Pengimejan Peredaran Mikro Renal dalam Terapi Sel

Kenalan:ali.ma@wecistanche.com

Katerina Apelt et

Batang cistanche untuk penyakit buah pinggang, klik di sini untuk mendapatkan sampel

Abstrak:

buah pinggangjarang mikrovaskular memainkan peranan penting dalam progresifbuah pinggangpenyakit. Oleh itu, modaliti untuk menggambarkan peredaran mikro buah pinggang akan meningkatkan pemahaman kita tentang mekanisme penyakit dan seterusnya boleh memberikan pendekatan baru untuk menilai terapi berasaskan sel. Walau bagaimanapun, pada masa ini, amalan klinikal tidak mempunyai modaliti pengimejan yang tidak invasif, selamat dan cekap untuk memantau perubahan mikrovaskular buah pinggang dari semasa ke semasa pada pesakit yang menghidap penyakit buah pinggang. Untuk menekankan kepentingan, kami meringkaskan pengetahuan semasa tentang peredaran mikro buah pinggang dan membincangkan penglibatan dalam penyakit buah pinggang yang progresif. Selain itu, gambaran keseluruhan teknik pengimejan yang tersedia untuk mendedahkan morfologi mikrovaskular buah pinggang, fungsi, dan tingkah laku dibentangkan dengan faedah dan batasan yang berkaitan. Akhirnya, keperluan untuk menilai dan menyiasat penyakit buah pinggang berdasarkan bacaan in vivo dengan resolusi sehingga tahap kapilari mungkin memberikan anjakan paradigma untuk diagnosis dan terapi dalam bidangnefrologi.

Kata kunci: buah pinggang; peredaran mikro; mikrovaskularrarefaction; terapi sel; pengimejan

1. Pengenalan

Pembuluh darah buah pinggang mempunyai seni bina anatomi yang kompleks, yang mencerminkan fungsi fisiologinya yang unik [1]. Walaupun penyesuaian rangkaian mikrovaskular yang sangat dinamik kepada perubahan hemodinamik, disfungsi vaskular mungkin akibat atau bahkan puncabuah pinggangperkembangan dan perkembangan penyakit [2,3]. Oleh itu, disfungsi mikrovaskular mungkin berfungsi sebagai tanda awal kecederaan buah pinggang fibrotik, yang membayangkan bahawa penilaian bukan invasif dan pengesahan seni bina dan fungsi mikrovaskular buah pinggang akan menjadi penambahbaikan yang hebat untuk menilai keberkesanan terapi yang bertujuan untuk mengurangkan fifibrosis buah pinggang.

Dalam amalan klinikal, keterukan kronikbuah pinggangpenyakit (CKD) dikelaskan berdasarkan kadar penapisan glomerular (GFR) yang mencerminkan sedikit (60–89 mL/min/1.73 m2 ), sederhana (30–59 mL/min/1.73 m2 ) atau teruk (15–29 mL/ min/1.73 m2 ) menurunbuah pinggangfungsiberdasarkan kategori yang telah ditetapkan [4]. Perkembangan penyakit menjadi CKD lanjutan dan penyakit buah pinggang peringkat akhir (ESRD) ditakrifkan oleh berlakunya glomerulosklerosis dan fifibrosis tubulointerstitial dengan GFR kurang daripada 15 mL/min/1.73 m2. Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa fenomena kehilangan kapilari buah pinggang, iaitu, jarang mikrovaskular buah pinggang, berkait rapat dengan keterukan penyakit buah pinggang dan terlibat dalam biologi perkembangan seterusnya ke arah CKD [3,5-7]. Pembentukan fifibrosis buah pinggang telah diserlahkan sebagai ciri utama untuk kehilangan kapilari peritubular tersebut dan seterusnya kehilangan epitelium buah pinggang. Sekiranya mikrovaskular buah pinggang boleh dilindungi atau dipulihkan, integriti tisu struktur buah pinggang akan bertambah baik dan perkembangan penyakit boleh dicegah [2,8]. Selain itu, tetingkap terapeutik berpotensi ditakrifkan untuk menilai keterukan kecederaan sebelum tahap kerosakan buah pinggang tidak dapat dipulihkan. Khususnya, penggunaan terapi sel seperti aplikasi menjanjikan sel stromal mesenchymal (MSCs) boleh dinilai dan diperhalusi untuk merawat penyakit vaskular buah pinggang. Walau bagaimanapun, pemahaman terperinci tentang rarefaction mikrovaskular buah pinggang masih terhalang oleh ketiadaan modaliti pengimejan yang membolehkan pemantauan resolusi tinggi dan bukan invasif terhadap seni bina dan fungsi kapal.

Dalam ulasan ini, kami meringkaskan pengetahuan semasa tentang mikrovaskular buah pinggang dan mekanisme patologi yang boleh menjejaskan peredaran mikro. Kami membincangkan kepentingan pericytes dan memberikan pandangan tentang peranan utama mereka dalam menyebabkan perkembangan penyakit buah pinggang melalui disfungsi mikrovaskular dan jarang, serta perkembanganbuah pinggangfibrosis. Kami kemudiannya menerangkan perkembangan baru dalam teknik pengimejan yang boleh memantau perubahan sedemikian dalam peredaran mikro buah pinggang.

2. Pembuluh Renal

2.1. Peredaran Darah Renal

Mikrovaskulatur badan manusia terdiri daripada arteriol, kapilari, dan venula dan mempengaruhi pertukaran oksigen, nutrien, dan metabolit antara darah dan tisu sekeliling [8,9]. Jelas sekali, fungsi penting peredaran mikro dikawal ketat berdasarkan keperluan metabolik organ. Tanggungjawab utama arteriol adalah untuk mengawal aliran darah dengan melaraskan rintangan untuk memastikan pertukaran penting pada tahap kapilari dapat dilaksanakan [10]. Dalam hal ini, penyesuaian berterusan kepada permintaan homeostatik tisu asas bergantung terutamanya pada keplastikan dinamik sel endothelial. Pada masa yang sama, kesihatan endothelial peredaran mikro bergantung pada komunikasi antara sel yang rapat dengan pericytes yang secara fizikal menstabilkan saluran darah, mengawal angiogenesis, dan mengawal aliran darah [11,12].

Buah pinggang adalah organ yang sangat vaskular yang mempamerkan ciri-ciri morfologi dan fungsi yang unik yang mencerminkan heterogeniti yang luar biasa rangkaian vaskularnya [1,10]. Darah memasuki buah pinggang melalui arteri renal melalui hilum (Rajah 1), yang seterusnya membahagikan secara dikotomi dalam pelvis renal kepada arteri segmental dan bercabang secara progresif pada tahap kaliks minor ke dalam arteri interlobar yang merebak antara piramid buah pinggang [1,13]. ]. Di sempadan antara korteks dan medulla, arteri interlobar mengalir ke arteri arkuata, membentuk pemisahan anatomi antara kedua-dua petak buah pinggang [1]. Dalam korteks, arteri interlobular, juga dikenali sebagai arteri pancaran kortikal atau arteriol penembusan kortikal, timbul secara berserenjang daripada arteri arkuata dan mencapah ke arteriol aferen untuk membekalkan pelbagai cabang pokok glomerular. Bergantung pada lokasi glomeruli, darah yang ditapis berkumpul di dalam plexus kapilari kortikal yang mengelilingi tubulus proksimal dan distal atau plexus kapilari medula pada paras gelung Henle. Akhirnya, darah mengalir ke dalam sistem vena yang berjalan selari dengan rangkaian arteri yang keluar dari buah pinggang melalui interlobular, arkuata, interlobar, segmental, dan akhirnya vena renal betul-betul di atas ureter. Secara umumnya, corak vaskular asas ini dipelihara merentasi mamalia [14,15].

2.2. Rangkaian Kapilari Buah Pinggang

Kerumitan seni bina mikrovaskular buah pinggang dicerminkan oleh morfologi pelbagai saluran darah buah pinggang yang berbeza (Rajah 2). Heterogenitas struktur dan fungsi endothelium buah pinggang dan sel perivaskular di sekelilingnya berkait rapat dengan jenis rangkaian kapilari [15-17]. Malah, kehadiran pelbagai lapisan kapilari adalah ciri yang luar biasa yang memastikan penapisan melalui rangkaian kapilari glomerular, serta rembesan dan penyerapan semula melalui rangkaian kapilari peritubular dan rangkaian kapilari medulla [1,13,14]. Peredaran mikro kortikal terutamanya memastikan penyerapan semula filtrat glomerular, manakala perkumuhan garam dan air sebahagian besarnya dikawal oleh petak mikrovaskular medulla [14]. Menariknya, walaupun medula menghasilkan kira-kira 30 peratus daripada jumlah jisim tisu buah pinggang, hanya 10 peratus daripada jumlah aliran darah buah pinggang (RBF) yang merangkumi bahagian ini [10]. Berdasarkan kedudukan anatomi, peredaran mikro buah pinggang boleh dibahagikan kepada (i) peredaran mikro kortikal; dan (ii) peredaran mikro medula [13,14].

