Képalkotás A vese mikrocirkulációja a sejtterápiában

Kapcsolatfelvétel:ali.ma@wecistanche.com

Katerina Apelt et

Cistanche szár vesebetegségre, kattintson ide a mintaért

Absztrakt:

VeseA mikrovaszkuláris ritkaság döntő szerepet játszik a progresszívvesebetegség. Ezért a vese mikrocirkulációjának megjelenítésére szolgáló módozatok javítják a betegségek mechanizmusainak megértését, és következésképpen új megközelítéseket kínálhatnak a sejtalapú terápia értékeléséhez. Jelenleg azonban a klinikai gyakorlatban hiányoznak a nem invazív, biztonságos és hatékony képalkotó módszerek a vese mikrovaszkuláris változásainak időbeli nyomon követésére vesebetegségben szenvedő betegeknél. A fontosság hangsúlyozására összefoglaljuk a vese mikrocirkulációval kapcsolatos jelenlegi ismereteket, és megvitattuk a progresszív vesebetegségben való részvételt. Ezen túlmenően a vese mikrovaszkuláris morfológiájának, funkcióinak és viselkedésének feltárására rendelkezésre álló képalkotó technikák áttekintése szerepel a kapcsolódó előnyökkel és korlátokkal együtt. Végső soron a vesebetegségek in vivo leolvasások alapján történő felmérésének és kivizsgálásának szükségessége kapilláris szintig terjedő felbontással paradigmaváltást jelenthet a diagnózis és a terápia terén anefrológia.

Kulcsszavak: vese; mikrocirkuláció; mikrovaszkulárisritkítás; sejtterápia; képalkotás

1. Bemutatkozás

A vese érrendszerének anatómiailag összetett felépítése van, ami egyedi élettani funkcióját tükrözi [1]. Annak ellenére, hogy a mikrovaszkuláris hálózat rendkívül dinamikusan alkalmazkodik a hemodinamikai változásokhoz, az érrendszeri diszfunkció lehet a következménye, vagy akár az oka is.vesea betegség kialakulása és progressziója [2,3]. Ennek megfelelően a mikrovaszkuláris diszfunkció a fibrotikus vesekárosodás korai jellemzője lehet, ami arra utal, hogy a vese mikrovaszkuláris felépítésének és működésének non-invazív értékelése és validálása nagy előrelépést jelentene a vesefifibrózis csökkentését célzó terápiák hatékonyságának értékelésében.

A klinikai gyakorlatban a súlyossága krónikusveseA betegséget (CKD) a glomeruláris filtrációs ráta (GFR) alapján osztályozzák, amely enyhén (60-89 ml/perc/1,73 m2), közepesen (30-59 ml/perc/1,73 m2) vagy súlyosan (15-29 ml/m2) tükröződik. min/1,73 m2 ) csökkentvesefunkcióelőre meghatározott kategóriák alapján [4]. A betegség előrehaladott CKD-vé és végstádiumú vesebetegséggé (ESRD) való progresszióját a glomerulosclerosis és a tubulointerstitialis fifibrosis előfordulása határozza meg, 15 ml/perc/1,73 m2-nél kisebb GFR mellett. Számos tanulmány kimutatta, hogy a vesekapillárisok elvesztésének jelensége, azaz a vese mikrovaszkuláris ritkasága szorosan összefügg a vesebetegség súlyosságával, és szerepet játszik a CKD felé történő későbbi progresszió biológiájában [3,5–7]. A vesefifibrosis kialakulását kiemelték az ilyen peritubuláris kapillárisveszteség és az azt követő vese hámvesztés központi jellemzőjeként. Ha a vese mikroérrendszere megvédhető, vagy akár helyreállítható, a vese szerkezeti szöveteinek integritása javulna, és a betegség progressziója megelőzhető [2,8]. Ezenkívül potenciálisan meghatározható egy terápiás ablak a sérülés súlyosságának felmérésére, mielőtt a vesekárosodás mértéke visszafordíthatatlanná válik. Különösen a sejtterápiák, például a mesenchymalis stromasejtek (MSC-k) ígéretes alkalmazásai értékelhetők és finomíthatók a vese-érrendszeri betegségek kezelésére. A vese mikrovaszkuláris ritkaságának részletes megértését azonban még mindig nehezíti az olyan képalkotó eljárások hiánya, amelyek lehetővé teszik az ér felépítésének és működésének nagy felbontású és non-invazív monitorozását.

Ebben az áttekintésben összefoglaljuk a vese mikroérrendszerének jelenlegi ismereteit és azokat a kóros mechanizmusokat, amelyek befolyásolhatják a mikrokeringést. Megvitatjuk a periciták fontosságát, és betekintést nyújtunk központi szerepükbe a vesebetegség progressziójának előidézésében mikrovaszkuláris diszfunkción és ritkuláson keresztül, valamint a vesebetegség kialakulásában.vesefibrózis. Ezt követően leírjuk a képalkotó technikák új fejlesztéseit, amelyek nyomon követhetik a vese mikrocirkulációjának ilyen változásait.

2. A vese érrendszere

2.1. A vese vérkeringése

Az emberi test mikroérrendszere arteriolákból, kapillárisokból és venulákból áll, és az oxigén, a tápanyagok és a metabolitok cseréjét végzi a vér és a környező szövetek között [8,9]. Nyilvánvalóan a mikrokeringés létfontosságú funkciója szigorúan szabályozott a szerv anyagcsere-szükségletei alapján. Az arteriolák fő feladata a véráramlás szabályozása az ellenállás beállításával, hogy biztosítsák a létfontosságú csere a kapillárisok szintjén [10]. Ebben a tekintetben az alapszövet homeosztatikus igényéhez való folyamatos alkalmazkodás elsősorban az endotélsejtek dinamikus plaszticitásától függ. Ugyanakkor a mikrocirkuláció endothel egészsége a pericitákkal való szoros intercelluláris kommunikáción alapul, amely fizikailag stabilizálja az ereket, szabályozza az angiogenezist és szabályozza a véráramlást [11,12].

A vese erősen vaszkularizált szerv, amely egyedi morfológiai és funkcionális jellemzőkkel rendelkezik, amelyek tükrözik érhálózatának figyelemre méltó heterogenitását [1,10]. A vér a veseartérián keresztül jut be a vesébe a hilumon keresztül (1. ábra), amely a vesemedencében dichotóm módon tovább oszlik szegmentális artériákra, és a kisebb kehely szintjén fokozatosan elágazik interlobar artériákká, amelyek szétterjednek a vesepiramisok között [1,13 ]. A kéreg és a medulla határán az interlobar artériák az íves artériákba áramlanak, és anatómiai elválasztást képeznek a két veserész között [1]. A kéregben az interlobuláris artériák, más néven kérgi sugárartériák vagy kérgi áthatoló arteriolák, merőlegesen emelkednek ki az íves artériákból, és afferens arteriolákká válnak, hogy ellátják a glomeruláris fa különböző ágait. A glomerulusok elhelyezkedésétől függően a szűrt vér a proximális és disztális tubulusokat körülvevő corticalis kapilláris plexusban vagy a Henle-hurok szintjén a medulláris kapilláris plexusban kerül össze. Végül a vér a vénás rendszerbe áramlik, amely párhuzamosan fut a veséből kilépő artériás hálózattal az interlobuláris, íves, interlobar, szegmentális és végül az ureter feletti vesevénán keresztül. Általánosságban elmondható, hogy ez az alapvető érrendszeri mintázat az emlősökben megmarad [14,15].

2.2. A vese kapilláris hálózatai

A vese mikroérrendszerének összetettségét a különböző vese erek eltérő morfológiája tükrözi (2. ábra). A vese endotéliumának és a környező perivaszkuláris sejteknek szerkezeti és funkcionális heterogenitása szorosan együtt jár a kapillárishálózat típusával [15–17]. Valójában a különféle kapilláriságyak jelenléte figyelemre méltó jellemző, amely biztosítja a glomeruláris kapilláris hálózaton keresztüli szűrést, valamint a szekréciót és a reabszorpciót a peritubuláris kapilláris hálózaton és a velős kapilláris hálózaton keresztül [1,13,14]. A kortikális mikrocirkuláció elsősorban a glomeruláris szűrlet reabszorpcióját biztosítja, míg a só- és vízkiválasztást túlnyomórészt a medulláris mikrovaszkuláris kompartment szabályozza [14]. Érdekes módon annak ellenére, hogy a medulla a teljes veseszövet tömegének körülbelül 30 százalékát teszi ki, a teljes vese véráramlásának (RBF) csak 10 százaléka teszi ki ezt a részt [10]. Az anatómiai helyzet alapján a vese mikrocirkulációja (i) kortikális mikrocirkulációra osztható; és (ii) medulláris mikrocirkuláció [13,14].

