Method Article
פרוטוקול זה מתאר שיטה לגרימת חסימת שופכן חד צדדית (UUO) בעכברים כדי לחקור את התקדמות פיברוזיס ברקמות בנפרופתיה חסימתית. הוא כולל הליכים כירורגיים, טיפול לאחר ניתוח ושיטות להערכת פיברוזיס.
פיברוזיס בכליות היא התוצאה הפתולוגית הסופית של מחלת כליות כרונית מתקדמת (CKD). מודל חסימת השופכן החד-צדדית (UUO) נמצא בשימוש נרחב כדי להבהיר את המנגנונים המולקולריים והתאיים העומדים בבסיס פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות ולזיהוי מטרות טיפוליות פוטנציאליות. מודל זה נקבע בעכברים באמצעות קשירה כירורגית של שופכן חד צדדי, הליך פשוט יחסית וקל לביצוע. עם זאת, ידוע כי מודל העכבר UUO מציג שונות וחוסר עקביות משמעותיים, המושפעים מגורמים כמו מאמץ עכברים, גיל, מין, סוג הרדמה, משך הניתוח, טמפרטורת הגוף במהלך ההליך, כישורי הניתוח של המפעיל, תנאי האכלה ומצב הבריאות הכללי של העכברים. וריאציות בטכניקות הניתוח, מיקום התפרים ומשך החסימה תורמים לשונות בתוצאות. בנוסף, דגימה לא עקבית של כליות חסומות מגדילה עוד יותר את השונות בהערכת פיברוזיס בכליות. מחקר זה מתאר את תהליך פיתוח מודל העכבר UUO והערכת פיברוזיס אינטרסטיציאלי, דן באתגרים הטכניים התורמים לחוסר החיזוי של המודל, ומציע פתרונות פוטנציאליים. תובנות אלה נועדו לבסס גישה סטנדרטית וישימה יותר לחקירת פיברוזיס בכליות.
מחלת כליות כרונית (CKD) משפיעה על למעלה מ-10% מאוכלוסיית העולם, ושכיחותה עולה1. מצבים שונים בדרכי השתן, כולל חריגות אנטומיות מולדות, נפרוליתיאזיס, היפרפלזיה של הערמונית וגידולי שלפוחית השתן, עלולים להוביל לחסימת שופכה². כתוצאה מכך, מודל העכבר של חסימת שופכן חד צדדית (UUO) הוא כלי מפתח לזיהוי מנגנונים חדשים של פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות, הבנת התקדמות המחלה והערכת אסטרטגיות טיפול פוטנציאליות. נעשה בו שימוש נרחב כדי לחקור את מקורם של מיופיברובלסטים, תת-אשכולות פיברובלסטים (מיו), חילוף חומרים של תאים צינוריים ועצירת מחזור התא, מעבר אפיתל-מזנכימלי חלקי ותהליכים קשורים אחרים 3,4,5,6,7,8.
בנוסף לפיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות הנגרמת על ידי UUO, מודלים נפוצים אחרים של מכרסמים של פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות כוללים מודלים המושרים על ידי רעלן, כגון אלה המשתמשים בחומצה אריסטולוכית, חומצה פולית ואדנין, כמו גם מודלים המושרים בניתוח כמו כריתת כליה 5/6 ופגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה (IRI). מודל ה-UUO מציע מספר יתרונות על פני מודלים אלטרנטיביים של פיברוזיס בכליות. לדוגמה, פיברוזיס בכליות הנגרמת על ידי רעלן דורשת תקופת דוגמנות ארוכה יחסית (כחודש-חודשיים), ותופעות הלוואי הרעילות שלה על איברים אחרים עלולות לסבך את חקירת מנגנוני הפיברוזיס 9,10,11. מודלים המושרים בניתוח, כגון כריתת כליה 5/6, עלולים להוביל לדימום משמעותי בכליות ולזיהום, ולהגדיל את הסיכון לתמותה לאחר הניתוח. בנוסף, היקף הפיברוזיס האינטרסטיציאלי המושרה נמצא בקורלציה ישירה עם נפח רקמת הכליה שנכרתה, מה שמקשה על שחזור עקבי של אותה דרגה של פיברוזיס בכל עכבר12.