Peredaran mikro kortikal dipisahkan secara fizikal oleh arteri arkuata yang menimbulkan arteri interlobular yang terus bercabang dari kedua-dua belah ke beberapa arteriol aferen untuk membekalkan rangkaian kapilari glomerular [14]. Percabangan berlaku pada sudut yang berbeza bergantung pada lokasi glomeruli dalam korteks. Melalui arteriol aferen, rangkaian kapilari glomerular yang terdiri daripada 6-8 gelung kapilari dibekalkan dengan darah yang keluar melalui arteriol eferen selepas ditapis [10]. Kapilari glomerular (Rajah 2a) terbentuk daripada endothelium berfenestrasi yang nipis, berterusan dan kebanyakannya rata yang dilitupi oleh podosit. Kawasan fenestrated boleh mengambil masa sehingga 20-50 peratus daripada keseluruhan permukaan selnya [16]. Glomeruli kortikal membentuk 90 peratus daripada semua glomeruli yang terdapat dalam buah pinggang, dan oleh itu tidak menghairankan bahawa kebanyakan RBF kebanyakannya mengalir melalui [13]. Baki 10 peratus daripada semua glomeruli terletak di sempadan cortico-medullary dan saiznya lebih besar. Selain perbezaan saiz glomeruli, perbezaan struktur arteriol aferen dan eferen yang membekalkan glomeruli kortikal dan juxtamedullary boleh dijelaskan oleh kepentingan untuk mengekalkan tekanan kapilari.

Untuk memastikan penapisan darah yang betul, perbezaan diameter antara aferen kortikal (Rajah 2b) dan arteriol eferen kortikal (Rajah 2c) ialah 15 µm berbanding 10 µm [13]. Tekanan darah dikawal pada sisi arteriol aferen melalui cara perubahan rintangan menerangkan endotelium berterusan yang dibalut oleh sel otot licin (SMCs) [18]. Pemeriksaan yang lebih dekat pada arteriol aferen mendedahkan kehadiran dua segmen vaskular dan bukannya endothelium seragam di sepanjang keseluruhan panjang saluran seperti yang biasa ditemui. Bahagian proksimal arteriol aferen terdiri daripada endothelium tidak telap dengan SMC tersusun rapat, yang diperlukan untuk penguncupan kapal. Berbeza dengan bahagian distal, yang terletak berdekatan dengan glomerulus dan terdiri daripada endothelium telap kerana kehadiran fenestrasi. Menariknya, fenestrasi ini agak merupakan ciri yang tidak biasa dalam vesel dengan tekanan intravaskular yang tinggi. Selain itu, pericytes penghasil renin berbentuk kubus membalut bahagian distal arteriol aferen untuk menengahi peraturan tekanan darah tempatan dalam glomerulus [17,19].

Darah yang ditapis keluar dari setiap glomeruli kortikal melalui arteriol eferen untuk bergabung dalam plexus kapilari kortikal padat yang mengelilingi tubulus renal [10]. Selain daripada sistem kapilari glomerular, petak kapilari kedua ini dikenali sebagai sistem kapilari peritubular [16]. Kapilari peritubular (Rajah 2d) dipadatkan dan berdinding nipis dengan diameter purata kira-kira 7 µm [13,15]. Kapilari tersebut membekalkan oksigen dan nutrien ke tubulus yang terletak di korteks buah pinggang, tetapi tidak semestinya kepada yang ia berasal [10,15]. Kapilari peritubular mempamerkan endothelium yang lebih berterusan, serta diameter yang lebih kecil berbanding dengan kapilari medula vasa recta [13,16]. Dalam penyakit buah pinggang, kecederaan glomerular akhirnya akan mempengaruhi kapilari peritubular yang tersusun secara berurutan hiliran, dan dengan itu mempercepatkan perkembangan penyakit buah pinggang [10,20].

Arteriol aferen juxtamedullary (Rajah 2e) mempunyai diameter anggaran 20 µm, manakala arteriol eferen juxtamedullary (Rajah 2f) mempunyai diameter dalaman yang lebih tebal iaitu 20–25 µm [13]. Arteriol eferen yang keluar dari glomerulus juxtamedullary sangat dikelilingi oleh beberapa SMC. Perbezaan ketara dalam diameter kapal ini, serta peningkatan otot, menimbulkan perdebatan tentang penglibatan jenis glomerulus ini dalam iskemia. Nampaknya seni bina vaskular buah pinggang disusun dengan cara tertentu untuk memelihara medula daripada kerosakan iskemia. Terdapat hipotesis bahawa arteriol aferen dan eferen glomeruli juxtamedullary mungkin tidak bertanggungjawab untuk mengawal selia darah medula (MBF), tetapi ini juga berpotensi bertentangan dengan peranan mereka untuk mengawal kadar penapisan glomerular [21]. Sebaliknya, nampaknya vasa recta menurun (DVR) berkas vaskular yang terletak di jalur dalaman medula luar bertanggungjawab untuk mengawal MBF yang mungkin menjelaskan bilangan pericytes yang tinggi yang membalut petak vesel ini. Oleh itu, DVR memainkan peranan penting dalam peraturan jangka panjang tekanan arteri [13]. Arteriol eferen yang disambungkan ke glomeruli juxtamedullary mengalir melalui berkas vaskular, yang terletak di jalur dalam medula luar bertukar menjadi DVR. DVR menimbulkan rangkaian kapilari medula yang disambungkan ke vasa rekta menaik (AVR) [1].

Peredaran mikro medula bermula apabila arteriol eferen yang berasal dari glomeruli juxtamedullary masuk lebih dalam ke dalam tisu untuk membekalkan baki 30 peratus tisu buah pinggang yang dikenali sebagai medula [13,14]. Medula satu piramid buah pinggang secara anatomi dibahagikan kepada dua bahagian: medula luar terletak betul-betul di bawah korteks, diikuti oleh medula dalam yang merebak sehingga puncak parenkim, dipanggil papilla. Secara umum, bilangan kapilari medula meningkat dari hujung piramid buah pinggang. Pemerhatian yang lebih dekat menunjukkan bahawa medula luar boleh dibahagikan lagi kepada jalur luar dan jalur dalam yang sangat vaskular mengandungi plexus kapilari padat dan plexus inter bundle [15]. Kapilari inter bundle dicirikan oleh endothelium terfenestrasi dan dikaitkan dengan vena arkuata [14,22].

Setiap arteriol eferen juxtamedullary berpecah kepada beberapa berkas, dikenali sebagai berkas vaskular, untuk membentuk cabang DVR (Rajah 2g) yang mempunyai diameter yang lebih besar berbanding dengan kapilari peritubular korteks [15,23]. Beberapa pericytes dilekatkan pada endothelium DVR berkas vaskular [17]. Menariknya, bilangan pericytes yang membungkus vesel berkurangan dalam DVR (Rajah 2h) medula dalaman [15,17]. Susunan morfologi DVR dalam petak medula luar dan dalam mencerminkan fungsi dwinya [10]. Untuk menghuraikan, vasokonstriksi DVR kebanyakannya muncul di bahagian proksimal, yang terletak di medula luar [15]. Di bahagian distal, iaitu, medula dalam, bagaimanapun, terutamanya pertukaran elektrolit sedang berlaku. Perbezaan anatomi ini secara langsung membayangkan subpopulasi pericytes yang berbeza dari segi penampilan morfologi dan sifat berfungsi [15,17].

Jauh di dalam medula dalam, pelbagai cabang DVR berpecah menjadi rangkaian kapilari yang kompleks sebelum menyambung ke AVR yang jauh lebih kecil [10]. Endothelium DVR adalah berterusan, berbeza dengan sel endothelial AVR (Rajah 2i), yang sangat fenestrated. Akhirnya, semua darah dikumpulkan dari AVR, serta kapilari peritubular plexus kapilari kortikal ke dalam sistem vena. Secara amnya, vena renal memaparkan dinding vaskular yang sangat nipis dan urat interlobular, arkuata, dan interlobar dipadatkan dan mengandungi diafragma. Anehnya, urat interlobular menunjukkan persamaan yang lebih besar dengan kapilari peritubular berbanding dengan vena disebabkan oleh epitelium yang nipis dan sangat terfenestrasi.

Segmen mikrovaskular buah pinggang yang berbeza dan penampilan morfologinya yang elegan pada tahap sel menimbulkan syak wasangka bahawa kerumitan sedia ada diterjemahkan ke dalam mekanisme penyakit yang lebih rumit. Oleh itu, bahagian berikut memberi tumpuan kepada proses asas yang terlibat dalam kerosakan mikrovaskular buah pinggang.

3. Kerosakan Mikrovaskular Renal

3.1. Disfungsi Endothelial

Endothelium buah pinggang kebanyakannya senyap di bawah keadaan fisiologi; bagaimanapun, sebagai tindak balas kepada perubahan persekitaran mikro, iaitu, tegasan ricih, hipoksia, tegasan oksidatif, atau keradangan, pengaktifan sel endothelial berlaku dan faktor pertumbuhan angiogenik dihasilkan [24]. Bergantung pada pencetus, pengaktifan sel endothelial mungkin mendorong fenotip pro-radang dan pro-trombotik untuk menggalakkan lekatan sel imun dan penyusupan untuk pembentukan mikrotrombi. Walau bagaimanapun, untuk mengekalkan halangan vaskular untuk fungsi pengawalseliaan yang luas dan kebolehtelapan yang sesuai untuk pengangkutan bahan terlarut, adalah penting untuk mengawal ketat keadaan metabolik senyap, serta sel endothelial yang diaktifkan.

