ocsaíd iarainn dlúth-leictreonach. Is minic a bhíonn an croí ocsaíd iarainn céanna seo maighnéadach, rud a fhágann go bhfuil sé inbhraite ag MR. Baineadh úsáid as an teicníocht seo, MRI cationic feabhsaithe ferritin (CFE-MRI), chun gach glomerulus i duáin sláintiúil francach30, ex vivo, a chomhaireamh agus úsáideadh í chun dáileadh toirt glomerular laistigh den duánach a thomhas. Úsáideadh CFE-MRI freisin chun gach glomerulus i duáin na luiche a chomhaireamh agus a thomhas3], agus mapáladh toirteanna glomerular chun éagsúlacht spásúil i méid glomerular a nochtadh. Tá na torthaí seo deimhnithe ag grúpaí iolracha. Deimhníodh tomhais francach agus luch ag baint úsáide as CFE-MRI trí steireolaíocht dissector-codán.

Rinneadh CFE-MRI freisin i nduáin slána deontóra daonna áit ar instealladh CF go díreach isteach san artaire duánach agus sruthlaithe an duán le seile sular socraíodh agus go ndearnadh íomháú air. Thug CFE-MRI sna duáin dhaonna léargas tríthoiseach ar anglomerular duánachmhoirfeolaíocht, a léiríonn hipertróf glomerular ilchineálach agus réigiúin de chaillteanas nephron is dócha a bhaineann le Hipirtheannas neamhchóireáilte an othair. Rinneadh comhghaolú idir réigiúin chaillteanais nephron agus histeolaíocht ó na réigiúin chéanna, rud a léirigh scléaróis soithíoch agus glomerular araon.

Dhírigh na staidéir tosaigh seo ar athruithe ar uimhir nephron agus ar mhoirfeolaíocht glomerular le galar duáin ainsealach agus géarmhíochaine. I Bennett et al-26, athdháileadh dáileadh CF sa duán mar gheall ar phaiteolaíocht luath glomerular i múnla francach de glomerulosclerosis fócasach agus deighleogach, sular cuireadh i láthair na próitéine. I lucha, tá CFE-MRI curtha i bhfeidhm chun hipertróf glomerular a bhrath agus a mhapáil sa mhúnla oligosindactylism(Os/ plus ) de laghdú nephron31. Níos déanaí thaispeáin muid é singortú duáin géarmhíochainei múnla coinín nua-naíoch ba chúis le caillteanas glomeruli inbhraite le hatheagrú soithíoch35 Mar sin, d’fhéadfadh sé gur uirlis thábhachtach é rianú athruithe ar lipéadú CF trí MRI chun tionchar damáiste le linn forbartha agus a thionchar ar shláinte duánach níos déanaí sa saol a thuiscint.

Tá roinnt breithnithe tábhachtacha ann maidir le bailíochtú CFE-MRI ag baint úsáide as teicníochtaí eile, mar an steireolaíocht stiúrthóirí-codán a úsáideadh sna staidéir luatha seo. Ní féidir le CFE-MRI ach glomeruli atá cumhraithe a thomhas, agus braiteann cur chuige histological freisin glomeruli nach bhfuil. Má dhéantar comparáid dhíreach idir an dá cheann nuair a bhíonn glomeruli faoi-nó neamhphróifíle ann, beidh tomhais MRI níos ísle. Ní thuigtear go dona fachtóirí struchtúracha agus feidhmiúla, mar shampla brú oncotic, rátaí perfusion ribeach, agus struchtúr GBM, a dhéanann difear do charnadh CF sa GBM, agus mar sin is féidir go ndéanfaí iontógáil glomerular a mhodhnú trí phróisis ghalair a mhodhnaíonn an CFE-MRI ar bhealaí. nach bhfuil cur síos déanta orthu. Mar fhocal scoir, d'fhéadfadh damáiste GBM nó proteinuria a bheith ina chúis le sceitheadh ​​an CF isteach sna feadáin, rud a fhágann go n-eascraíonn lipéadú idirleata seachas poncúil ar glomeruli a bhreathnaíonn MRI. I staidéir forbartha, athraíonn struchtúr muirear GBM agus scagachán glomerular de réir aois iompair. Sna cásanna seo go léir, tá sé tábhachtach na paraiméadair a bhaineann le lipéadú CF a thuiscint trí imscrúduithe leanúnacha. Tá sé ríthábhachtach freisin tocsaineolaíocht CF a bhunú, a bhfuil an chuma air go bhfuil sé íosta in ainmhithe sláintiúla ach nach mór a imscrúdú le gach samhail nua.