מודל ה-IRI הכלייתי הוא שיטה עיקרית להשראת פגיעה כלייתית חריפה ל-CKD ויש לו רלוונטיות קלינית משמעותית. ניתן לווסת את חומרת הפיברוזיס על ידי התאמת הזמן האיסכמי וטמפרטורת הגוף; עם זאת, בהשוואה למודל ה-UUO, הוא מורכב יותר מבחינה כירורגית, והשראת פיברוזיס אינטרסטיציאלי דורשת משך זמן ארוך יותר13. בהשוואה למודלים אלה, למודל ה-UUO מספר יתרונות, כולל משך דוגמנות קצר, שונות מינימלית, חזרתיות והליך כירורגי פשוט יחסית. מודל העכברים UUO, שאינו מערב רעלים, נוצר על ידי קשירת שופכן אחד, מה שמוביל לנפרופתיה חסימתית תוך שבועיים. התוצאה היא הידרונפרוזיס, התרחבות צינורית ופיברוזיס אינטרסטיציאלי, הדומה מאוד לתהליך הפתולוגי שנצפה בבני אדם14. ניתן לשלוט בחומרת הפיברוזיס - קלה, בינונית או חמורה - על ידי התאמת משך הניסוי.
למרות שמודל העכבר UUO פשוט יותר לביצוע מאשר מודלים אחרים המושרים על ידי עלבון לחקירת CKD, מספר גורמים יכולים להשפיע באופן משמעותי על יציבותו. גורמים אלה כוללים מאמץ עכברים, גיל, מין, סוג ההרדמה, משך הניתוח, טמפרטורת הגוף במהלך הניתוח, כישורי הניתוח של המפעיל ותנאי האכלה ומצב בריאותי של העכברים15,16.
מזעור מתח וזיהום כירורגי תוך ביצוע ההליך בצורה יציבה ומאורגנת בהרדמה חיוני ליצירת מודל עכבר UUO הניתן לשחזור. בנוסף, מחקר על המנגנונים והיעדים הטיפוליים הפוטנציאליים של CKD יכול להיפגע על ידי מפעילים חסרי ניסיון, מה שמוביל לאובדן עכברים מוגבר ולהטרוגניות גדולה יותר של המודל. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, מתוארים היבטים טכניים מרכזיים של התהליך הכירורגי - לפני, במהלך ואחרי ההליך, תוך הדגשת נושאים קריטיים הדורשים תשומת לב. יתר על כן, מתודולוגיית ההערכה של מודל העכבר UUO מפורטת כדי לספק לחוקרים גישה עקבית ואמינה.
כל ההליכים בבעלי חיים מבוצעים בהתאם להנחיות הסוכנות ומאושרים על ידי ועדת האתיקה המוסדית לבעלי חיים של האוניברסיטה הרפואית נאנג'ינג. כדי למנוע הבדלי מין וזן ולהבטיח השוואה של התוצאות, משתמשים רק בעכברי CD1 זכרים בגילאי 8-10 שבועות ובמשקל 22-25 גרם. פרטי הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנת בעלי חיים ומכשירים
2. הליך כירורגי
הערה: לאחר שטמפרטורת הגוף מתייצבת בנקודה שנקבעה ורפלקס צביטת הבוהן נעדר, התחל את ההליכים הכירורגיים הבאים.
3. טיפול וניטור לאחר ניתוח
4. הערכות לאחר ניתוח
היסטולוגיה
צביעה תקופתית של חומצה-שיף (PAS) חשפה התרחבות צינורית, אובדן גבולות מברשת, היווצרות יציקה ונפיחות אפיתל צינורית. הטריכרום של מאסון והצביעה האדומה של סיריוס הראו פיברוזיס אינטרסטיציאלי לאחר UUO, בניגוד לצינורות הקומפקטיים הרגילים עם לומן שניתן להבחין בהם שנצפו בקבוצת הדמה. דרגת הפיברוזיס הבין-רקמתי הכלייתי, שמסומנת על ידי אזורים כחולים בצביעה הטריכרומית של מאסון ואזורים אדומים בצביעה האדומה של סיריוס, עלתה באופן תלוי זמן (איור 1A).
כתם מערבי
פיברונקטין (FN), קולגן I (Col-1) ואקטין שריר חלק α (α-SMA) הם סמנים נפוצים להערכת פיברוזיס בכליות. בהשוואה לקבוצת הדמה, רמות הביטוי של חלבונים פיברוטיים אלה היו גבוהות באופן משמעותי לאחר UUO והיו בקורלציה חיובית עם משך החסימה (איור 1B).