Integriti tisu dan fungsi organ bergantung terutamanya pada perfusi yang sesuai pada rangkaian mikrovaskular [8]. Oleh itu, tidak menghairankan bahawa sel endothelial mempamerkan keplastikan yang tinggi untuk memastikan penyesuaian dinamik kepada perubahan persekitaran dengan melaraskan nombor kapilari, bentuk morfologi, dan fungsi [1,2,8]. Walau bagaimanapun, tempoh tekanan darah tinggi yang berpanjangan menyebabkan perubahan tidak dapat dipulihkan dalam peredaran mikro, menimbulkan sel-sel endothelial yang cedera yang dicirikan oleh sifat penyesuaian yang terjejas. Homeostasis yang terganggu ini dicerminkan oleh pengurangan nitrik oksida (NO), faktor teraruh hipoksia-1 (HIF-1), dan faktor pertumbuhan endothelial vaskular (VEGF), bersama-sama dengan peningkatan faktor lain seperti sebagai angiostatin, endostatin, dan trombospondin [1]. Terutama, kerentanan kepada disfungsi endothelial dalam buah pinggang adalah pelbagai dan bergantung kepada jenis sel endothelial yang terletak di dalam petak berbeza peredaran mikro buah pinggang [16,24]. Untuk menjelaskan fenotip heterogen sel endothelial buah pinggang dan tindak balas mereka yang berbeza terhadap perubahan mikrovaskular, Dumas et al. [25] baru-baru ini menyediakan atlas resolusi tinggi endothelium buah pinggang dengan menggunakan penjujukan RNA sel tunggal.

Disfungsi endothelial sering berlaku bersama dengan penurunan fungsi buah pinggang yang akut dan progresif [24]. Kerosakan ini menyebabkan peningkatan rintangan vaskular, yang disertai dengan pengurangan RBF [26]. Tempoh vasoconstriction yang berpanjangan menyebabkan perfusi tisu yang tidak mencukupi dan pengaktifan tekanan dan faktor pertumbuhan yang membawa kepada perubahan morfologi [1]. Bergantung pada keterukan dan terutamanya tempoh sebarang penghinaan yang diberikan, RBF boleh diubah secara tidak dapat dipulihkan dengan memperkenalkan perubahan struktur dalam peredaran mikro. Perubahan morfologi tersebut disebabkan oleh proses yang dikenali sebagai pembentukan semula mikrovaskular. Pembentukan semula mikrovaskular ditakrifkan sebagai tindak balas kepada perubahan fungsi mikrovaskular, yang seterusnya boleh menyebabkan perubahan seni bina mikrovaskular pada tahap struktur dalam percubaan terakhir untuk mencapai homeostasis hemodinamik [1,2,8]. Akhirnya, disfungsi endothelial boleh mengakibatkan fenomena yang dipanggil 'no-reflow, di mana perfusi tidak dapat dipulihkan, akhirnya membawa kepada kerosakan sel epitelium tiub yang mengakibatkan kecederaan buah pinggang akut (AKI) [24].

Adalah sangat penting untuk menyerlahkan bahawa disfungsi endothelial bukan sahaja dikaitkan dengan penyakit buah pinggang tetapi juga secara aktif memacu perkembangan penyakit [24]. Kerosakan mikrovaskular buah pinggang dicerminkan oleh disfungsi endothelial yang dicetuskan oleh kecederaan sel, yang mengganggu interaksi rapat pericytes dengan lapisan endothelial dan menghalang komunikasi selular.

3.2. Penglibatan Pericyte dalam Kerosakan Buah Pinggang

Ciri utama CKD ialah kehilangan progresif rangkaian kapilari peritubular, satu proses yang dirujuk sebagai rarefaction [27]. Fifibrosis tubulointerstitial, serta epitelium tubular yang rosak, didahului oleh rarefaction kapilari ini dalam buah pinggang [27], manakala rarefaction mikrovaskular ini secara langsung dikaitkan dengan keterukan fifibrosis [28,29]. Selain itu, tahap rarefaction telah didapati untuk meramalkan tahap kerosakan interstisial serta perubahan dalam kadar penapisan glomerular dalam pesakit CKD [28]. Penemuan ini mencadangkan peranan awal, mengehadkan kadar untuk ketidakstabilan / kehilangan mikrovaskular dalam perkembangan CKD dan patogenesis fibrosis [30]. Pengaktifan sel endothelial kronik oleh faktor risiko kardiovaskular boleh menyebabkan kehilangan pericytes yang memainkan peranan penting dalam penstabilan dan percambahan kapilari melalui interaksi dengan sel endothelial [31]. Malah, bukti terkumpul menunjukkan kepentingan pericytes dan penglibatan mereka dalam kesihatan mikrovaskular buah pinggang [17].

Pericytes adalah sel mural perivaskular dengan proses memanjang meliputi endothelium yang tertanam dalam membran bawah tanah kapilari [32]. Mereka adalah sel asal mesenchymal dan timbul daripada kotak Forkhead D1 (FoxD1) ditambah populasi progenitor stromal, yang juga menimbulkan sel mural lain pada vaskular buah pinggang termasuk SMC, fibroblas pemastautin, sel renin, dan sel mesangial [33], manakala semua sel endothelial vasculature buah pinggang berasal daripada leukemia sel stem (SCL) ditambah progenitor [34]. Pericytes berbeza daripada fibroblas pemastautin (perivaskular) kerana ia tertanam dalam membran bawah tanah vaskular, tetapi kebanyakan kajian dalam buah pinggang tidak membezakan antara pericytes dan fibroblas perivaskular [31,35], mungkin disebabkan oleh kekurangan penanda khusus. Penanda yang biasa digunakan untuk mengenal pasti pericytes termasuk reseptor faktor pertumbuhan yang diperolehi platelet- (PDGFR ), chondroitin sulfate proteoglycan NG2, -actin otot licin ( SMA), cluster of differentiation 73 (CD73), dan PDGFR , tetapi penanda ini mengenal pasti berbeza ( bertindih) subset pericytes disetempatkan ke kawasan anatomi yang berbeza, mencerminkan heterogeniti populasi sel ini [17] dan kemungkinan besar juga heterogeniti berfungsi. Pericytes mengawal ketat perkembangan vaskular, penstabilan, kematangan, dan pembentukan semula [11] dan mengawal aliran darah dengan vasoconstriction. Pericytes dikawal secara fungsional oleh faktor vasoconstrictive seperti angiotensin II dan adenosine triphosphate (ATP), serta oleh faktor vasodilator seperti NO dan prostaglandin [17]. Kematangan saluran darah bergantung kepada pengambilan sel perivaskular untuk menstabilkan vaskular dan mengawal tekanan darah [12].

Dalam buah pinggang, pericytes membalut bahagian distal arteriol aferen glomeruli kortikal dan terutamanya terdapat pada kapilari peritubular dan pada vasa recta [13,19]. Di samping itu, sel mesangial ialah subset (khusus) perisit buah pinggang yang penting dalam mengekalkan sokongan struktur untuk kapilari glomerular dan mengawal hemodinamik glomerular. Tambahan pula, pericytes juxtaglomerular contractile yang terletak di arteriol mengantara tekanan darah glomerular tempatan dan menjejaskan tekanan darah sistemik melalui rembesan renin [19]. Menariknya, sel-sel prekursor renin yang berasal dari petak stromal dikaitkan secara spatiotemporal dengan perkembangan saluran darah manakala pembentukan cawangan arteri ditunjukkan didahului oleh penampilan sel-sel pengekspres renin pada titik cawangan [33,36]. Lebih-lebih lagi, menggunakan ikan zebra reporter renin transgenik, telah ditunjukkan bahawa sel-sel yang mengekspresikan renin mendahului pucuk angiogenik [37]. Dalam buah pinggang tikus dewasa, sel-sel asal renin juga diperhatikan di lokasi perivaskular dan co-stain dengan penanda pericyte (PDGFR / NG2) [38], mencadangkan peranan yang mungkin penting untuk subset ini dalam penyelenggaraan vaskular.