A kortikális mikrocirkulációt fizikailag az íves artériák választják el, amelyek interlobuláris artériákat eredményeznek, amelyek mindkét oldalról további afferens arteriolákba ágaznak, hogy ellátják a glomeruláris kapilláris hálózatot [14]. Az elágazás a kéregben lévő glomerulusok elhelyezkedésétől függően eltérő szögben történik. Az afferens arteriolán keresztül a 6-8 kapilláris hurokból álló glomeruláris kapilláris hálózatot vérrel látják el, amely szűrést követően az efferens arteriolán keresztül távozik [10]. A glomeruláris kapillárisok (2a. ábra) vékony, folytonos és többnyire lapos fenestrált endotéliumból állnak, amelyet podociták borítanak. A bezárt területek a teljes sejtfelületük 20-50 százalékát is elfoglalhatják [16]. A kérgi glomerulusok adják a vesében lévő összes glomerulus 90 százalékát, ezért nem meglepő, hogy az RBF nagy része túlnyomórészt átfolyik [13]. Az összes glomerulus fennmaradó 10 százaléka a cortico-medulláris határon található, és nagyobb méretű. A glomerulusok méretbeli különbségei mellett a corticalis és juxtamedullaris glomerulusokat ellátó afferens és efferens arteriolák szerkezeti különbségei a kapilláris nyomás megőrzésének jelentőségével magyarázhatók.

A megfelelő vérszűrés érdekében a kortikális afferens (2b. ábra) és a kérgi efferens (2c. ábra) arteriolák közötti átmérőkülönbség 15 µm versus 10 µm [13]. A vérnyomás szabályozása az afferens arteriolák oldalán a simaizomsejtek (SMC) által körülvett folytonos endotéliumot magyarázó rezisztencia-változások révén történik [18]. Az afferens arteriola alaposabb vizsgálata inkább két vaszkuláris szegmens jelenlétét tárja fel, nem pedig az ér teljes hosszában egységes endotéliumot, mint általában. Az afferens arteriola proximális része egy nem permeábilis endotéliumból áll, szorosan elrendezett SMC-kkel, amelyek szükségesek az érösszehúzódáshoz. Ellentétben a disztális résszel, amely a glomerulushoz közel helyezkedik el, és a fenestráció jelenléte miatt egy permeábilis endotéliumból áll. Érdekes módon ez a fenestráció meglehetősen ritka jelenség a magas intravaszkuláris nyomású erekben. Emellett a kocka alakú renintermelő periciták beburkolják az afferens arteriola disztális részét, hogy közvetítsék a lokális vérnyomás szabályozását a glomerulusban [17,19].

A szűrt vér a kérgi glomerulusok mindegyikéből az efferens arteriolán keresztül távozik, hogy a vesetubulusokat körülvevő sűrű kérgi kapilláris plexusban egyesüljön [10]. A glomeruláris kapillárisrendszeren kívül ezt a második kapilláris kompartmentet peritubuláris kapilláris rendszernek nevezik [16]. A peritubuláris kapillárisok (2d. ábra) körbefutottak és vékonyfalúak, átlagos átmérőjük körülbelül 7 µm [13,15]. Ezek a kapillárisok oxigénnel és tápanyagokkal látják el a vesekéregben található tubulusokat, de nem feltétlenül azt, ahonnan származnak [10,15]. A peritubuláris kapillárisok folytonosabb endotéliummal és kisebb átmérővel rendelkeznek, mint a vasa recta medulláris kapillárisai [13,16]. Vesebetegségben a glomeruláris sérülés végül befolyásolja a downstream szekvenciálisan elrendezett peritubuláris kapillárisokat, és ezáltal felgyorsítja a vesebetegség progresszióját [10,20].

A juxtamedullaris afferens arteriola (2e. ábra) hozzávetőlegesen 20 µm átmérőjű, míg a juxtamedullaris efferens arteriola (2f. ábra) vastagabb, 20–25 µm belső átmérőjű [13]. A juxtamedullaris glomerulusból kilépő efferens arteriolát számos SMC veszi körül. Ez az észrevehető különbség az érátmérőben, valamint a fokozott izomzatosság felveti a vitát e glomerulustípus ischaemiában való részvételéről. Úgy tűnik, hogy a vese vaszkuláris felépítése bizonyos módon meg van szervezve, hogy megóvja a velőt az ischaemiás károsodástól. Van az a hipotézis, hogy a juxtamedullaris glomerulusok afferens és efferens arteriolái nem biztos, hogy felelősek a medullaris vér fellow (MBF) szabályozásáért, de ez szintén ellentmondana a glomeruláris filtrációs ráta szabályozásában játszott szerepüknek [21]. Ehelyett úgy tűnik, hogy a külső medulla belső sávjában elhelyezkedő vaszkuláris kötegek leszálló vasa recta (DVR) felelős az MBF szabályozásáért, ami megmagyarázhatja az érrekeszt körülvevő periciták nagy számát. A DVR ezért kulcsszerepet játszik az artériás nyomás hosszú távú szabályozásában [13]. A juxtamedullaris glomerulusokhoz kapcsolódó efferens arteriolák a külső medulla belső sávjában található érkötegeken keresztül áramlanak át a DVR-be. A DVR létrehozza a medulláris kapilláris hálózatot, amely az ascending vasa rectához (AVR) kapcsolódik [1].

A medulláris mikrocirkuláció akkor indul be, amikor a juxtamedullaris glomerulusokból származó efferens arteriolák mélyebbre hatolnak a szövetbe, hogy ellátják a velővel ismert veseszövet fennmaradó 30 százalékát [13,14]. Az egyik vesepiramis velőse anatómiailag két részre oszlik: a külső velő közvetlenül a kéreg alatt helyezkedik el, majd a belső velő, amely a parenchyma csúcsáig terjed, az úgynevezett papilla. Általában a velős kapillárisok száma a vesepiramis csúcsától növekszik. A közelebbi megfigyelés azt mutatja, hogy a külső medulla tovább osztható a külső csíkra és a sűrű kapilláris plexust és az inter bundle plexust tartalmazó, erősen vaszkularizált belső csíkra [15]. Az inter bundle kapillárisokat fenestrált endotélium jellemzi, és az arcuatus vénához kapcsolódnak [14,22].

Minden juxtameduláris efferens arteriola több kötegre, úgynevezett vaszkuláris kötegre bomlik, és a DVR ágait képezi (2g. ábra), amelyek átmérője nagyobb, mint a kéreg peritubuláris kapillárisai [15,23]. A vaszkuláris kötegek DVR-jének endotéliumához számos pericita kapcsolódik [17]. Érdekes módon a belső velő DVR-jében (2h ábra) csökken az ereket körülvevő periciták száma [15,17]. A DVR morfológiai elrendezése a külső és belső medulla rekeszben kettős funkcióját tükrözi [10]. Részletezve, a DVR érszűkülete leginkább a proximális részén jelenik meg, amely a külső velőben található [15]. A disztális részen, azaz a belső velőben azonban elsősorban elektrolitcsere zajlik. Ez az anatómiai különbség közvetlenül utal a periciták különálló alpopulációjára a morfológiai megjelenés és a funkcionális tulajdonságok tekintetében [15,17].

A belső medulla mélyén a DVR különböző ágai összetett kapilláris hálózattá bomlanak, mielőtt a lényegesen kisebb AVR-hez csatlakoznának [10]. A DVR endothelje folytonos, ellentétben az AVR endothel sejtjeivel (2i. ábra), amelyek erősen fenestráltak. Végül az összes vért az AVR-ből, valamint a corticalis kapilláris plexus peritubuláris kapillárisaiból összegyűjtik a vénás rendszerbe. Általában a vesevénák rendkívül vékony érfalat mutatnak, az interlobuláris, íves és interlobaris vénák pedig fenestráltak, és rekeszizomzatot tartalmaznak. Meglepő módon az interlobuláris vénák általában nagyobb hasonlóságot mutatnak a peritubuláris kapillárisokkal, mint a vénákkal a vékony és erősen fenestrált hám miatt.

A különböző vese mikrovaszkuláris szegmensek és sejtszinten elegáns morfológiai megjelenésük felveti a gyanút, hogy a fennálló komplexitás még bonyolultabb betegségmechanizmussá alakul át. Ezért a következő rész a vese mikrovaszkuláris működési zavarai mögött meghúzódó folyamatokra összpontosít.

3. Vese mikrovaszkuláris működési zavarai

3.1. Endothel diszfunkció

A vese endotélium fiziológiás körülmények között többnyire nyugalmi állapotban van; azonban a mikrokörnyezeti változásokra, például nyíróstresszre, hipoxiára, oxidatív stresszre vagy gyulladásra válaszul az endothelsejtek aktivációja következik be, és angiogén növekedési faktorok termelődnek [24]. A triggertől függően az endoteliális sejtaktiváció pro-gyulladásos és pro-trombotikus fenotípust indukálhat, hogy elősegítse az immunsejtek adhézióját és a mikrotrombusok kialakulásához szükséges beszűrődést. A vaszkuláris gát fenntartásához azonban a megfelelő szabályozó funkcióhoz és az oldott anyag transzportjához szükséges permeabilitáshoz elengedhetetlen a nyugvó, valamint az aktivált endotélsejtek metabolikus állapotának szigorú szabályozása.