PCR בזמן אמת
בהשוואה לקבוצת הדמה, רמות ה-mRNA של סמנים פיברוטיים (FN, Col-1a1, α-SMA, וגורם גדילה טרנספורמטיבי-β1 (TGF-β1)), יחד עם ציטוקינים דלקתיים כגון חלבון כימואטרקנטי מונוציטי-1 (MCP-1), גורם נמק גידול-α (TNF-α), וליגנד כימוקין מוטיב C-X-C 1 (CXCL-1), עלו באופן משמעותי בקבוצת UUO (איור 1C).
השפעת גורמים ביולוגיים וכירורגיים על תוצאות UUO
הזן, הגיל והמין של עכברים משפיעים באופן משמעותי על התוצאות במחקרי UUO. מחקר ביסס מודל עכבר UUO הפיך המורכב משישה ימים של חסימה ואחריהם שבעה ימים של היפוך. בעוד שעכברי BALB/c הראו התאוששות כמעט מלאה של תפקוד הכליות לרמות דומות לבקרות שבוצעו על ידי דמה, עכברי C57BL/6 חוו אובדן בלתי הפיך של תפקוד הכליות. לפרטים נוספים על תפקוד הכליות, עיין בפורי ואחרים 20.
הבדלים בין המינים ממלאים גם תפקיד קריטי במודלים של UUO. בהשוואה בין עכברי C57BL/6J זכרים ונקבות לאחר שבועיים של UUO, זכרים הראו רמות גבוהות משמעותית של פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות ושקיעת חלבון קולגן IV מוגברת באינטרסטיציום הצינורי גיל הוא גורם מפתח נוסף המשפיע על נזק אינטרסטיציאלי לאחר חסימה. עכברים מבוגרים יותר (50 שבועות) הראו התרחבות צינורית וניוון חמורים יותר בהשוואה לעמיתיהם הצעירים יותר (16 שבועות)21.
בנוסף לשונות ביולוגית בין עכברים, פרמטרים כירורגיים משפיעים גם על תוצאות UUO. יש לציין כי ביטוי חלבון TGF-β1 ו-mRNA דוכאו באופן משמעותי בעכברים שהורדמו בפרופופול בהשוואה לאלו שקיבלו סבופלורן במהלך הליך UUO22. יתר על כן, משך החסימה נמצא בקורלציה ישירה עם ירידה בתפקוד הכליות. עכברים שנחשפו ל-UUO במשך יום עד יומיים חוו התאוששות מלאה עם הסרת החסימה, ואילו אלה שנחסמו במשך שלושה ימים או יותר פיתחו אי ספיקת כליות תלוית זמן20.
איור 1: פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות הנגרמת על ידי חסימת שופכן חד צדדית (UUO) בימים 3, 7 ו-14. (A) חומצה-שיף תקופתית (PAS), צביעת הטריכרום של מאסון (MTS) וצביעה אדומה של סיריוס של קטעי כליה מכליות דמה ו-UUO. מוטות קנה מידה = 100 מיקרומטר. (B) ניתוח כתמים מערביים של פיברונקטין (FN), קולגן I (Col-1) ואקטין שריר חלק α (α-SMA) בכליות דמה ו-UUO. (C) ניתוח PCR בזמן אמת של סמנים הקשורים לפיברוזיס וציטוקינים דלקתיים בכליות דמה ו-UUO. הנתונים מוצגים כממוצע ± שגיאת תקן של הממוצע (SEM). ניתוח סטטיסטי בוצע באמצעות ANOVA חד כיווני ומבחן t של סטודנט. מובהקות סטטיסטית מסומנת כדלקמן: *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001. קיצורים: UUO, חסימת שופכן חד צדדית; PAS, חומצה-שיף תקופתית; MTS, צביעת הטריכרום של מאסון; FN, פיברונקטין; Col-1, קולגן I; α-SMA, אקטין שריר α חלק; GAPDH, גליצרלדהיד 3-פוספט דהידרוגנאז; TGF-β1, גורם גדילה טרנספורמטיבי-β1; MCP-1, חלבון כימואטרקנטי מונוציטים-1; TNF-α, גורם נמק גידול-α; CXCL-1, מוטיב C-X-C ליגנד כימוקין 1. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
ניתן נוהל מקיף לביסוס מודל UUO, גישה בשימוש נרחב לחקירת פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות. בנוסף, הזיהוי וההערכה של המודל, כולל הערכות של תפקוד הכליות ושינויים היסטולוגיים, מודגמים. נדונים המשתנים התורמים להטרוגניות של המודל ולגורמים הטכניים הניתנים לשינוי.