3.3. Interaksi Isyarat Sel-Pericyte Endothelial

Pericytes berinteraksi dengan sel endothelial melalui pelbagai tindakan timbal balik yang mengawal laluan isyarat yang diperlukan untuk penstabilan dan percambahan angiogenik. Isyarat pericyte kepada endothelium melalui faktor yang dirembeskan seperti VEGF, PDGF, transforming growth factor- (TGF- ), dan angiopoietin-1 (Ang-1), serta oleh direct endothelial-pericyte crosstalk [39 ]. Begitu juga, endothelium memberi isyarat kepada sel stroma di sekeliling menggunakan faktor seperti angiopoietin-2 (Ang-2) ​​dan PDGF. Ang-2 secara negatif mengganggu isyarat Ang-1-Ikatan pengantara-2, yang mengakibatkan gangguan interaksi sel pericyte-endothelial dan ketidakstabilan saluran seterusnya dan pembentukan semula mikrovaskular yang tidak normal [40,41]. Kepentingan kritikal interaksi antara sel stromal perivaskular dan sel endothelial dalam penyelenggaraan rangkaian kapilari juga dibuktikan oleh kajian tetikus, menunjukkan bahawa, apabila pelaburan pericytes terhalang, rangkaian kapilari tidak stabil dan jarang berlaku [42]. Contohnya, hiperglikemia meningkatkan ekspresi Ang{15}} endothelial menyebabkan sel stroma perivaskular berhijrah dari kapilari [43]. Kajian terbaru dari makmal kami menunjukkan bahawa kedua-dua dalam tikus [44] dan dalam buah pinggang penderma manusia [45] kecederaan iskemia-reperfusi membawa kepada peningkatan pesat keseimbangan Ang-2/Ang-1, yang dikaitkan dengan kehilangan integriti mikrovaskular. Selain itu, pada pesakit diabetes, pembalikan kesihatan kapilari dan penurunan nisbah Ang-2/Ang-1 dan trombomodulin larut (penanda kecederaan sel endothelial) diperhatikan dalam tempoh 12 bulan selepas pemindahan buah pinggang-pankreas serentak [46 ]. Di sebelah laluan angiopoietin/Tie2 [47], crosstalk endothelial-pericyte dikawal oleh isyarat superfamili TGF [48], VEGF [49] dan laluan isyarat sphingosine-1-fosfat (S1P) [50].

3.4. Pericytes sebagai Prekursor Myofifibroblas

Model pengesanan keturunan genetik Murine telah menunjukkan bahawa pericytes (dan sel perivaskular lain) adalah sumber utama myofifibroblast positif -SMA dalam model tetikus fifibrosis buah pinggang [51,52]. Malah, kajian elegan baru-baru ini yang melibatkan penjujukan RNA sel tunggal menunjukkan tiga sumber utama myofibroblas dalam buah pinggang manusia: (i) NOTCH3 campur RGS5 tambah PDGFR - pericytes; (ii) MEG3 ditambah PDGFR ditambah fibroblas; dan (iii) COLEC11 tambah CXCL12 tambah fibroblas [53]. Semasa pembezaan pericyte-to-myofibroblast, perubahan kitaran sel diperhatikan yang konsisten dengan pembezaan dan pengembangan, dan laluan diperkaya termasuk isyarat WNT kanonik dan protein pengaktif-1 (AP-1), serta mengaktifkan transkripsi faktor 2 (ATF2), PDGFR, integrin, interaksi reseptor matriks ekstraselular (ECM), dan laluan isyarat TGF [53]. Sebelum ini telah ditunjukkan bahawa sebahagian kecil daripada populasi sel PDGFR ditambah terdiri daripada perivaskular Gli1 plus progenitor yang menandakan populasi sel seperti MSC perivaskular yang ditunjukkan juga sebagai penyumbang utama kepada fifibrosis organ yang disebabkan oleh kecederaan melalui penjanaan myofifibroblast [54] . Lebih-lebih lagi, homolog 1 (Gli1) onkogen yang berkaitan dengan glioma dan kehilangan pericyte ditunjukkan untuk mendorong jarang kapilari dan kecederaan tiub proksimal [55]. Nota, memandangkan pericytes telah dikaitkan sebelum ini dan berkait rapat dengan MSC [56], ini juga menimbulkan persoalan sama ada subset pericytes mungkin MSC, dan oleh itu menyumbang kepada penjanaan semula buah pinggang. Malah, banyak kajian telah menemui peranan seperti progenitor multipoten untuk pericytes dalam pelbagai tisu [35,57,58].

Diambil bersama, jarang mikrovaskular menyumbang secara langsung kepada kumpulan miofibroblas yang bertanggungjawab untuk penjanaan protein ECM yang berlebihan yang merupakan konstituen utama tisu parut dalam fibrosis. Di samping itu, peralihan pericyte-to-myofibroblast menyebabkan detasmen pericytes dari dinding vaskular, mengakibatkan kapilari tidak stabil yang dengan sendirinya akan menyebabkan rarefaction [52]. Walau bagaimanapun, kesan utama rarefaction pada patogenesis kegagalan buah pinggang kronik adalah disebabkan oleh kehilangan perfusi buah pinggang yang memburukkan lagi iskemia medulla dan memacu perkembangan fifibrosis interstisial, yang dimediasi oleh ekspresi tambahan TGF- dan faktor pertumbuhan tisu penghubung. (CTGF) [59]. Oleh itu, rarefaction mikrovaskular mungkin berfungsi sebagai suis pro-fibrotik yang mengehadkan kadar dalam patogenesis kegagalan buah pinggang kronik. Sesungguhnya, terapi yang menyasarkan interaksi sel-pericyte endothelial, contohnya, bertujuan untuk isyarat reseptor PDGFR- atau VEGF, boleh menghalang peralihan myofibroblast dan mengehadkan perkembangan fibrosis [60-62], menggambarkan peranan utama rangkaian kapilari dalam kecederaan buah pinggang dan sebagai sasaran terapeutik yang berpotensi.

Berdasarkan perkara di atas, jelas bahawa seni bina vaskular kompleks buah pinggang menjana berbilang kompartmen perivaskular, masing-masing mempunyai fungsi dan keperluan khusus mereka sendiri. Oleh itu, penyelidikan masa depan yang memfokuskan pada klasifikasi mendalam pericytes buah pinggang dengan mencirikan subpopulasi berdasarkan lokasi, morfologi sel dan fungsinya diperlukan. Oleh itu, modaliti pengimejan baru yang bertujuan untuk mendapatkan akses kepada saluran darah bersaiz kecil secara bukan invasif mungkin memberikan maklumat penting ini. Seperti yang dicontohkan oleh bidang neurobiologi [12], pengkategorian yang jelas bagi subtipe pericytes yang berbeza boleh menyediakan jalan baru untuk pembangunan terapi yang disasarkan untuk kerosakan vaskular.

4. Modaliti Pengimejan Vaskular

Penyakit buah pinggang yang berbeza mencerminkan corak ciri perubahan ultrastruktur. Hasil daripada kemajuan teknologi dalam bidang pengimejan bioperubatan, mekanisme fisiologi dan patofisiologi buah pinggang telah dirungkai sejak beberapa dekad yang lalu [63]. Dengan memfokuskan pada perubahan anatomi dan morfologi seni bina tisu, pengetahuan kami tentang penyakit buah pinggang meningkat secara progresif yang meningkatkan diagnostik dan menyediakan peluang rawatan yang inovatif. Walau bagaimanapun, perubahan dinamik saluran darah telah diabaikan terutamanya disebabkan oleh cabaran untuk menyiasat tingkah laku vaskular dalam eksperimen siri masa. Akibatnya, terdapat keperluan perubatan yang tidak dipenuhi untuk membangunkan teknik pengimejan bukan invasif untuk memantau hemodinamik peredaran mikro buah pinggang [16].

Ia juga menarik untuk menghubungkan hasil pengimejan kepada biomarker (novel) dalam bidang nefrologi vaskular. Sebagai contoh, kami menunjukkan RNA bukan pengekodan untuk dikaitkan rapat dengan kecederaan vaskular [64,65]. Menggabungkan ukuran ini boleh menghasilkan hubungan baru (kausal) dan kemungkinan baru untuk diagnosis. Lebih-lebih lagi, apabila modaliti pengimejan novel digabungkan dengan perkembangan baru-baru ini teknik berasaskan sel tunggal seperti penjujukan RNA sel tunggal dan transkriptomi spatial [53,66,67], ini boleh membenarkan analisis mendalam yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang komposisi dan dinamik. daripada vaskular buah pinggang. Bahagian berikut meringkaskan modaliti pengimejan ex vivo dan in vivo yang sedia ada untuk menyiasat aspek morfologi dan fungsi mikrovaskular buah pinggang.

4.1. Bekas Vivo

Banyak pengetahuan kami tentang mikrovaskular buah pinggang diperoleh daripada analisis ex vivo menyeluruh biopsi tisu. Sehubungan itu, terapi berasaskan sel sering dinilai dengan pembahagian tisu dan pewarnaan. Walaupun terdapat banyak kajian yang menyiasat kesan terapeutik MSC pada vaskular buah pinggang [68], beberapa kumpulan penyelidikan telah mengambil kesempatan daripada modaliti pengimejan yang canggih, seperti tomografi mikrokomputer (mikro-CT), untuk menilai terapi MSC dengan memeriksa seni bina 3D. daripada vaskular buah pinggang [69–74].

4.1.1. Tomografi Pengiraan Mikro (Micro-CT)

Pengenalan tomografi mikrokomputer (mikro-CT) oleh Flannery et al. [75] pada tahun 1987 telah membuka jalan baru untuk mengkaji vaskular utuh tikus untuk mendapatkan pengetahuan tentang mekanisme penyakit dengan resolusi spatial yang tinggi. Modaliti ex vivo ini membolehkan visualisasi seni bina mikrovaskular buah pinggang dan kuantifikasi nombor glomerular, taburan ruang, dan isipadu, yang boleh digunakan sebagai penunjuk untuk keadaan patofisiologi keseluruhan organ [76]. Resolusi dalam satu medan pandangan 3D dengan 10, 243 voxel membenarkan visualisasi arteriol aferen dan eferen, serta kapilari glomerular buah pinggang tikus. Dalam tikus, saiz voxel tersusun semula sebanyak 21 µm digunakan [77] dan pada babi, vaskular renal dikaji dengan saiz voxel 40 µm dan medan pandangan imbasan 1.2 mm [78]. Kemajuan dalam bidang mikro-CT memberi peluang untuk menggambarkan saluran darah nefron tikus dengan resolusi voxel 1 µm dalam medan pandangan imbasan 2 mm [79].