A szövetek integritása és a szervek működése elsősorban a mikrovaszkuláris hálózat megfelelő perfúziójától függ [8]. Ezért nem meglepő, hogy az endothel sejtek nagy plaszticitást mutatnak, hogy biztosítsák a környezeti változásokhoz való dinamikus alkalmazkodást a kapillárisok számának, morfológiai alakjának és funkciójának beállításával [1,2,8]. A magas vérnyomás hosszan tartó periódusa azonban visszafordíthatatlan változásokat okoz a mikrokeringésben, és károsodott endothelsejteket idéz elő, amelyeket károsodott adaptációs tulajdonságok jellemeznek. Ezt a megzavart homeosztázist a nitrogén-monoxid (NO), a hipoxia-indukálható faktor-1 (HIF-1) és a vaszkuláris endoteliális növekedési faktor (VEGF) csökkenése tükrözi, valamint más tényezők növekedése, mint pl. mint angiosztatin, endosztatin és trombospondin [1]. Megjegyzendő, hogy a vese endothel diszfunkciójára való hajlam változatos, és a vese mikrocirkulációjának különböző részeiben elhelyezkedő endothel sejttípustól függ [16,24]. A vese endothel sejtek heterogén fenotípusainak és a mikrovaszkuláris változásokra adott eltérő válaszaik tisztázására Dumas et al. [25] a közelmúltban egy nagy felbontású atlaszt készítettek a vese endotéliumáról egysejtes RNS szekvenálás segítségével.

Az endothel diszfunkció gyakran együtt jár a vesefunkció akut és progresszív csökkenésével [24]. Ez a meghibásodás megnövekedett vaszkuláris ellenállást okoz, ami az RBF csökkenésével jár együtt [26]. A hosszan tartó érszűkület nem megfelelő szöveti perfúziót, valamint a stressz és a növekedési faktorok aktiválódását okozza, ami morfológiai változásokhoz vezet [1]. Az adott sértés súlyosságától és különösen időtartamától függően az RBF visszafordíthatatlanul megváltoztatható a mikrokeringés szerkezeti megváltoztatásával. Ezeket a morfológiai változásokat a mikrovaszkuláris remodelling néven ismert folyamat okozza. A mikrovaszkuláris remodelling a mikrovaszkulatúra funkcionális változásaira adott válasz, amely következésképpen a mikrovaszkuláris architektúra szerkezeti szintű megváltozását idézheti elő a hemodinamikai homeosztázis elérésének utolsó kísérleteként [1,2,8]. Végül, az endothel diszfunkció a „no-reflow” nevű jelenséget eredményezheti, amely során a perfúziót nem lehet helyreállítani, ami végül tubuláris hámsejtek károsodásához vezethet, ami akut vesekárosodást (AKI) eredményez [24].

Nagyon fontos kiemelni, hogy az endothel diszfunkció nem csak a vesebetegséggel jár, hanem aktívan elősegíti a betegség progresszióját is [24]. A vese mikrovaszkuláris működési zavara a sejtkárosodás által kiváltott endothel diszfunkcióra utal, amely megzavarja a periciták szoros interakcióját az endothel réteggel és gátolja a sejtkommunikációt.

3.2. A periciták érintettsége a veseműködési zavarban

A CKD központi jellemzője a peritubularis kapillárishálózat progresszív elvesztése, ezt a folyamatot ritkaságnak nevezik [27]. A tubulointerstitialis fifibrózist, valamint a károsodott tubuláris epitéliumot a vesében ez a kapillárisritkulás előzi meg [27], míg ez a mikrovaszkuláris ritkaság közvetlenül korrelál a fifibrosis súlyosságával [28,29]. Ezenkívül azt találták, hogy a ritkaság mértéke előrejelzi az intersticiális károsodás mértékét, valamint a glomeruláris filtrációs sebesség változásait CKD-s betegekben [28]. Ezek az eredmények a mikrovaszkuláris destabilizáció/vesztés korai, sebességkorlátozó szerepére utalnak a CKD kialakulásában és a fibrózis patogenezisében [30]. A kardiovaszkuláris kockázati tényezők által okozott krónikus endothelsejt-aktiváció a periciták elvesztését idézheti elő, amelyek kritikus szerepet játszanak a kapillárisok stabilizálásában és proliferációjában az endothelsejtekkel való kölcsönhatás révén [31]. Valójában a felhalmozódó bizonyítékok rámutatnak a periciták fontosságára és szerepükre a vese mikrovaszkuláris egészségében [17].

A periciták perivaszkuláris fali sejtek, amelyek megnyúlt folyamatokkal borítják az endotéliumot, és amelyek a kapillárisok alapmembránjába ágyazódnak [32]. Ezek mezenchimális eredetű sejtek, és a Forkhead box D1 (FoxD1) plusz stromális progenitor populációból származnak, amelyek a vese érrendszerének egyéb falsejtjeit is eredményezik, beleértve az SMC-ket, a rezidens fibroblasztokat, a renin sejteket és a mezangiális sejteket [33], míg a vese érrendszerének összes endotélsejtje őssejt-leukémiából (SCL) és progenitorokból származik [34]. A periciták különböznek a rezidens (perivaszkuláris) fibroblasztoktól, mivel az ér alapmembránjába ágyazódnak, de a legtöbb vesében végzett vizsgálat nem tesz különbséget a periciták és a perivaszkuláris fibroblasztok között [31,35], valószínűleg specifikus markerek hiánya miatt. A periciták azonosítására általában használt markerek közé tartozik a vérlemezkéből származó növekedési faktor receptor (PDGFR), a kondroitin-szulfát proteoglikán NG2, a simaizom aktin (SMA), a 73-as differenciálódási klaszter (CD73) és a PDGFR, de ezek a markerek különböző átfedő) periciták különböző anatómiai régiókban lokalizált részhalmazai, tükrözve e sejtpopuláció heterogenitását [17] és valószínűleg funkcionális heterogenitását is. A periciták szorosan szabályozzák az erek fejlődését, stabilizálását, érését és átépülését [11], és érszűkület révén szabályozzák a véráramlást. A pericitákat funkcionálisan érösszehúzó faktorok, például angiotenzin II és adenozin-trifoszfát (ATP), valamint értágító faktorok, például NO és prosztaglandinok szabályozzák [17]. Az erek érése a perivaszkuláris sejtek toborzásától függ, amelyek stabilizálják az érrendszert és szabályozzák a vérnyomást [12].

A vesében a periciták a kortikális glomerulusok afferens arterioláinak disztális részeit burkolják, és főként a peritubuláris kapillárisoknál és a vasa rectánál vannak jelen [13,19]. Ezenkívül a mezangiális sejtek a vese periciták egy (speciális) alcsoportját képezik, amelyek fontosak a glomeruláris kapillárisok szerkezeti támogatásának fenntartásában és a glomeruláris hemodinamika szabályozásában. Ezenkívül az arterioláknál elhelyezkedő kontraktilis juxtaglomeruláris periciták közvetítik a lokális glomeruláris vérnyomást, és a renin szekréción keresztül befolyásolják a szisztémás vérnyomást [19]. Érdekes módon a stromális kompartmentből származó renin prekurzor sejtek térben és időben kapcsolódnak a véredények fejlődéséhez, míg az artériás elágazást a renint expresszáló sejtek megjelenése előzi meg az elágazás helyén [33,36]. Ezenkívül a transzgenikus reninriporter zebradán segítségével kimutatták, hogy a renint expresszáló sejtek megelőzik az angiogén hajtásokat [37]. Felnőtt egér vesében renin eredetű sejtek is megfigyelhetők a perivaszkuláris helyeken, és együtt festődnek a pericita markerekkel (PDGFR /NG2) [38], ami arra utal, hogy ennek az alcsoportnak az érrendszer fenntartásában fontos szerepe lehet.