הרגישות ל-UUO משתנה באופן משמעותי בהתאם לגיל, מין וזן עכברים. בהשוואה לעכברי C57BL/6, עכברי BALB/c פחות רגישים או אפילו עמידים ל-UUO20. במחקרים שכללו עכברי C57BL/6 זכרים ונקבות, עכברים זכרים הראו צביעה וניקוד טריכרומיים גדולים יותר של מאסון, כמו גם ביטוי מוגבר של קולגן IV, לאחר UUO23. בנוסף, ההשפעות של הבדלי מין על פיברוזיס בכליות ב-UUO משתנות בין דגמי עכברים טרנסגניים ונוקאאוט24. גיל הוא גורם קריטי נוסף המשפיע על תוצאות UUO; עכברים מבוגרים יותר (50 שבועות) מפגינים ניוון טובולואינטרסטיציאלי חמור יותר בהשוואה לעכברים צעירים יותר (16 שבועות)21. השפעות דומות הקשורות לגיל על תוצאות UUO נצפו במודל UUO של חולדות Sprague-Dawley25.
הרדמה ממושכת במהלך הניתוח קשורה לתמותה מוגברת של בעלי חיים26. אינדוקציה מהירה של הרדמה כירורגית הושגה באמצעות איזופלורן, חומר הרדמה בשאיפה, שהביא לתחילת ההרדמה תוך 5-10 דקות. שיטה זו מאפשרת למנתח ליזום, לתחזק ולסיים את ההרדמה ביתר קלות בהשוואה להזרקה תוך-צפקית של נתרן פנטוברביטל (100-200 מ"ג/ק"ג). במודל UUO, לחומרי הרדמה שונים יש השפעות שונות על חומרת הפיברוזיס הכלייתי. לדוגמה, הוכח כי פרופופול מפעיל השפעות מגנות מפני פגיעה כלייתית על ידי ויסות מופחת של ביטוי סינתאז תחמוצת החנקן המושרה במודל עכברUUO 22; לכן, יש להימנע מהשימוש בו בדוגמנות UUO.
חשיפת הכליה והשופכן חיונית להצלחת הניסוי. שיקול מרכזי הוא הבטחת קשירה מלאה של השופכן. היבט מכריע של שלב זה כולל ניתוח קפדני של רקמת השומן המקיפה את הילום הכליה. בחירת עכברים עם משקל גוף נמוך יותר יכולה להיות יתרון, מכיוון שבדרך כלל יש להם פחות רקמת שומן סביב הכליה, מה שמקל על חשיפה קלה יותר של הכליה והשופכן תוך מזעור הסיכון לקריעת רקמות מסביב. גישה זו לא רק מקצרת את משך ההליך אלא גם מפחיתה את כמות ההרדמה הנדרשת, ובכך מפחיתה את הטראומה והקושי הטכני.
במהלך חשיפה לכליות, אידוי עלול לגרום לכלי הדם להיצמד לפינצטה הכירורגית, מה שעלול להוביל לנזק לשופכה או אפילו לפיסטולות בשופכה. לכן, שמירה על שדה ניתוח לח על ידי מריחה מתמשכת של מי מלח סטריליים רגילים היא חיונית. כדי למזער את העומס, רצוי לחתוך את התפר לקשירה לאורך סביר (כ-10 ס"מ) לפני ההליך, מה שמאפשר למפעיל לנהל את הקצוות בצורה יעילה יותר14. בנוסף, אין להניח את הקשירה השנייה ישירות על גבי הראשונה, מכיוון שהדבר עשוי למנוע חסימה מספקת של השופכן.
התאוששות תפקוד הכליות במודל UUO מושפעת ממשך החסימה27. חומרת הפיברוזיס נמצאת בקורלציה ישירה עם משך החסימה28. במודל ה-UUO הקלאסי המתואר כאן, נקודות הזמן המתאימות להערכה הן ימים 3, 7 ו-1415. ביום השלישי ניתן להבחין בשינויים מוקדמים בפגיעה תאית, כולל חדירה מוגברת של מקרופאגים אינטרסטיציאליים. ביום השביעי, הנזק מסלים, ומציג דפוס מובחן יותר המאופיין בסימנים ראשוניים של פיברוזיס אינטרסטיציאלי ואזורים של ניוון צינורות. יום 14 מייצג את נקודת הזמן האופטימלית להערכת הפנוטיפ המלא, הכולל הידרונפרוזיס משמעותי ואובדן פרנכימה כלייתית. מחקרים בחולדות הראו כי נזק קבוע מתרחש לאחר 72 שעות של חסימה, בעוד ש-24 שעות של חסימה מאפשרות התאוששות מלאה של קצב הסינון הגלומרולרי תוך 14 יום לאחר היפוך החסימה27.