Léiríodh Xray-CT le déanaí chun micreastruchtúr duánach a thomhas agus chun uimhreacha nephrón a mhapáil sa duán slán, ex vivo. Buntáiste príomhúil de CT is ea a simplíocht agus a luas úsáide agus a chostas íseal i gcomparáid le MRI. Is míbhuntáiste é radaíocht ianaíoch a úsáid, a d'fhéadfadh teorainn a chur lena húsáid in vivo nó in iarratais chliniciúla. Mar sin féin, cuireann C íomháú ardtaifigh de struchtúir lipéadaithe ex vivo ar fáil ar féidir iad a chomhchlárú ansin le hanatamaíocht fíocháin bhoga ag baint úsáide as módúlachtaí íomháithe eile.

Baineadh úsáid as micreascópacht leatháin solais tar éis imréitigh optúla lán-orgáin chun an uimhir glomerular agus méid an tsáin ribeach a thomhas sna duáin luiche slána. Tá buntáiste ag an gcur chuige tarraingteach seo uathoibriú agus léirshamhlú an glomerulus ar fad ag réiteach micreascópach san orgán iomlán nó i samplaí d’orgáin mhóra.

Cur chuige in vivo maidir le tomhas díreach uimhir nephron agus méid glomerular

Le huirlisí seanbhunaithe agus uirlisí atá ag teacht chun cinn chun uimhir nephron ex vivo a thomhas is féidir tátal a bhaint as an ilchineálacht idir-agus laistigh d’ábhar in uimhir nephron agus toirt glomerular. Tá na huirlisí seo ag tosú ar aghaidh a thabhairt ar bhearnaí ríthábhachtacha inár n-eolas ar struchtúr na nduán agus ar an gcaoi a mbaineann sé le feidhm na duáin, in vivo. Áirítear ar na ceisteanna seo: 1) Cad é an gaol idir uimhir glomerular agus méid le scagachán néaróin aonair?, 2) Cad é an dáileadh spásúil uimhir nephron agus méid glomerular agus a gaol le paiteolaíocht?, agus 3) An bhfuil an ráta senescence glomerular athrú i sláinte agus galar duáin? Go cliniciúil, is féidir an uimhir néaróin in vivo a mheas trí úsáid a bhaint as teaglaim de x-gha/CT agus bithóipse. Tá an cineál seo oibre ag tosú ar nasc ríthábhachtach a sholáthar idir uimhir néaróin agus feidhm duánach. Tá sé léirithe ag roinnt foilseachán gur féidir MRI a úsáid chun glomeruli aonair in ainmhí beo a bhrath. Bhí an obair luath sa réimse seo ag baint úsáide as CFE-MRI teoranta do réigiúin shonracha den duán. I dtuarascáil amháin, forbraíodh aimplitheoir gan sreang chun an comhartha sa duán a mhéadú go háitiúil chun comhchlárú nephrons aonair a cheadú le linn scagacháin agus feidhm4. Le déanaí, thuairiscigh dhá fhoilseachán tomhais glomeruli aonair in vivo sa duán iomlán de réir CFE-MRI i bhfrancaigh agus i lucha araon. Baineadh úsáid as an gcur chuige seo freisin i dturgnamh fadaimseartha, rud a léirigh gur féidir CFE-MRI a úsáid chun monatóireacht a dhéanamh ar athruithe san uimhir néaróin le himeacht ama mar fhreagra ar theiripe nó chun forbairt duánach a rianú.

Príomhdhúshlán le CFE-MRI in vivo is ea íogaireacht. Tá deoxyhemoglobin san fhuil paramagnetic agus féadann sé a bheith ina chúis le déantán so-ghabhálachta maighnéadach sna ribeadáin a laghdaíonn an raon dinimiciúil chun glomeruli atá lipéadaithe le CF a bhrath. Chun aghaidh a thabhairt air seo, is féidir ferritin a mhodhnú chun níos mó iarainn a ionchorprú agus is féidir croí ocsaíd miotail an CF a mhodhnú chun é a dhéanamh níos éasca a bhrath gan an déantán so-ghabhálachta. Mar sin féin, tagann straitéisí braite eile le comhbhabhtálacha i dtáirgeadh táirgí nó i luas íomháithe, mar sin níor úsáideadh na cineálacha cur chuige seo sa chéad léiriú ar CFE-MRI. Is í an eochair do CFE-MRI ná gluaiseacht a rialú agus a chinntiú go bhfuil an corna radaimhinicíochta (RF) íogair go leor thar an duán iomlán.