Berdasarkan teknik kuantifikasi yang dibangunkan oleh Hillman et al. [80] menggunakan CT konvensional, seni bina vesel dan isipadu vaskular dalam petak tisu buah pinggang yang berbeza telah ditentukan sejajar dengan kajian serupa, yang menilai saluran buah pinggang berdasarkan bahagian tisu histologi [77]. Menariknya, dengan menggunakan modaliti pengimejan seperti mikro-CT, kepentingan telah dibangkitkan untuk menyiasat kapilari peritubular dan penglibatan mereka dalam keadaan patologi sebagai tambahan kepada cara pemikiran konvensional tentang peranan rangkaian kapilari glomerular.

Perubahan struktur awal mikrovaskulatur boleh divisualisasikan dan dikesan oleh mikro-CT, dan oleh itu tidak menghairankan bahawa beberapa mekanisme molekul pada tahap vaskular yang terlibat dalam penyakit buah pinggang telah dikenal pasti oleh mikro-CT. Dalam pelbagai model penyakit buah pinggang, seperti dalam penyakit buah pinggang polikistik (PKD), korelasi telah diterangkan antara patologi dan penurunan mikrovaskular seperti yang ditentukan oleh mikro-CT dengan resolusi saiz voxel 17 µm [81]. Selain itu, peningkatan ketumpatan mikrovaskular kortikal diperhatikan dalam hiperkolesterolemia sebagai tanda awal kerosakan morfologi buah pinggang yang progresif [78]. Pada tikus dengan ligation saluran hempedu kronik, hipoperfusi kortikal dikesan oleh mikro-CT, yang mungkin menjelaskan gangguan pengekalan garam dan air dengan perkembangan penyakit selanjutnya [82]. Selain itu, dalam buah pinggang stenotik, tekanan oksidatif yang meningkat dikaitkan dengan pembentukan semula mikrovaskular buah pinggang, dan kemungkinan rawatan dicadangkan melalui campur tangan antioksidan kronik [83].

Kelebihan utama mikro-CT ialah paksi, serta geometri radial sistem vaskular, boleh ditakrifkan [84]. Selain menggambarkan seni bina vaskular buah pinggang dalam 3D, ketumpatan spatial kapal mikro dapat dinilai [78,83], ketumpatan dan saiz kapal boleh ditentukan dengan diameter sehingga 80 µm dalam pelbagai petak renal anatomi [77,78,83,85 ], dan liku-liku kapal boleh diperhatikan [83]. Selain itu, isipadu kapilari vaskular glomeruli, serta kapilari peritubular boleh dibezakan dan dikira dalam korteks [82].

Protokol kuantifikasi piawai telah digunakan secara meluas untuk menyiasat perubahan mikrovaskular dalam petak kortikal dan medula yang jelas pada tahap struktur untuk menentukan ketumpatan dan diameter vaskular [77,82]. Ngo et al. [84] melakukan kajian perbandingan mikro-CT dan mikroskop cahaya dan membuat kesimpulan bahawa kuantifikasi geometri vaskular buah pinggang yang diperoleh oleh mikro-CT adalah teknik yang boleh dilaksanakan dan tepat. Satu-satunya nilai tambah pengimejan mikroskopik cahaya berbanding dengan mikro-CT ialah ia membenarkan membezakan antara arteri dan urat melalui kemungkinan untuk menggambarkan dinding vaskular. Walau bagaimanapun, dengan menggunakan mikro-CT, arteri berdiameter 100 dan 60 µm tikus dan arnab, masing-masing, boleh divisualisasikan dalam 3D. Walau bagaimanapun, saluran darah bersaiz kecil yang lebih kecil daripada 10 µm tidak dapat dikenal pasti dengan betul oleh mikro-CT, mendesak keperluan untuk kembali kepada imunohistokimia untuk menangkap walaupun kapilari buah pinggang yang paling kecil [85].

4.1.2. Mikroskopi Pendarfluor Lembaran Cahaya (LSFM)

Dengan pengenalan mikroskop pendarfluor lembaran cahaya (LSFM), pengimejan beresolusi tinggi volum besar pada masa kini boleh dicapai dalam jumlah masa yang munasabah [86,87]. Melalui ketersediaan LSFM, minat telah dialihkan daripada teknik histologi konvensional yang digunakan secara rutin termasuk pembahagian tisu, diikuti dengan mengotorkan mikrovaskular, ke arah pengimejan tisu secara keseluruhan. Analisis volumetrik adalah baik kerana bukan sahaja bahagian tisu terpilih diperiksa, tetapi juga ciri dinamik seni bina dan tingkah laku kapal dipelihara dalam paparan 3D.

Untuk memastikan maklumat 3D, spesimen biologi dibuat telus melalui pelbagai protokol pembersihan tisu optik (OTC) untuk meminimumkan penyebaran cahaya dan penyerapan cahaya untuk pewarnaan pendarfluor FL selanjutnya [87]. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kaedah OTC semakin popular kerana pengimejan 3D memberi peluang untuk mengkaji organ yang utuh adalah mungkin disebabkan oleh kemajuan moden LSFM. Pembinaan organ yang utuh atau bahkan keseluruhan haiwan dengan resolusi pada tahap selular dalam 3D boleh diperolehi dalam beberapa minit [88]. Dengan resolusi yang setanding dengan mikroskop pendarfluor FL confocal, LSFM bagaimanapun, mempunyai dua pesanan magnitud nisbah isyarat-ke-bunyi yang lebih baik, secara mendadak mengurangkan pelunturan fluorophore FL dan fototoksik, membolehkan pemprosesan pengimejan berskala besar diperlukan untuk OTC [89]. Kelebihan tambahan ialah bilangan bingkai yang direkodkan dan kelajuan rakaman adalah lebih besar, manakala tempoh pengimejan keseluruhan adalah lebih pendek.

Sejak pengenalan LSFM, beberapa protokol OTC telah ditambah baik dan diperhalusi untuk spesimen tisu dan organ berbeza yang diperoleh daripada beberapa spesies. Pada tahun-tahun kebelakangan ini, pembersihan berasaskan pelarut bukan toksik oleh etil sinamat (ECi) digunakan secara meluas untuk membersihkan buah pinggang murine [88,90,91]. Protokol ini kurang memakan masa, contohnya protokol perintis CLARITY (pengimejan tegar hibrid akrilamida yang ditukar-lipid yang jelas), CUBIC (koktel pengimejan otak/badan yang jelas dan tidak terhalang dan analisis pengiraan), dan/atau DISCO (pengimejan tiga dimensi bagi organ yang dibersihkan dengan pelarut), namun ia menawarkan pembersihan buah pinggang yang agak munasabah dengan baki autofluoresensi yang rendah. Kerja yang luar biasa telah dicapai oleh Ertürk dan rakan sekerja [92], yang berjaya membersihkan seluruh buah pinggang manusia dengan pendekatan permeabilisasi tisu baharu yang dipanggil SHANEL (pembersihan dan pelabelan cekap organ manusia yang dimediasi kecil-miksel). Zon korteks ditentukan mempunyai dimensi sekitar 2742 ± 665 mm (min ± SD) yang mengandungi kapilari glomerular dengan diameter 221 ± 37 mm, dan arteriol aferen mempunyai diameter 71 ± 28 mm. Lebih-lebih lagi, rangka kerja berasaskan pembelajaran mendalam yang sangat canggih untuk mengukur vaskular neuron selepas OTC, yang dipanggil VesSAP (saluran paip segmentasi & analisis kapal), telah dibangunkan dalam bidang neurosains [93].

Walaupun fakta bahawa banyak kemajuan besar telah dicapai dalam bidang OTC dalam beberapa tahun kebelakangan ini, beberapa kelemahan masih kekal kerana ungkapan fluorofor FL endogen kebanyakannya tidak dipelihara dengan memuaskan mengehadkan penggunaan haiwan transgenik. Walau bagaimanapun, kebimbangan utama ialah saiz morfologi tisu dan akibatnya vasculature diubah oleh pelarut keras yang diperlukan untuk OTC. Di samping itu, jumlah besar data yang dihasilkan oleh LSFM kekal sebagai cabaran, bukan sahaja untuk penyimpanan dan pengendalian data yang betul tetapi juga untuk analisis kuantitatif [87].

Secara ringkasnya, satu kelebihan penting dalam mengaplikasikan teknik seperti mikro-CT atau SFM ialah pengedaran saluran spatial boleh ditangkap dan jarang struktur rangkaian vaskular dikenal pasti dengan resolusi yang sesuai untuk imej hampir semua struktur kapilari buah pinggang. Walau bagaimanapun, kedua-dua teknik memerlukan penetapan dan oleh itu hanya boleh dilakukan ex vivo. Untuk memantau perubahan morfologi dan fungsi mikrovaskulatur buah pinggang, strategi pengimejan masa in vivo dikehendaki.