3.3. Endothel sejt-pericita jelátviteli kölcsönhatások

A periciták kölcsönhatásba lépnek az endothel sejtekkel számos kölcsönös kölcsönhatáson keresztül, amelyek szabályozzák a stabilizáláshoz és az angiogén csírázáshoz szükséges jelátviteli útvonalakat. Pericita jelet küld az endotéliumnak olyan szekretált faktorokon, mint a VEGF, PDGF, transzformáló növekedési faktor- (TGF-) és angiopoietin-1 (Ang-1), valamint közvetlen endothel-pericita áthallás [39]. ]. Hasonlóképpen, az endotélium jeleket küld a környező stromasejteknek olyan faktorok segítségével, mint az angiopoietin-2 (Ang-2) ​​és a PDGF. Az Ang-2 negatívan befolyásolja az Ang-1-közvetített Tie-2 jelátvitelt, ami a pericita–endothelsejt kölcsönhatás megszakadásához, az ezt követő érdestabilizációhoz és abnormális mikrovaszkuláris remodellációhoz vezet [40,41]. A perivaszkuláris stromasejtek és az endothel sejtek közötti kölcsönhatás kritikus fontosságát a kapillárishálózat fenntartásában egereken végzett vizsgálatok is bizonyítják, amelyek azt mutatják, hogy ha a periciták befektetése gátolt, a kapillárishálózat destabilizálódik, és ritkulás következik be [42]. Például a hiperglikémia fokozza az endothel Ang{15}} expresszióját, aminek következtében a perivaszkuláris stromasejtek elvándorolnak a kapillárisoktól [43]. Laboratóriumunkban végzett közelmúltbeli vizsgálatok kimutatták, hogy mind patkányokban [44], mind emberi donor veséjében [45] ischaemia-reperfúziós sérülés az Ang-2/Ang-1 egyensúly gyors emelkedéséhez vezet, ami összefügg a mikrovaszkuláris integritás elvesztésével. Ezenkívül a cukorbetegeknél a kapillárisok egészségének megfordulását, valamint az Ang-2/Ang-1 arány és az oldható trombomodulin (endothelsejt-sérülési marker) csökkenését figyelték meg az egyidejű vese-hasnyálmirigy-transzplantációt követő 12 hónapon belül [46] ]. Az angiopoietin/Tie2 útvonalak [47] mellett az endothel-pericita áthallást a TGF szupercsalád jelátvitel [48], a VEGF [49] és a szfingozin-1-foszfát (S1P) jelátviteli útvonalak [50] szabályozzák.

3.4. Periciták, mint a myofibroblasztok prekurzorai

Az egér genetikai vonalkövetési modelljei kimutatták, hogy a periciták (és más perivaszkuláris sejtek) a -SMA pozitív myofibroblasztok fő forrásai a vesefibrózis egérmodelljében [51,52]. Valójában egy közelmúltbeli elegáns tanulmány, amely egysejtű RNS-szekvenálást tartalmazott, a miofibroblasztok három fő forrását jelölte meg az emberi vesékben: (i) NOTCH3 plusz RGS5 plusz PDGFR – periciták; (ii) MEG3 plusz PDGFR plusz fibroblasztok; és (iii) COLEC11 plusz CXCL12 plusz fibroblasztok [53]. A pericita-miofibroblaszt differenciálódás során sejtciklus-változásokat figyeltek meg, amelyek összhangban vannak a differenciálódással és expanzióval, és a dúsított útvonalak közé tartozott a kanonikus WNT és aktivátor fehérje-1 (AP-1) jelátvitel, valamint az aktiváló transzkripció faktor 2 (ATF2), PDGFR, integrin, extracelluláris mátrix (ECM) receptor kölcsönhatás és TGF-jelátviteli útvonalak [53]. Korábban kimutatták, hogy a PDGFR plusz sejtpopuláció kis része perivaszkuláris Gli1 plusz progenitorokból áll, amelyek egy perivaszkuláris MSC-szerű sejtpopulációt jeleznek, amelyről kimutatták, hogy miofifibroblasztok generálásával kulcsfontosságú szerepet játszik a sérülés által kiváltott szervi fibrózisban [54]. . Ezenkívül kimutatták, hogy a gliomával összefüggő onkogén homológ 1 (Gli1) plusz a pericita elvesztése kapillárisritkulást és proximális tubuláris sérülést vált ki [55]. Megjegyzendő, hogy mivel a periciták korábban összekapcsolódtak, és szoros rokonságban állnak az MSC-kkel [56], ez azt a kérdést is felveti, hogy a periciták egy részhalmaza lehet-e MSC, és mint ilyen, hozzájárul-e a vese regenerációjához. Valójában számos tanulmány talált multipotens progenitor-szerű szerepet a pericitákban különböző szövetekben [35,57,58].

Összességében a mikrovaszkuláris ritkaság közvetlenül hozzájárul a myofibroblasztok azon készletéhez, amelyek felelősek az ECM fehérjék túlzott képződéséért, amelyek a fibrózisban a hegszövet fő alkotóelemei. Ezenkívül a pericitákról miofibroblasztokra való átmenet a periciták leválását okozza az érfalról, instabil kapillárisokat eredményezve, ami önmagában is ritkulást okoz [52]. Mindazonáltal a ritkaság fő hatását a krónikus veseelégtelenség patogenezisére a vese perfúziójának csökkenése okozza, amely tovább súlyosbítja a medulláris ischaemiát, és elősegíti az intersticiális fifibrózis kialakulását, amelyet a TGF- és a kötőszöveti növekedési faktor fokozott expressziója közvetít. (CTGF) [59]. Így a mikrovaszkuláris ritkaság jól működhet a krónikus veseelégtelenség patogenezisében, mint egy sebességkorlátozó pro-fibrotikus váltás. Valójában az endothelsejt-pericita kölcsönhatást célzó terápiák, például a PDGFR- vagy VEGF-receptor jelátvitelt célozva megakadályozhatják a myofibroblast átmenetet és korlátozhatják a fibrózis kialakulását [60–62], illusztrálva a kapillárishálózat kulcsfontosságú szerepét a vesekárosodásban és potenciális terápiás célpont.

A fentiek alapján egyértelmű, hogy a vese komplex vaszkuláris felépítése több perivaszkuláris kompartmentet generál, amelyek mindegyike saját specifikus funkcióval és követelményekkel rendelkezik. Ezért olyan jövőbeli kutatásokra van szükség, amelyek a vese periciták mélyreható osztályozására összpontosítanak az alpopulációk jellemzésével azok elhelyezkedése, sejtmorfológiája és funkciója alapján. Mint ilyenek, az új képalkotó módszerek, amelyek célja, hogy nem invazív módon hozzáférjenek a kis méretű erekhez, megadhatják ezt az alapvető információt. Amint azt a neurobiológia területe [12] példázza, a periciták különböző altípusainak jól meghatározott kategorizálása új utakat kínálhat az érrendszeri rendellenességek célzott terápiájának kidolgozásához.

4. Vaszkuláris képalkotó eljárások

A különböző vesebetegségek az ultrastrukturális változások jellegzetes mintáját tükrözik. Az orvosbiológiai képalkotás terén elért technológiai fejlődés eredményeként az elmúlt néhány évtizedben feltárták a vese fiziológiai és patofiziológiai mechanizmusait [63]. A szöveti architektúra anatómiai és morfológiai változásaira fókuszálva a vesebetegséggel kapcsolatos ismereteink fokozatosan bővültek, ami javította a diagnosztikát és innovatív kezelési lehetőségeket biztosított. Az erek dinamikus változását azonban főként figyelmen kívül hagyták az érrendszeri viselkedés idősoros kísérletekben történő vizsgálatának kihívása miatt. Ennek eredményeként kielégítetlen orvosi igény mutatkozik nem invazív képalkotó technikák kifejlesztésére a vese mikrocirkuláció hemodinamikájának monitorozására [16].

Szintén érdekes lenne a képalkotó eredményeket az (új) biomarkerekhez kapcsolni az érnefrológia területén. Például kimutattuk, hogy a nem kódoló RNS-ek szorosan kapcsolódnak az érkárosodáshoz [64,65]. E mérések kombinálása új (ok-okozati) összefüggéseket és új diagnosztikai lehetőségeket eredményezhet. Ezen túlmenően, ha új képalkotó módozatokat párosítanak az egysejt-alapú technikák, például az egysejtű RNS-szekvenálás és a térbeli transzkriptomika közelmúltbeli fejlesztésével [53, 66, 67], ez lehetővé teszi az összetétel és a dinamika példátlanul mélyreható elemzését. a vese érrendszerének. A következő szakaszok összefoglalják a már rendelkezésre álló ex vivo és in vivo képalkotó módszereket a vese mikroérrendszerének morfológiai és funkcionális vonatkozásainak vizsgálatára.

4.1. Ex Vivo

A vese mikroérrendszerével kapcsolatos ismereteink nagy része szövetbiopsziák átfogó ex vivo elemzéséből származik. Ennek megfelelően a sejtalapú terápiát gyakran szövetmetszéssel és festéssel értékelik. Annak ellenére, hogy számos tanulmány vizsgálja az MSC-k vese érrendszerre gyakorolt ​​​​terápiás hatását [68], kevés kutatócsoport használta ki a kifinomult képalkotó módszereket, például a mikrokomputertomográfiát (mikro-CT), hogy a 3D architektúra vizsgálatával értékelje az MSC-terápiát. a vese érrendszerének [69–74].