Ionchas don néareolaíocht fhorbraíochta: Struchtúr agus feidhm Anseo tá cur síos againn ar uirlisí atá ag teacht chun cinn chun dearlaice nephron a thomhas go díreach, idir ex vivo agus in vivo. Soláthraíonn CT X-ghathaithe íomhá tapa agus feinitíopáil, ex vivo. Tá sé de bhuntáiste ag uirlisí cosúil le CT X-gha in éineacht le bithóipse go bhfuil siad á n-imscaradh go tapa sa chlinic, le míbhuntáiste ionrach, úsáid radaíochta ianúcháin, agus féidearthacht do laofacht samplach. Sáraíonn cur chuige atá bunaithe ar MRI an gá atá le radaíocht ianaíoch agus soláthraíonn siad codarsnacht chomhcheangailte le fíochán bog, agus is féidir iad a úsáid ex Vivo agus in vivo araon. Éilíonn CFE-MRI instealladh gníomhaire codarsnachta a chaithfear a mheas sábháilte sular féidir é a úsáid sa chlinic. Cé go bhfuil an tomhas in vivo ar an uimhir nephron ina thús, d’fhéadfadh seichimh éadála íomhá nua le haghaidh íomháithe tapa, chomh maith le crua-earraí feabhsaithe agus próiseáil íomhá, na huirlisí MRI seo a dhéanamh praiticiúil le haghaidh gnáthúsáide. De réir mar a aibíonn an teicníc, úsáidfear seichimh chuisle eile chun íogaireacht an déantáin so-ghabhálachta CF-spreagtha a laghdú, agus tuigfear níos fearr fisic an chomhshaoil ​​mhaighnéadaigh áitiúil chun níos mó faisnéise a nochtadh. Tá deiseanna uathúla ann freisin chun moirfeolaíocht glomerular agus tubular a chomhcheangal le straitéisí eile chun íomhá a fháil chun léargas iomlán a sholáthar ar mhicreastruchtúr, ar oll-anatamaíocht agus ar fhiseolaíocht na duáin in vivo. Is féidir an fhaisnéis chomhcheangailte seo a úsáid chun staidéar a dhéanamh ar fhorbairt caillteanas néaróin le himeacht ama, príomhghné de ghalair duáin ghéarmhíochaine agus ainsealacha agus galair duáin fhorásacha le linn na forbartha.

Mar gheall ar mhionchoigeartú a rinneadh le déanaí ar léirshamhlú agus deighilt íomhánna, trí uirlisí anailíse nó intleacht shaorga, is féidir méideanna móra faisnéise a bhaint as íomhánna tríthoiseacha fíocháin. Geallann roinnt teicníochtaí atá ag teacht chun cinn, mar íomháú tensor so-ghabhálachta, faisnéis nua a sholáthar is féidir a úsáid mar ionadaí do mhicreastruchtúr fíocháin. Sa duáin, féadann sé seo léarscáileanna comhcheangailte de glomeruli, tubules, vasculature, agus interstitium a éascú ó mheascán d’íomhánna comhchláraithe. D’fhéadfadh go bhféadfaí na híomhánna sin a chomhchlárú go díreach chuig íomháú optúil nó chuig faisnéis a fhaightear trí mhodhanna eile íomháithe raideolaíochta. Tá sé tábhachtach i ngach cás na huirlisí nua seo a bhailíochtú go forleathan agus faoi dheireadh roinnt prótacal fála a chaighdeánú trasna institiúidí chun ardleibhéal in-atáirgtheachta a sholáthar. Is dócha go spreagfaidh infhaighteacht agus éascaíocht úsáide uirlisí nua cuir chuige nua in eolaíocht na sonraí chun faisnéis ó na meicníochtaí agus na módúlachtaí codarsnachta seo go léir a chomhtháthú chun léargas nua cainníochtúil a thairiscint ar an duán i líon mór ábhar. Agus iad á bhforbairt, féadfar na huirlisí seo a chomhcheangal ar deireadh thiar i staidéir fadaimseartha. Beidh glacadh agus cruthú meaisínfhoghlama nua ríthábhachtach don iarracht seo.

Dúshlán eile atá ann ná tomhais uimhreacha dearlaice nephron a aistriú le haghaidh íomháithe in vivo i ndaoine49.D’fhéadfadh tomhas cliniciúil ar an uimhir nephron nó toirt glomerular teiripí indibhidiúlaithe a chur in oiriúint do bhreathnuithe in othair ar leith, agus d’fhéadfadh sé léargas iomlán nua a sholáthar ar an duánach daonna. Forbairt.