4.2. Dalam Vivo

Penggunaan modaliti pengimejan in vivo akan menawarkan peluang untuk menilai terapi berasaskan sel dalam masa nyata dan mengesahkan kemungkinan kesan terapeutik pada tahap vaskular. Akibatnya, kemajuan dalam bidang pengimejan bioperubatan in vivo mendesak untuk mengkaji kesan berasaskan MSC pada vaskular buah pinggang. Hanya sebilangan kecil kajian yang telah menggunakan pengimejan dalam vivo untuk memeriksa tindakan MSC, menggunakan mikroskop multifoton (MPM) [94], CT [95,96], dan pengimejan resonans magnetik (MRI) [95-97].

4.2.1. Mikroskopi Berbilang Foton (MPM)

Mikroskopi multifoton (MPM) bergantung pada penyerapan serentak dua atau lebih foton hanya dalam satah fokus, yang tersedia pada tahun 1995 [98]. Proses dinamik boleh divisualisasikan dalam vivo pada peringkat selular, dan, selain mengkaji aliran darah vaskular buah pinggang [63], MPM menawarkan peluang untuk memantau pelbagai segmen mikrovaskular buah pinggang dalam masa nyata. Resolusi tinggi membolehkan visualisasi arteriol aferen dan eferen dan kapilari glomerular. Walaupun secara teknikalnya mungkin untuk mengakses peredaran mikro medula, namun ia tetap menjadi cabaran kerana kedalaman penembusan [98]. Walau bagaimanapun, adalah wajar untuk menggambarkan keseluruhan glomerulus dengan anggaran diameter 100 µm dan mendapat akses kepada proses dinamik pada peringkat selular.

Yang penting, kebocoran mikrovaskular in vivo boleh divisualisasikan dan dikira melalui ekstravasasi biru Evans dalam buah pinggang fibrotik oleh MPM [99]. Bilangan kapilari perfused dikira dan diameternya ditentukan jauh di bawah 10 µm. Baru-baru ini, kumpulan penyelidikan kami menggunakan MPM untuk menyediakan bukti in vivo bahawa organoid buah pinggang yang berasal dari sel stem pluripotent manusia (hPSC) membentuk sambungan berfungsi dengan vaskular buah pinggang yang sedia ada pada tikus selepas pemindahan subkapsular buah pinggang [100,101].

Kelebihan MPM ialah ketiadaan pendarfluor FL yang tidak fokus dan pelunturan foto terhad dalam kawasan fokus [98]. Walau bagaimanapun, salah satu kelemahan adalah kedalaman pengimejan terhad yang memerlukan penggunaan tingkap pengimejan perut untuk mengakses vaskular buah pinggang dalam vivo [102,103]. Tingkap perut ini membenarkan pengimejan in vivo selama beberapa minggu sehingga satu bulan; walau bagaimanapun, penyisipan tetingkap pengimejan sedemikian memerlukan pembedahan invasif dan dikaitkan dengan kemungkinan keradangan. Selain itu, tingkap pengimejan kadangkala hilang dan nekrosis tisu boleh berlaku [102]. Jelas sekali, modaliti pengimejan ini tidak boleh diterjemahkan kepada amalan klinikal.

Alternatif yang menarik untuk memantau aliran darah kapilari secara tidak invasif di sisi katil boleh dicapai sejak pengenalan mikroskopi vital pegang tangan (HVM) ke dalam amalan klinikal [104]. Walaupun modaliti pengimejan ini berdasarkan teknologi yang sama sekali berbeza, iaitu, aliran sisi dan mikroskop video medan gelap kejadian, ia menawarkan penilaian masa nyata bagi kapilari yang terletak dangkal. Algoritma yang dilaksanakan klinikal baru, dikenali sebagai pakej perisian MicroTools membolehkan analisis pengimejan mikrovaskular automatik bagi ketumpatan salur total dan perfused untuk mengakses angiogenesis, pelebaran/penyempitan salur, dan keseimbangan bendalir, serta kapasiti penghantaran oksigen berdasarkan hematokrit kapilari dan halaju eritrosit [105 ]. Walau bagaimanapun, untuk mengkaji mikrovaskulatur buah pinggang, modaliti tersebut tidak sesuai kerana kedalaman penembusannya yang terhad.

4.2.2. Tomografi Berkomputer (CT)

Modaliti pengimejan bukan invasif yang mampu memantau dan mengukur perubahan morfologi dan fungsi mikrovaskular buah pinggang sangat dituntut untuk menentukan peranan mikrovaskulatur dalam perkembangan penyakit kepada CKD. Walaupun hubungan kausal antara rarefaction kapilari dan perkembangan fibrosis buah pinggang telah diiktiraf selama bertahun-tahun, Ehling et al. [3] adalah yang pertama melakukan analisis kualitatif dan kuantitatif bukan invasif terhadap perubahan vaskular anatomi dan berfungsi semasa perkembangan CKD. Penurunan progresif jumlah darah buah pinggang telah diperhatikan oleh mikro-CT dipertingkatkan kontras in vivo dalam tiga model murine dengan fifibrosis buah pinggang progresif, iaitu, kecederaan reperfusi iskemia (IRI), halangan ureter unilateral, dan tikus Alport. Selain perubahan fungsi mikrovessel, kehilangan vaskular peritubular dikaitkan dengan pembentukan tisu fibrotik dalam ketiga-tiga model tetikus CKD. Walau bagaimanapun, untuk mendapatkan maklumat tentang titik cawangan, diameter kapal dan liku-liku, mikro-CT ex vivo diperlukan, menunjukkan keperluan untuk teknologi pengimejan bioperubatan yang muncul yang menyediakan akses kepada saluran mikro dalam vivo dengan resolusi yang hampir dengan selular.

Kelebihan utama CT ialah visualisasi vaskular buah pinggang diperoleh dalam beberapa minit dengan resolusi yang munasabah, memberikan maklumat 3D tentang organisasi vaskular. Menggunakan agen kontras berasaskan iodin, kontras dipertingkatkan dan gambaran mikrovaskular yang lebih terperinci dicapai. Baru-baru ini, penilaian kualitatif dan kuantitatif oleh mikro-CT buah pinggang murine dalam keadaan fisiologi dan patologi telah ditapis dengan perfusi dengan asid fosfotungstik (PTA) untuk meningkatkan kontras dalam saluran darah [106]. Walaupun batasan bahawa arteri dan vena tidak dapat dibezakan dengan jelas antara satu sama lain, resolusi dengan saiz voxel 40 µm in vivo dan saiz voxel 12.5 µm ex vivo menangkap organisasi sehingga tahap saluran darah arkuate.

Satu lagi kelemahan utama menggunakan CT untuk memantau penyakit buah pinggang adalah, bagaimanapun, keperluan untuk menggunakan agen kontras radiografi beryodium. Ejen kontras ini diketahui menyebabkan nefrotoksisiti, yang merupakan kontraindikasi untuk aplikasi klinikal pada pesakit dengan kerosakan buah pinggang yang sedia ada [107-109]. Kerosakan akut buah pinggang akibat agen kontras yang ditadbir mengubah hemodinamik buah pinggang dan menyebabkan hipoksia medula yang khususnya tidak diingini apabila menyiasat jarang mikrovaskular buah pinggang. Begitu juga, agen kontras berasaskan gadolinium yang digunakan secara meluas dalam MRI dihapuskan oleh buah pinggang dan nampaknya menyebabkan kerosakan buah pinggang [110].

4.2.3. Pengimejan Resonans Magnetik (MRI)

MRI telah diperkenalkan dalam amalan klinikal pada tahun 1980-an dan serta-merta menjadi salah satu teknik pengimejan yang paling banyak digunakan [111]. MRI ialah modaliti pengimejan tidak invasif dan tidak mengion yang menggunakan medan magnet yang kuat dan dengan menggunakan pengubahan agen kontras T1 dan T2, sifat kelonggaran darah dapat dikesan. Selain itu, angiografi resonans magnetik (MRA) menggambarkan seni bina vaskular haiwan kecil dengan menggunakan agen kontras berasaskan gadolinium. Walau bagaimanapun, kelemahan utama MRA ialah penggunaan sukar agen kontras yang diperlukan. Nasib baik, perfusi buah pinggang boleh ditentukan dengan dan tanpa memerlukan agen kontras yang menawarkan kedua-dua faedah dan had [112].

Tanpa menggunakan agen kontras, pelabelan spin mengambil kesempatan daripada air endogen sebagai pengesan boleh meresap yang hanya memungkinkan untuk mengukur perfusi dalam korteks buah pinggang memandangkan masa transit medula terlalu lama untuk ditangkap. Selain itu, untuk menentukan aliran darah buah pinggang, anjakan fasa putaran sepanjang satu arah diukur, yang membayangkan keperluan untuk satah pengimejan serenjang ke arah arteri yang menarik untuk mencapai ukuran yang tepat [112]. Oleh itu, tidak menghairankan bahawa teknik ini memberikan cabaran besar apabila ia datang untuk menggambarkan arteri buah pinggang, apatah lagi kapilari kortikal kecil.