4.1.1. Mikro-számítógépes tomográfia (mikro-CT)

A mikroszámítógépes tomográfia (mikro-CT) bevezetése Flannery et al. [75] 1987-ben új utakat nyitott a rágcsálók ép érrendszerének tanulmányozására, hogy nagy térbeli felbontású ismereteket szerezzenek a betegségek mechanizmusairól. Ez az ex vivo modalitás lehetővé tette a vese mikrovaszkuláris architektúrájának megjelenítését, valamint a glomerulusok számának, térbeli eloszlásának és térfogatának számszerűsítését, amely az egész szerv patofiziológiai állapotának indikátoraként használható [76]. A felbontás egy 3D látómezőben 10 243 voxellel lehetővé tette az afferens és efferens arteriolák, valamint a rágcsálóvesék glomeruláris kapillárisainak megjelenítését. Patkányoknál 21 µm-es rekonstituált voxelméretet használtak [77], sertéseknél a vese érrendszerét 40 µm-es voxelmérettel és 1,2 mm-es pásztázási látómezővel [78]. A mikro-CT terén tett előrelépések lehetőséget biztosítottak a patkány nefron ereinek 1 µm-es voxelfelbontású leképezésére 2 mm-es szkennelési látómezőn belül [79].

A Hillman és munkatársai által kifejlesztett kvantifikációs technika alapján. [80] hagyományos CT segítségével az érrendszert és a vaszkuláris térfogatot a különböző veseszöveti kompartmentekben határozták meg hasonló tanulmányokkal összhangban, amelyek a veseereket szövettani szövetmetszetek alapján értékelték [77]. Érdekes módon a képalkotó módszerek, például a mikro-CT alkalmazásával a glomeruláris kapillárishálózat szerepéről alkotott hagyományos gondolkodásmód mellett a peritubularis kapillárisok és patológiás állapotokban való részvételük vizsgálatának fontossága is felvetődött.

A mikrovaszkulatúra korai szerkezeti változásai mikro-CT-vel láthatóak és kimutathatók, ezért nem meglepő, hogy a mikro-CT segítségével számos, a vesebetegségben szerepet játszó vaszkuláris szintű molekuláris mechanizmust azonosítottak. Különböző vesebetegség modellekben, például policisztás vesebetegségben (PKD) összefüggést írtak le a patológia és a csökkent mikrovaszkulatúra között, amelyet mikro-CT-vel határoztak meg 17 µm-es voxelmérettel [81]. Ezen túlmenően hiperkoleszterinémiában a kortikális mikrovaszkuláris denzitás növekedését figyelték meg a progresszív vesemorfológiai károsodás korai jeleként [78]. Krónikus epevezeték elkötésben szenvedő patkányokban mikro-CT-vel kortikális hypoperfúziót mutattak ki, ami magyarázhatja a só- és vízvisszatartás zavarát a betegség további progressziójával [82]. Emellett a veseszűkületben a fokozott oxidatív stressz összefüggésbe hozható a vese mikrovaszkuláris remodellációjával, és kezelési lehetőségeket javasoltak krónikus antioxidáns beavatkozással [83].

A mikro-CT nagy előnye, hogy meghatározható az érrendszerek axiális és radiális geometriája [84]. A vese vaszkuláris architektúrájának 3D-s megjelenítése mellett a mikroerek térbeli sűrűsége is értékelhető [78,83], az érsűrűség és -méret akár 80 µm átmérőig is meghatározható különböző anatómiai vesekompartmentekben [77,78,83,85 ], és az erek kanyargóssága figyelhető meg [83]. Ezen túlmenően a glomerulusok vaszkuláris kapilláris térfogata, valamint a peritubuláris kapillárisok mennyisége megkülönböztethető és számszerűsíthető a kéregben [82].

Egy szabványos kvantifikációs protokollt széles körben alkalmaznak a jól meghatározott kérgi és velős kompartmentek mikrovaszkuláris elváltozásainak szerkezeti szinten történő vizsgálatára, az érsűrűség és átmérő meghatározására [77,82]. Ngo et al. [84] összehasonlító vizsgálatot végzett a mikro-CT-vel és a fénymikroszkóppal, és arra a következtetésre jutott, hogy a mikro-CT-vel nyert vese érrendszeri geometriájának számszerűsítése megvalósítható és pontos technika. A fénymikroszkópos képalkotás egyetlen hozzáadott értéke a mikro-CT-hez képest, hogy lehetővé teszi az artériák és a vénák megkülönböztetését az érfal vizualizálásának lehetőségével. Mikro-CT alkalmazásával azonban patkányok és nyulak 100, illetve 60 µm átmérőjű artériáit 3D-ben lehetett megjeleníteni. A kisméretű, 10 µm-nél kisebb ereket azonban nem lehet megfelelően azonosítani mikro-CT-vel, ezért vissza kell térni az immunhisztokémiához annak érdekében, hogy a legkisebb vesekapillárisokat is befoghassuk [85].

4.1.2. Fénylapos fluoreszcens mikroszkópia (LSFM)

A fénylemezes fluoreszcens mikroszkóp (LSFM) bevezetésével manapság ésszerű időn belül nagy felbontású képalkotás érhető el [86,87]. Az LSFM elérhetősége révén az érdeklődés a rutinszerűen alkalmazott hagyományos szövettani technikákról, amelyek magukban foglalják a szövet metszését, majd a mikrovaszkulatúra festését, a szövet egészének képalkotása felé terelődött. A térfogati analízis azért kedvező, mert nem csak a szövet egy kiválasztott részét vizsgáljuk, hanem a 3D nézetben megőrizzük az erek architektúrájának és viselkedésének dinamikus karakterét is.

A 3D információ megőrzése érdekében a biológiai mintát különféle optikai szövettisztítási (OTC) protokollokkal átlátszóvá teszik, hogy minimalizálják a fényszórást és a fényelnyelést a további FL fluoreszcens festéshez [87]. Az elmúlt években az OTC módszerek népszerűvé váltak, mivel a 3D képalkotás lehetőséget ad az ép szervek tanulmányozására az LSFM modern fejlődésének köszönhetően. Egy ép szerv vagy akár egy egész állat sejtszintű felbontású 3D-ben percek alatt elkészíthető [88]. A konfokális FL fluoreszcens mikroszkópiához hasonló felbontású LSFM azonban két nagyságrenddel jobb jel-zaj aránnyal rendelkezik, drámaian csökkenti az FL fluorofor fehéredést és a fototoxikus hatást, lehetővé téve az OTC-hez szükséges nagyszabású képfeldolgozást [89]. További előnyök, hogy a rögzített képkockák száma és a rögzítési sebesség nagyobb, míg a teljes képalkotási időtartam sokkal rövidebb.

Az LSFM bevezetése óta számos OTC protokollt fejlesztettek és finomítottak különböző szövetmintákhoz és több fajból származó szervekhez. Az elmúlt években az etil-cinnamát (ECi) nem mérgező oldószer alapú tisztítást széles körben alkalmazták egérvesék tisztítására [88, 90, 91]. Ez a protokoll kevésbé időigényes, mint például az úttörő protokollok a CLARITY (tiszta lipidcserélt akrilamid-hibridizált merev képalkotás), a CUBIC (tiszta, akadálymentes agy/test képalkotó koktélok és számítási elemzés) és/vagy a DISCO (háromdimenziós képalkotás). oldószerrel megtisztított szervek), mégis viszonylag ésszerű vesetisztítást tesz lehetővé, kis mennyiségű autofluoreszcenciával. Figyelemre méltó munkát végeztek Ertürk és munkatársai [92], akik sikeresen megtisztítottak egy teljes emberi vesét a SHANEL nevű új szöveti permeabilizációs módszerrel (small-micella-mediált humán szerv hatékony tisztítása és címkézése). A kérgi zóna mérete körülbelül 2742 ± 665 mm (átlag ± SD), amely 221 ± 37 mm átmérőjű glomeruláris kapillárisokat tartalmazott, az afferens arteriola átmérője pedig 71 ± 28 mm. Ezenkívül az idegtudomány területén egy rendkívül kifinomult, mély tanuláson alapuló keretrendszert fejlesztettek ki a neuronális érrendszer OTC utáni számszerűsítésére, az úgynevezett VesSAP-t (vassel segmentation & analysis pipeline) [93].

Annak ellenére, hogy az elmúlt években nagy előrelépés történt az OTC területén, néhány hátrány még mindig fennáll, mivel az endogén FL fluoroforok expressziója többnyire nem őrzi meg kielégítően a transzgenikus állatok felhasználását. Mindazonáltal komoly aggodalomra ad okot, hogy a szövet és ennek következtében az érrendszer morfológiai mérete megváltozik az OTC-hez szükséges durva oldószerek hatására. Ezenkívül az LSFM által előállított hatalmas mennyiségű adat továbbra is kihívást jelent, nemcsak a megfelelő adattárolás és -kezelés, hanem a kvantitatív elemzés szempontjából is [87].

Dióhéjban, az olyan technikák alkalmazásának egyik fontos előnye, mint a mikro-CT vagy az SFM, hogy a térbeli éreloszlás rögzíthető, és az érhálózat szerkezeti megritkulását megfelelő felbontással azonosítani lehet szinte az összes vese kapilláris szerkezetének leképezéséhez. Mindazonáltal mindkét technika rögzítést igényel, ezért csak ex vivo hajtható végre. A vese mikroérrendszerének morfológiai és funkcionális változásainak nyomon követéséhez in vivo időben képalkotó stratégiák szükségesek.

4.2. In Vivo

Az in vivo képalkotó módszerek alkalmazása lehetőséget adna a sejtalapú terápia valós idejű értékelésére és a lehetséges érrendszeri terápiás hatások validálására. Következésképpen az in vivo orvosbiológiai képalkotás terén elért haladás sürgeti a vese érrendszerére gyakorolt ​​MSC-alapú hatások tanulmányozását. Csupán sok tanulmány alkalmazott in vivo képalkotást az MSC-hatás vizsgálatára, multifoton mikroszkópiával (MPM) [94], CT-vel [95,96] és mágneses rezonancia képalkotással (MRI) [95–97].

4.2.1. Többfoton mikroszkópia (MPM)

A többfoton mikroszkópia (MPM) csak a fókuszsíkon belül két vagy több foton egyidejű abszorpciójától függ, amely 1995-ben vált elérhetővé [98]. A dinamikus folyamatok sejtszinten in vivo is megjeleníthetők, és a renális vaszkuláris véráramlás vizsgálata mellett [63] az MPM lehetőséget kínál különféle vese mikrovaszkuláris szegmensek valós idejű monitorozására. A nagy felbontás lehetővé teszi az afferens és efferens arteriolák, valamint a glomeruláris kapillárisok megjelenítését. Annak ellenére, hogy technikailag elérhető a medulláris mikrokeringés, ez a behatolási mélység miatt továbbra is kihívást jelent [98]. Mindazonáltal megvalósítható egy teljes glomerulus hozzávetőlegesen 100 µm átmérőjű megjelenítése, és hozzáférhet a sejtszintű dinamikus folyamatokhoz.

Fontos, hogy az in vivo mikrovaszkuláris szivárgás láthatóvá és számszerűsíthető a fibrotikus vesékben az MPM segítségével végzett Evans blue extravazáció révén [99]. A perfundált kapillárisok számát számszerűsítettük, és az átmérőt jóval 10 µm alatt határoztuk meg. A közelmúltban kutatócsoportunk az MPM-et alkalmazta, hogy in vivo bizonyítékot szolgáltatjon arra vonatkozóan, hogy a humán pluripotens őssejtből (hPSC) származó veseorganoidok funkcionális kapcsolatot alakítottak ki egerekben a már meglévő veseérrendszerrel vese subcapsuláris transzplantáció után [100,101].

Az MPM előnyei az életlen FL fluoreszcencia hiánya és a korlátozott fényfehérítés a fókuszterületen belül [98]. Az egyik hátrány azonban a korlátozott képalkotási mélység, amely megköveteli a hasi képalkotó ablak alkalmazását a vese érrendszerének in vivo eléréséhez [102,103]. Ez a hasi ablak több héttől akár egy hónapig is lehetővé teszi az in vivo képalkotást; azonban egy ilyen képalkotó ablak behelyezése invazív műtétet igényel, és gyulladás esélyével jár. Ezenkívül a képalkotó ablakok néha elvesznek, és szöveti nekrózis léphet fel [102]. Nyilvánvaló, hogy ez a képalkotó mód nem ültethető át a klinikai gyakorlatba.

Érdekes alternatíva a kapilláris véráramlás nem invazív, ágy melletti monitorozására a kézi vital mikroszkóp (HVM) klinikai gyakorlatba való bevezetése óta [104]. Annak ellenére, hogy ez a képalkotó mód egy teljesen más technológián, azaz a mellékáramú és incidens sötét mezős videomikroszkópokon alapul, valós idejű értékelést kínál a felületes kapillárisokról. A MicroTools szoftvercsomagok néven ismert új klinikai algoritmusok lehetővé teszik a teljes és perfundált érsűrűség automatikus mikrovaszkuláris képalkotó elemzését az angiogenezis, az értágulás/szűkület és a folyadékegyensúly, valamint a kapilláris hematokriton és az eritrociták sebességén alapuló oxigénszállítási kapacitás elérése érdekében [105] ]. A vese mikroérrendszerének tanulmányozására azonban ezek a módszerek nem alkalmasak korlátozott behatolási mélységük miatt.

4.2.2. Számítógépes tomográfia (CT)

A vese mikrovaszkulatúrájának morfológiai és funkcionális változásainak nyomon követésére és számszerűsítésére alkalmas non-invazív képalkotó módszerekre nagy szükség van a mikrovaszkulatúra szerepének meghatározásához a betegség CKD-vé történő progressziójában. Annak ellenére, hogy a kapilláris ritkaság és a vesefibrózis progressziója közötti ok-okozati összefüggést már sok éve felismerték, Ehling et al. [3] voltak az elsők, akik nem invazív kvalitatív és kvantitatív elemzéseket végeztek a CKD progressziója során fellépő anatómiai és funkcionális érelváltozásokról. A vese vértérfogatának progresszív csökkenését figyelték meg in vivo kontrasztanyagos mikro-CT-vel három progresszív vesefifibrózisos egérmodellben, azaz ischaemia-reperfúziós károsodásban (IRI), egyoldali ureterelzáródásban és Alport egerekben. A mikroerek funkcionális változásai mellett mindhárom CKD egérmodellben a peritubuláris vaszkuláris veszteség korrelált a fibrotikus szövet képződésével. Az elágazási pontokról, az érátmérőről és a kanyargósságról szóló információk megszerzéséhez azonban ex vivo mikro-CT-re volt szükség, ami azt jelzi, hogy olyan feltörekvő orvosbiológiai képalkotó technológiákra van szükség, amelyek in vivo hozzáférést biztosítanak a mikroerekhez közel sejtfelbontással.

A CT nagy előnye, hogy a vese érrendszerének vizualizálása perceken belül ésszerű felbontással történik, 3D-s információt adva az érrendszerről. A jód alapú kontrasztanyagokkal a kontraszt fokozódik, és a mikrovaszkulatúra még részletesebb ábrázolása érhető el. A közelmúltban az egérvesék fiziológiás és kóros állapotokban végzett mikro-CT-vel végzett kvalitatív és kvantitatív értékelését foszfotungsztinsavval (PTA) történő perfundálással finomították az ereken belüli kontraszt fokozása érdekében [106]. Annak ellenére, hogy az artériák és a vénák nem különíthetők el egyértelműen egymástól, az in vivo 40 µm-es voxelmérettel és ex vivo 12,5 µm-es voxelmérettel rendelkező felbontás az íves erek szintjéig ragadta meg a szerveződést.

A CT vesebetegség monitorozására való alkalmazásának másik nagy hátránya azonban a jódozott radiográfiai kontrasztanyagok alkalmazásának szükségessége. Ezekről a kontrasztanyagokról ismert, hogy nefrotoxicitást okoznak, ami ellenjavallat a klinikai alkalmazásnak olyan betegeknél, akiknél már fennálló vesekárosodás [107–109]. A beadott kontrasztanyag miatti akut vesekárosodás megváltoztatja a vese hemodinamikáját és medulláris hypoxiát okoz, ami különösen nem kívánatos a vese mikrovaszkuláris ritkaságának vizsgálatakor. Hasonlóképpen, az MRI-ben széles körben használt gadolínium-alapú kontrasztanyagok a vesén keresztül ürülnek ki, és úgy tűnik, hogy vesekárosodást okoznak [110].

4.2.3. Mágneses rezonancia képalkotás (MRI)

Az MRI-t az 1980-as években vezették be a klinikai gyakorlatban, és azonnal az egyik leggyakrabban használt képalkotó technikává vált [111]. Az MRI egy non-invazív és nem ionizáló képalkotó módszer, amely erős mágneses mezőt alkalmaz, és a T1 és T2 kontrasztanyag megváltoztatásával kimutatható a vér relaxációs tulajdonságai. Ezenkívül a mágneses rezonancia angiográfia (MRA) gadolínium-alapú kontrasztanyag felhasználásával megjeleníti a kis állatok érrendszerét. Az MRA nagy hátránya azonban a szükséges kontrasztanyag nehéz használata. Szerencsére a veseperfúzió kontrasztanyagokkal és anélkül is meghatározható, ami előnyökkel és korlátokkal is jár [112].