Kefungsian kapal boleh ditentukan dengan mengukur RBF oleh MR-perfusion dan memantau keadaan pengoksigenan oleh pengimejan kontras (BOLD) bergantung pada tahap oksigen darah [112,113]. Walau bagaimanapun, had utama MRI berfungsi adalah untuk mencapai hasil yang boleh dipercayai dan boleh dihasilkan semula dalam organ yang terjejas oleh pergerakan pernafasan, termasuk buah pinggang, walaupun ia kurang terdedah kepada artifak pergerakan berbanding dengan hati atau usus [112]. Walaupun fakta bahawa kajian kebolehlaksanaan MRI berfungsi 1.5 Tesla memberikan janji yang besar apabila melakukan kuantifikasi voxel-wise [114], keabnormalan perfusi hanya dapat dikesan di kawasan patologi yang menimbulkan persoalan sama ada perubahan vaskular kecil akan dikesan dengan secukupnya. Dengan pengenalan pengimbas MRI dengan kekuatan medan magnet sebanyak 3.0 Tesla, nisbah isyarat-ke-bunyi telah dipertingkatkan dengan sangat hebat [115,116], namun, resolusi yang diperoleh tetap menjadi isu.

Resolusi yang disediakan oleh MRI terutamanya bergantung pada kekuatan medan magnet dan boleh dioptimumkan untuk mana-mana medan magnet tertentu dengan menyesuaikan urutan nadi [111]. Resolusi spatial terutamanya dihadkan oleh nisbah isyarat kepada hingar yang memerlukan masa pemerolehan yang cepat dan secara amnya mencapai resolusi 3 × 4 mm dalam saiz piksel [117]. Walaupun apabila medan magnet tinggi 7 Tesla digunakan, resolusi terbaik yang boleh dicapai dengan BOLD ialah sekitar 500 µm. Selain resolusi yang tidak memuaskan dan had untuk menggambarkan kebanyakan proses dinamik, satu lagi kelemahan utama ialah MRI dikaitkan dengan kos yang tinggi dan memerlukan kemudahan dan penyelenggaraan khas.

4.2.4. Ultrasound

Kemajuan dalam ultrasound memperkenalkan anjakan paradigma untuk pemantauan bukan invasif terhadap perubahan mikrovaskular buah pinggang struktur dan berfungsi dan membuka jalan baharu untuk meneroka kapal kecil dengan sistem mudah alih pada kos yang agak rendah. Dalam model tikus iskemia akut yang disebabkan oleh hipoperfusi teruk selama 1 jam, aliran darah buah pinggang dinilai dalam masa nyata dengan menggunakan ultrasound Doppler warna dan gelombang berdenyut (PW) [118]. Pengimejan Doppler Warna juga mendedahkan kesukaran untuk menggambarkan arteri arkuate kerana saiznya yang agak kecil dan kedudukan probe serenjang untuk menangkap aliran arteri yang diperlukan untuk mengira halaju darah dan menggunakan pembetulan sudut Doppler. Walau bagaimanapun, halaju darah hanya boleh dikira pada arteri intra-renal, iaitu, arteri segmental, interlobar, dan arkuata. Sehubungan itu, maklumat mengenai peredaran mikro tidak dapat diperoleh kerana had resolusi yang disediakan oleh ultrasound konvensional.

Dengan pengenalan teknologi ultrafast Doppler ultrafast, resolusi yang lebih besar boleh dicapai dengan penghantaran gelombang tidak fokus yang menghantar beberapa gelombang segerak pada kadar bingkai yang tinggi secara serentak dalam satu bidang pandangan keseluruhan, dan bukannya mengimbas garis-per-baris melalui aplikasi penghantaran rasuk terfokus [119]. Penghantaran gelombang satah ini adalah konsep asas di sebalik pengimejan ultrabunyi Doppler ultrafast dan memungkinkan untuk mengesan saluran kortikal buah pinggang manusia yang dipindahkan dengan diameter di bawah 1 mm [120]. Selain itu, ultrafast Doppler ultrasound menyediakan teknik in vivo yang sangat baik untuk memantau jarang mikrovaskular buah pinggang dalam kajian praklinikal (Rajah 3A). Walaupun kemajuan ultrafast Doppler ultrasound, akses kepada tahap kapilari masih bergantung pada penggunaan agen yang dipertingkatkan kontras [121]. Walau bagaimanapun, tiada kebimbangan keselamatan yang patut disebut apabila menggunakan ejen yang dipertingkatkan kontras untuk ultrasound Doppler, terutamanya berbanding dengan agen kontras CT dan MRI yang sering menunjukkan nefrotoksisiti [122]. Walau bagaimanapun, resolusi luar biasa vasculature renal murine boleh dicapai dalam vivo (Rajah 3B).

Mikroskopi penyetempatan ultrabunyi (ULM) menyelesaikan pertukaran antara resolusi spatial dan kedalaman penembusan dengan, di satu pihak, menggunakan pengimejan ultrabunyi Doppler ultrafast, dan, sebaliknya, menggunakan agen kontras ultrabunyi dalam bentuk buih mikro berisi gas [121,123,124]. Antara lain, Errico et al. [123] mencadangkan ULM untuk imej kapal mikro tengkorak dengan diameter 10 µm ke atas keseluruhan kedalaman otak murine yang kira-kira 10 mm tebal. Dalam penerbitan baru-baru ini, Demené et al. [125] boleh menangkap dinamik aliran darah serebrovaskular pada tahap mikroskopik jauh di dalam otak manusia dengan menjejak gelembung mikro yang disuntik secara intravena secara individu untuk meningkatkan pengimejan resolusi super dan membolehkan resolusi vaskular sehingga 25 µm. Untuk memahami pencapaian yang menakjubkan ini, adalah penting untuk menyebut bahawa tiada modaliti pengimejan bukan invasif lain yang dapat menggambarkan mikrovaskulatur dalam vivo di bawah skala milimetrik. Untuk mencapai resolusi spatial yang luar biasa ini dalam vivo, terdapat dua cabaran utama untuk diatasi: penyimpangan tengkorak dan artifak gerakan. Walaupun penggunaan ULM untuk organ perut seperti buah pinggang tidak dihalang oleh penyimpangan struktur tulang, artifak gerakan mewakili kesukaran yang besar. Walau bagaimanapun, kajian in vivo baru-baru ini berjaya memberikan percubaan pertama untuk menggambarkan vaskular buah pinggang oleh ULM [5,126,127].

Petak vaskular yang berbeza dalam buah pinggang tikus boleh dibezakan, dan, dengan menggunakan buih mikro, resolusi telah ditingkatkan untuk menggambarkan berkas pembuluh nipis vasa recta yang dipisahkan dengan jarak 400 µm antara satu sama lain [5]. Selain itu, halaju darah paksi, iaitu, di bawah 2 mm/s, yang dikaitkan dengan aliran salur mikro buah pinggang telah dianggarkan dengan menjejaki buih mikro yang disuntik dengan diameter 1 µm yang boleh mencapai diameter salur lebih kecil daripada 20 µm. Lagu et al. [127] menggambarkan pembuluh mikro kortikal buah pinggang arnab dan boleh memisahkan dengan jelas pembuluh in vivo dengan diameter 76 µm. Walaupun pergerakan pernafasan boleh diperbetulkan, artifak gerakan di luar pesawat tetap mencabar dan mustahil untuk diperbetulkan kerana maklumat pengimejan tidak dapat diperoleh sepenuhnya [5].

Baru-baru ini, perkembangan AKI-ke-CKD telah dikaji oleh ultrasound Doppler ultrafast dipertingkatkan kontras dalam model tetikus IRI unilateral [6]. Dengan cara menyuntik buih mikro, 32 µm saluran darah buah pinggang kecil telah dikenalpasti dan perubahan vaskular dalam buah pinggang dikira, iaitu, isipadu darah buah pinggang, ketumpatan vaskular, dan kekusutan. Ketumpatan vaskular korteks dan persimpangan korticomedular yang diperolehi oleh ultrasound semasa pengimejan in vivo adalah selaras dengan kuantifikasi yang diperolehi selepas immunostaining CD31 yang diiktiraf sebagai piawaian emas dalam biologi vaskular. Ini adalah selaras dengan kajian lain, yang dilakukan oleh Cao et al. [128], yang menggambarkan bahawa keterukan AKI boleh ditentukan dengan ultrasound dipertingkatkan kontras melalui suntikan buih mikro. Pengukuran perfusi buah pinggang dalam vivo berkait rapat dengan kecederaan buah pinggang yang ditentukan pada tahap histologi.

Selaras dengan kajian ultrasound tersebut, Hueper et al. [7] sebelum ini mencadangkan bahawa perfusi buah pinggang boleh meramalkan perkembangan AKI-ke-CKD yang ditentukan oleh MRI.

Pengimejan ultrabunyi mikrobubble yang dipertingkatkan bagi vaskular buah pinggang telah berjaya dilakukan pada manusia untuk menentukan perfusi mikrovaskular buah pinggang dan menunjukkan perspektif yang hebat untuk diagnosis [129-133]. Menariknya, modaliti pengimejan ini telah digunakan dalam pemindahan buah pinggang untuk menentukan status perfusi allograf buah pinggang yang mungkin memberikan bacaan bukan invasif yang sesuai untuk meramalkan penolakan akut [134]. Selain kebergantungan pengendali yang mungkin mewakili batasan apabila menggunakan ultrasound, kekuatan perjanjian antara pemerhati adalah sangat tinggi antara dua pembaca yang mencerminkan kemungkinan besar apabila memohon dalam tetapan klinikal [132]. Disebabkan kemudahalihan dan penjimatan masa serta aplikasi tersuai yang mudah, ultrasound dengan buih mikro yang dipertingkatkan kontras memberikan perspektif yang hebat untuk menilai mikrovaskular buah pinggang dalam amalan klinikal, terutamanya dalam pesakit ICU [135]. Oleh itu, teknologi ini menawarkan janji hebat untuk terjemahan ke dalam amalan klinikal selepas berjaya menguasai pembetulan artifak gerakan perut untuk pengesanan buih mikro yang mantap dengan ketepatan tinggi.

5. Kesimpulan dan Perspektif

Keheterogenan seni bina vaskular buah pinggang yang mencolok mencerminkan kepelbagaian fungsi dan pembahagian fungsinya yang kompleks, dengan akibat logik bahawa mengkaji perubahan mikrovaskular dan jarang memerlukan modaliti pengimejan yang canggih. Pembangunan, aplikasi dan penambahbaikan modaliti pengimejan in vivo untuk mengkaji penyakit vaskular buah pinggang akan memberikan pemahaman yang lebih besar tentang tindakan terapi sel seperti MSC pada tahap vaskular dan mungkin menjelaskan biomarker tertentu yang boleh dipantau semasa perkembangan penyakit.

Rujukan

1. Chade, AR Renal struktur vaskular dan rarefaction. Compr. Fisiol. 2013, 3, 817–831. [CrossRef] [PubMed]

2. Chade, AR Kapal Kecil, Peranan Besar: Peredaran Mikro Renal dan Perkembangan Kecederaan Buah Pinggang. Hipertensi 2017, 69, 551–563. [CrossRef] [PubMed]

3. Ehling, J.; Bábíckova, J.; Gremse, F.; Klinkhammer, BM; Baetke, S.; Knochel, R.; Kiessling, F.; Floege, J.; Lammers, T.; Boor, P. Pengimejan tomografi terkomputer mikro kuantitatif disfungsi vaskular dalam penyakit buah pinggang progresif. J. Am. Soc. Nephrol. 2016, 27, 520–532. [CrossRef] [PubMed]

4. Chen, TK; Knicely, DH; Grams, ME Diagnosis dan Pengurusan Penyakit Buah Pinggang Kronik: Satu Tinjauan. Fisiol. perangai. 2019, 322, 1294–1304. [CrossRef] [PubMed]

5. Foiret, J.; Zhang, H.; Ilovitsh, T.; Mahakian, L.; Tam, S.; Ferrara, KW Mikroskopi penyetempatan ultrabunyi kepada imej dan menilai mikrovaskulatur dalam buah pinggang tikus. Sci. Rep. 2017, 7, 13662. [CrossRef] [PubMed]

6. Chen, Q.; Yu, J.; Tergesa-gesa, 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. Kecederaan Buah Pinggang Akut: Pelabelan Putaran Arteri untuk Memantau Kemerosotan Perfusi Renal dalam Tikus—Perbandingan dengan Keputusan Histopatologi dan Fungsi Buah Pinggang. Radiologi 2014, 270, 117–24. [CrossRef]

8. Levi, BI; Schiffrin, EL; Mourad, JJ; Agostini, D.; Vicaut, E.; Safar, SAYA; Struijker-Boudier, HA Perfusi tisu terjejas adalah patologi yang biasa kepada hipertensi, obesiti, dan diabetes mellitus. Edaran 2008, 118, 968–976. [CrossRef]

9. Carmeliet, P.; Jain, RK Mekanisme molekul dan aplikasi klinikal angiogenesis. Alam 2011, 473, 298–307. [CrossRef]

10. Molema, G.; Aird, WC Keheterogenan Vaskular dalam Buah Pinggang. Semin. Nephrol. 2012, 32, 145–155. [CrossRef]

11. Armulik, A.; Abramson, A.; Betsholtz, C. Interaksi endothelial/pericyte. Circ. Res. 2005, 97, 512–523. 03.16652.d7. [CrossRef]

12. Attwell, D.; Mishra, A.; Dewan, CN; O'Farrell, FM; Dalkara, T. Apakah pericyte? J. Cereb. Metab Aliran Darah. 2016, 36, 451–5. [CrossRef]

13. Evans, RG; Eppel, GA; Anderson, WP; Denton, KM Mekanisme yang mendasari kawalan pembezaan aliran darah dalam medula renal dan korteks. J. Hipertensi. 2004, 22, 1439–1451. [CrossRef]

14. Pallone, TL; Silldorf, EP; Turner, MR Aliran darah intrarenal: Anatomi mikrovaskular dan peraturan perfusi medula. Clin. Exp. Pharmacol. Fisiol. 1998, 25, 383–392. doi:10.1111/j.1440-1681.1998.tb02220.x. [CrossRef]

15. Pallone, TL; Edwards, A.; Mattson, DL Peredaran medulla buah pinggang. Compr. Fisiol. 2012, 2, 97–140. [CrossRef] [PubMed]

16. Guerci, P.; Ergin, B.; Ince, C. Peredaran makro dan mikro buah pinggang. Amalan Terbaik. Res. Clin. Anestesiol. 2017, 31, 315–329. [CrossRef]

17. Shaw, I.; Rider, S.; Mullins, J.; Hughes, J.; Péault, B. Pericytes dalam vaskular buah pinggang: Peranan dalam kesihatan dan penyakit. Nat. Rev. Nephrol. 2018, 14, 521–534. [CrossRef]

18. Rosivall, L.; Peti-Peterdi, JJ Heterogeniti arteriol aferen—Korelasi antara morfologi dan fungsi. Nephrol. Dail. Pemindahan. 2006, 21, 2703–2707. [CrossRef]

19. Stefanska, A.; Kenyon, C.; Kristian, HC; Buckley, C.; Shaw, I.; Mullins, JJ; Péault, B. Pericytes buah pinggang manusia menghasilkan renin. Buah Pinggang Int. 2016, 90, 1251–1261. [CrossRef]

20. Schlondorff, DO Gambaran keseluruhan faktor yang menyumbang kepada patofisiologi penyakit buah pinggang progresif. Buah Pinggang Int. 2008, 74, 860–866. [CrossRef]

21. Pallone, TL; Zhang, Z.; Rhinehart, K. Fisiologi peredaran mikro medulla buah pinggang. Am. J. Physiol. Ren. Fisiol. 2003, 284, F253–66. [CrossRef] [PubMed]

22. Pallone, TL Kompleks vaskular berkas, anggota badan menaik tebal, dan akuaporin: Memerah keluar medula luar. Am. J. Physiol. Ren. Fisiol. 2014, 306, 505–506. [CrossRef] [PubMed]

23. Zimmerhackl, BL; Robertson, CR; Jamison, RL Peredaran mikro medula. Buah Pinggang Int. 1987, 31, 641–647. [CrossRef] [PubMed]

24. Dumas, SJ; Meta, E.; Borri, M.; Luo, Y.; Li, X.; Rabelink, TJ; Carmeliet, P. Kepelbagaian fenotip dan metabolik. Nat. Rev. Nephrol. 2021, 1–24. [CrossRef]

25. Dumas, SJ; García-Caballero, M.; Carmeliet, P. Tandatangan Metabolik Fenotip Endothelial yang Berbeza. Trend Endokrinol. Metab. 2020, 31, 580–595. [CrossRef]

26. Jourde-Chiche, N.; Fakhouri, F.; Dou, L.; Bellini, J.; Burley, S.; Format, M.; Jarrot, PA; Kaplanski, G.; Le Quintrec, M.; Pernin, V.; et al. Struktur dan fungsi endothelium dalam kesihatan dan penyakit buah pinggang. Nat. Rev. Nephrol. 2019, 15, 87–108. [CrossRef]

27. Long, DA; Norman, JT; Baik, LG Memulihkan mikrovaskular buah pinggang untuk merawat penyakit buah pinggang kronik. 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 Kehilangan kapilari peritubular dikaitkan dengan kecederaan tubulointerstitial kronik dalam buah pinggang manusia: Perubahan ekspresi faktor pertumbuhan endothelial vaskular. Hum. Pathol. 2000, 31, 1491–1497. [CrossRef]

29. Ishii, Y.; Sawada, T.; Kubota, K.; Fuchinoue, S.; Teraoka, S.; Shimizu, A. Kecederaan dan kehilangan progresif kapilari peritubular dalam perkembangan nefropati allograft kronik. Buah Pinggang Int. 2005, 67, 321–332. [CrossRef]

30. Serón, D.; Alexopoulos, E.; Raftery, MJ; Hartley, B.; Cameron, JS Bilangan keratan rentas kapilari interstisial yang dinilai oleh antibodi monoklonal: Hubungan dengan kerosakan interstisial. Nephrol. Dail. Pemindahan. 1990, 5, 889–893. [CrossRef]