Kontrasztanyag használata nélkül a spin-jelölés az endogén vizet használja ki diffúzióképes nyomjelzőként, amely csak a vesekéregen belüli perfúzió mennyiségi meghatározását teszi lehetővé, mivel a velős áthaladási idő túl hosszú ahhoz, hogy meg lehessen rögzíteni. Ezen túlmenően a vese véráramlásának meghatározásához a spinek egy irányú fáziseltolódásait mérik, ami azt jelenti, hogy a pontos méréshez a vizsgált artériák felé merőleges képalkotó síkra van szükség [112]. Ezért nem meglepő, hogy ez a technika nagy kihívást jelent a veseartériák megjelenítésében, nem is beszélve a kis kérgi kapillárisokról.

Az erek funkcionalitása meghatározható az RBF MR-perfúzióval történő számszerűsítésével és az oxigenizációs állapot vér-oxigénszint-függő kontraszt (BOLD) képalkotással [112,113]. A funkcionális MRI fő korlátja azonban az, hogy megbízható és reprodukálható eredményeket érjen el a légzőmozgások által érintett szervekben, beleértve a vesét is, annak ellenére, hogy az kevésbé érzékeny a mozgási műtermékekre, mint a máj vagy a bél [112]. Annak ellenére, hogy az 1,5 Tesla funkcionális MRI-vel végzett megvalósíthatósági tanulmányok nagy ígéretet jelentettek a voxel-alapú kvantifikáció során [114], a perfúziós rendellenességeket csak a kóros területeken lehetett kimutatni, ami felveti a kérdést, hogy a kisebb vaszkuláris elváltozások kimutathatók-e kellőképpen. A 3.{13}} Tesla mágneses térerősségű MRI-szkenner bevezetésével a jel-zaj arány rendkívül sokat javult [115,116], azonban az elért felbontás továbbra is probléma.

Az MRI által biztosított felbontás főként a mágneses térerősségtől függ, és az impulzussorozatok adaptálásával bármely adott mágneses térre optimalizálható [111]. A térbeli felbontást főként a jel-zaj arány korlátozza, amely gyors felvételi időt igényel, és általában 3 × 4 mm-es felbontást ér el pixelméretben [117]. Még akkor is, ha nagy, 7 Tesla mágneses mezőt alkalmazunk, a BOLD-val elérhető legjobb felbontás körülbelül 500 µm. A nem kielégítő felbontás és a legtöbb dinamikus folyamat megjelenítésének korlátai mellett egy másik jelentős hátrány, hogy az MRI magas költségekkel jár, és speciális felszerelést és karbantartást igényel.

4.2.4. Ultrahang

Az ultrahang fejlődése paradigmaváltást vezetett be a vese strukturális és funkcionális mikrovaszkuláris elváltozásainak non-invazív monitorozásában, és új utakat nyitott a kis erek feltárására, hordozható rendszerrel viszonylag alacsony költséggel. Egy 1 órás, súlyos hipoperfúzió által okozott akut ischaemia patkánymodelljében a vese véráramlását valós időben értékelték színes és pulzáló hullámú (PW) Doppler ultrahang segítségével [118]. A színes Doppler leképezés azt is feltárta, hogy az íves artériák viszonylag kis méretük és a szonda merőleges pozicionálása miatt nehéz vizualizálni a vérsebesség kiszámításához és a Doppler-szögkorrekció alkalmazásához szükséges artériás áramlást. A vérsebességet azonban csak az intrarenalis artériáknál, azaz a szegmentális, az interlobar és az íves artériáknál lehetett kiszámítani. Ennek megfelelően a mikrokeringésről nem lehetett információt szerezni a hagyományos ultrahang által biztosított felbontás korlátozottsága miatt.

Az ultragyors Doppler ultrahang technológia bevezetésével nagyobb felbontás érhető el fókuszálatlan hullámátvitellel, amely egyszerre több szinkron hullámot küld nagy képsebességgel egy teljes látómezőben, ahelyett, hogy soronként pásztázna. fókuszált sugárátvitel [119]. Ez a síkhullám-transzmisszió az ultragyors Doppler ultrahang képalkotás mögött meghúzódó alapkoncepció, amely lehetővé teszi az átültetett emberi vese 1 mm alatti átmérőjű kérgi ereinek kimutatását [120]. Ezenkívül az ultragyors Doppler ultrahang rendkívül kedvező in vivo technikát biztosít a vese mikrovaszkuláris ritkaságának monitorozására preklinikai vizsgálatok során (3A. ábra). Az ultragyors Doppler ultrahang fejlődése ellenére a kapilláris szint elérése továbbra is kontrasztanyagos szerek használatán múlik [121]. Ennek ellenére nincsenek említésre méltó biztonsági aggályok, amikor kontrasztanyagot használnak Doppler ultrahanghoz, különösen a CT és MRI kontrasztanyagokhoz képest, amelyek gyakran nefrotoxicitást mutatnak [122]. Azonban az egér vese érrendszerének hihetetlen feloldása megvalósítható in vivo (3B. ábra).

Az ultrahang lokalizációs mikroszkópia (ULM) a térbeli felbontás és a behatolási mélység közötti kompromisszumot egyrészt ultragyors Doppler ultrahang képalkotás alkalmazásával, másrészt ultrahangos kontrasztanyagok gázzal töltött mikrobuborékok formájában történő felhasználásával oldotta meg. [121,123,124]. Többek között Errico et al. [123] az ULM-et javasolta 10 µm átmérőjű koponya mikroerek leképezésére az egéragy teljes mélységében, amely körülbelül 10 mm vastag. Egy friss publikációban Demené et al. [125] mikroszkopikus szinten rögzítheti az agyi véráramlás dinamikáját az emberi agy mélyén az intravénásan injektált mikrobuborékok egyenkénti követésével, hogy javítsa a szuperfelbontású képalkotást, és akár 25 µm-es érfelbontást is lehetővé tegyen. Ahhoz, hogy megértsük ezt a csodálatos eredményt, döntő fontosságú megemlíteni, hogy egyetlen más nem invazív képalkotó módszer sem képes a mikrovaszkulatúrát in vivo egy milliméteres lépték alatt megjeleníteni. Ahhoz, hogy ezt a figyelemre méltó térbeli felbontást in vivo elérjük, két nagy kihívást kellett leküzdeni: a koponya aberrációját és a mozgási műtermékeket. Annak ellenére, hogy az ULM alkalmazását hasi szervekre, például a vesére nem akadályozza a csontszerkezetek aberrációja, a mozgási műtermékek nagy nehézséget jelentenek. A közelmúltban végzett in vivo tanulmányok azonban sikeresek voltak az első kísérletek a vese érrendszerének ULM általi leképezésére [5,126,127].

Különböző vaszkuláris kompartmenteket lehetett megkülönböztetni a patkányvesén belül, és mikrobuborékok alkalmazásával növeltük a felbontást, hogy láthatóvá váljanak a vasa recta vékony érkötegei, amelyek egymástól 400 µm távolságra vannak elválasztva [5]. Ezenkívül megbecsülték a vese mikroerek áramlásával összefüggő axiális vérsebességet, azaz 2 mm/s alatti 1 µm átmérőjű injektált mikrobuborékokat, amelyek elérhetik a 20 µm-nél kisebb érátmérőt. Song et al. [127] nyulak vesekéreg mikroereit leképezték, és egyértelműen el tudtak választani in vivo 76 µm átmérőjű ereket. Bár a légzési mozgás korrigálható, a síkon kívüli mozgású műtermékek továbbra is kihívást jelentenek, és lehetetlen korrigálni, mivel a képalkotó információkat nem lehetett teljes mértékben megszerezni [5].

A közelmúltban az AKI-tól CKD-ig történő progressziót kontrasztanyagos ultragyors Doppler ultrahanggal tanulmányozták egyoldali IRI egérmodellben [6]. Mikrobuborékok injektálásával 32 µm-es kis vese ereket azonosítottunk, és számszerűsítettük a vese érelváltozásait, azaz a vese vértérfogatát, vaszkuláris sűrűségét és kanyargósságát. Az in vivo képalkotás során ultrahanggal nyert cortex és corticedullaris junkció vaszkuláris denzitása megegyezett a CD31 immunfestés után kapott kvantifikációval, amely az érbiológia aranystandardjaként ismert. Ez összhangban van egy másik vizsgálattal, amelyet Cao és munkatársai végeztek. [128], amely azt szemlélteti, hogy az AKI súlyossága meghatározható kontrasztos ultrahanggal mikrobuborékos injekció segítségével. Az in vivo veseperfúziós mérések szorosan korrelálnak a szövettani szinten meghatározott vesekárosodással.

Ezekkel az ultrahangos vizsgálatokkal összhangban Hueper et al. [7] korábban azt javasolta, hogy a veseperfúzió előre jelezheti az MRI-vel meghatározott AKI-CKD-progressziót.

A vese érrendszerének mikrobuborékos ultrahangos képalkotását már sikeresen végezték embereken a vese mikrovaszkuláris perfúziójának meghatározására, és ez nagyszerű távlatokat mutatott a diagnózisban [129–133]. Érdekes módon ezt a képalkotó módszert vesetranszplantációban alkalmazták a vese allograftok perfúziós állapotának meghatározására, amely megfelelő non-invazív leolvasást biztosíthat az akut kilökődés előrejelzésére [134]. Az ultrahang használatakor korlátot jelentő operátor-függőség mellett a megfigyelők közötti egyetértés erőssége nagyon magas volt két olvasó között, ami nagymértékben megvalósítható klinikai környezetben [132]. A hordozhatóság, valamint az időtakarékos és egyszerűen testreszabott alkalmazás miatt a kontrasztanyagos mikrobuborékokkal végzett ultrahang nagy perspektívákat biztosít a vese mikrovaszkulatúrájának klinikai gyakorlatban történő értékeléséhez, különösen intenzív osztályos betegek esetében [135]. Ez a technológia tehát nagy ígéretet kínál a klinikai gyakorlatba való átültetéshez, miután sikeresen elsajátította a hasi mozgási műtermékek korrekcióját a robusztus, nagy pontosságú mikrobuborékkövetés érdekében.

5. Következtetések és perspektívák

A vese vaszkuláris architektúrájának feltűnő heterogenitása tükrözi annak összetett funkcionális sokféleségét és kompartmentalizációját, aminek logikus következménye, hogy a mikrovaszkuláris elváltozások és ritkaságok tanulmányozása kifinomult képalkotó módszereket igényel. A vese-érrendszeri betegségek tanulmányozására szolgáló in vivo képalkotó eljárások kifejlesztése, alkalmazása és javítása jobban megérti a sejtterápiák, például az MSC érrendszeri hatását, és megvilágíthatja azokat a specifikus biomarkereket, amelyek a betegség progressziója során nyomon követhetők.

Hivatkozások

1. Chade, AR A vese érszerkezete és ritkasága. Compr. Physiol. 2013, 3, 817–831. [CrossRef] [PubMed]

2. Chade, AR Small Vessels, Big Role: A vese mikrocirkulációja és a vesekárosodás progressziója. Hypertonia 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. Progresszív vesebetegségek vaszkuláris diszfunkciójának kvantitatív mikro-számítógépes tomográfiai képalkotása. J. Am. Soc. Nephrol. 2016, 27, 520–532. [CrossRef] [PubMed]

4. Chen, TK; Knicely, DH; Grams, ME Krónikus vesebetegség diagnózisa és kezelése: áttekintés. Physiol. Behav. 2019, 322, 1294–1304. [CrossRef] [PubMed]

5. Foiret, J.; Zhang, H.; Ilovits, T.; Mahakian, L.; Tam, S.; Ferrara, KW Ultrahangos lokalizációs mikroszkópos vizsgálat patkányvese mikroérrendszerének képére és értékelésére. Sci. Rep. 2017, 7, 13662. [CrossRef] [PubMed]

6. Chen, Q.; Yu, J.; Rush, 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. Akut vesesérülés: Artériás pörgős jelölés a veseperfúziós zavar monitorozására egerekben – Összehasonlítás a hisztopatológiai eredményekkel és a vesefunkcióval. Radiológia 2014, 270, 117–24. [CrossRef]

8. Levy, BI; Schiffrin, EL; Mourad, JJ; Agostini, D.; Vicaut, E.; Safar, ÉN; Struijker-Boudier, HA A károsodott szöveti perfúzió, amely a magas vérnyomás, az elhízás és a diabetes mellitus esetében gyakori patológia. Körzet 2008, 118, 968–976. [CrossRef]

9. Carmeliet, P.; Jain, RK Az angiogenezis molekuláris mechanizmusai és klinikai alkalmazásai. Természet 2011, 473, 298–307. [CrossRef]

10. Molema, G.; Aird, WC Vaszkuláris heterogenitás a vesében. Semin. Nephrol. 2012, 32, 145–155. [CrossRef]

11. Armulik, A.; Abramson, A.; Betsholtz, C. Endothel/pericita kölcsönhatások. Circ. Res. 2005, 97, 512–523. 03.16652.d7. [CrossRef]

12. Attwell, D.; Mishra, A.; Hall, CN; O'Farrell, FM; Dalkara, T. Mi az a pericita? J. Cereb. Blood Flow Metab. 2016, 36, 451–5. [CrossRef]

13. Evans, RG; Eppel, GA; Anderson, WP; Denton, KM A vesevelőben és a kéregben a véráramlás eltérő szabályozásának hátterében álló mechanizmusok. J. Hypertens. 2004, 22, 1439–1451. [CrossRef]

14. Pallone, TL; Silldorff, EP; Turner, MR Intrarenális véráramlás: Mikrovaszkuláris anatómia és a medulláris perfúzió szabályozása. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 1998, 25, 383–392. doi:10.1111/j.{7}}.1998.tb02220.x. [CrossRef]

15. Pallone, TL; Edwards, A.; Mattson, DL Vese medulláris keringése. Compr. Physiol. 2012, 2, 97–140. [CrossRef] [PubMed]

16. Guerci, P.; Ergin, B.; Ince, C. A vese makro- és mikrokeringése. Legjobb gyakorlat. Res. Clin. Anesthesiol. 2017, 31, 315–329. [CrossRef]

17. Shaw, I.; Rider, S.; Mullins, J.; Hughes, J.; Péault, B. Periciták a vese érrendszerében: szerepek az egészségben és a betegségekben. Nat. Rev. Nephrol. 2018, 14, 521–534. [CrossRef]

18. Rosivall, L.; Peti-Peterdi, JJ. Az afferens arteriola heterogenitása – A morfológia és a funkció közötti összefüggések. Nephrol. Tárcsa. Transzplantáció. 2006, 21, 2703–2707. [CrossRef]

19. Stefanska, A.; Kenyon, C.; Christian, HC; Buckley, C.; Shaw, I.; Mullins, JJ; Péault, B. Az emberi vese periciták renint termelnek. Kidney Int. 2016, 90, 1251–1261. [CrossRef]

20. Schlondorff, DO A progresszív vesebetegség patofiziológiájában szerepet játszó tényezők áttekintése. Kidney Int. 2008, 74, 860–866. [CrossRef]

21. Pallone, TL; Zhang, Z.; Rhinehart, K. A vese medulláris mikrocirkulációjának élettana. Am. J. Physiol. Ren. Physiol. 2003, 284, F253–66. [CrossRef] [PubMed]

22. Pallone, TL Összetett érkötegek, vastag felszálló végtagok és aquaporinok: A külső velő kicsavarása. Am. J. Physiol. Ren. Physiol. 2014, 306, 505–506. [CrossRef] [PubMed]

23. Zimmerhackl, BL; Robertson, CR; Jamison, RL A medulláris mikrokeringés. Kidney Int. 1987, 31, 641–647. [CrossRef] [PubMed]

24. Dumas, SJ; Meta, E.; Borri, M.; Luo, Y.; Li, X.; Rabelink, TJ; Carmeliet, P. Fenotípusos diverzitás és anyagcsere. Nat. Rev. Nephrol. 2021, 1–24. [CrossRef]

25. Dumas, SJ; García-Caballero, M.; Carmeliet, P. Metabolic Signatures of Distinct Endothelial Phenotypes. Trends Endocrinol. Metab. 2020, 31, 580–595. [CrossRef]

26. Jourde-Chiche, N.; Fakhouri, F.; Dou, L.; Bellini, J.; Burley, S.; Formátum, M.; Jarrot, PA; Kaplanski, G.; Le Quintrec, M.; Pernin, V.; et al. Az endotélium szerkezete és funkciója a vese egészségében és betegségeiben. Nat. Rev. Nephrol. 2019, 15, 87–108. [CrossRef]

27. Long, DA; Norman, JT; Finom, LG A vese mikroérrendszerének helyreállítása krónikus vesebetegség kezelésére. Nat. Rev. Nephrol. 2012, 8, 244–250. [CrossRef]

28. Choi, YJ; Chakraborty, S.; Nguyen, V.; Nguyen, C.; Kim, BK; Shim, SI; Suki, WN; Truong, LD A peritubuláris kapillárisok elvesztése krónikus tubulointerstitialis sérüléssel jár az emberi vesében: A vaszkuláris endoteliális növekedési faktor megváltozott expressziója. Zümmögés. Pathol. 2000, 31, 1491–1497. [CrossRef]

29. Ishii, Y.; Sawada, T.; Kubota, K.; Fuchinoue, S.; Teraoka, S.; Shimizu, A. Peritubularis kapillárisok sérülése és progresszív elvesztése krónikus allograft nephropathia kialakulásában. Kidney Int. 2005, 67, 321–332. [CrossRef]

30. Serón, D.; Alexopoulos, E.; Raftery, MJ; Hartley, B.; Cameron, JS Monoklonális antitestekkel értékelt intersticiális kapilláris keresztmetszetek száma: Kapcsolat az intersticiális károsodással. Nephrol. Tárcsa. Transzplantáció. 1990, 5, 889–893. [CrossRef]