טיפול לאחר ניתוח הוא חיוני למזעור אובדן בעלי חיים. מיד לאחר הניתוח, מי מלח רגילים חמים ניתנים באמצעות הזרקה תוך צפקית למניעת התייבשות בעכבר. ברגע שהעכבר מוחזר לכלוב שלו, אספקת מים ומזון נגישים היא חיונית. ההליך הכירורגי עלול לפגוע בניידות של בעל החיים; לכן, אם מזון ומים מונחים במיקומים מוגבהים, יש לשמור מזון מעוך על רצפת הכלוב לגישה קלה יותר. בעת ניטור מצבם של העכברים לאחר הניתוח, יש להגדיל את המינון של תרופות משככות כאבים כראוי עבור אלה המציגים טיפוח לקוי, ירידה בהאכלה או יציבה לא תקינה.
יש לציין מספר מגבלות פוטנציאליות של מודל ה-UUO. ראשית, מודל זה אינו עוקב במדויק אחר שינויים בתפקוד הכליות. סמני סינון אנדוגניים, כגון קריאטינין וחנקן אוריאה בדם, משמשים בדרך כלל להערכת תפקוד הכליות; עם זאת, רמותיהם נשארות לרוב יציבות מכיוון שהכליה הלא חסומה מפצה על התפקוד שאבד בכליה החסומה. שנית, מודל ה-UUO אינו מתאים לחקר התחדשות תאים ורקמות, כמו גם שיפוץ רקמות לאחר שחרור החסימה, בשל היעדר תיקון צינורות. לבסוף, למודל העכברים של UUO יש מגבלות בתרגום ממצאי המחקר מהספסל למיטה, מכיוון שרוב המקרים הקליניים של UUO כוללים חסימה חלקית ולא חסימה מלאה.
לסיכום, מודל ה-UUO בעכברים נמצא בשימוש נרחב למחקר על פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות. יש לו יישומים פוטנציאליים במחקרים שמטרתם לזהות ולאפיין סמנים של פיברוזיס בכליות, לבחון מנגנונים פתוגניים ולחקור גישות טיפול פוטנציאליות ל-CKD. למרות ששונות במודל העכבר יכולה לנבוע מגורמים רבים, ההליך המפורט המתואר במחקר זה עשוי לסייע לחוקרים בפיתוח מודל UUO הניתן לשחזור גבוה. לכן, מפעיל מיומן ומיומן יכול לייצר מודל UUO עקבי על ידי הקפדה על הטכניקות המתוארות ותשומת לב רבה לפרטים טכניים.
המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקי הקרן הלאומית למדע של סין (82370686/2024YFA1107704), מענק פרופסור שמונה במיוחד על ידי ג'יאנגסו, פרויקט החדשנות המדעית והטכנולוגית של נאנג'ינג, תוכנית טיפוח הכישרונות ברמה גבוהה של בית החולים במחוז ג'יאנגסו (שלב I) (CZ0121002010037), קרן מדעי הטבע של מחוז ג'יאנגסו (BK20240055), וצוות החדשנות הרפואית של ג'יאנגסו ל-JR; בית החולים של מחוז ג'יאנגסו (בית החולים המסונף הראשון לאוניברסיטה הרפואית של נאנג'ינג) פרויקט שיפור היכולת הקלינית (JSPH-MA-2023-4), פיתוח תוכנית אקדמית עדיפות של מוסדות להשכלה גבוהה בג'יאנגסו (סין) והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (81970639/82151320) להוד מלכותו.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL Syringe | Mingankang | / | |
3/0 silk braided suture | Jinhuan Medical | F301 | |
75% Ethanol | Lircon | 6303060031 | |
Anesthesia Air Pump | RWD Life Science | R510-29 | |
Anesthesia Induction Chambers | RWD Life Science | V102-V | |
Animal hair clipper | Jinke | / | |
Betadine solution | Lircon | 6303030036 | |
Buprenorphine (analgesic) | RWD Life Science | / | |
Curved iris forceps | jinke | / | |
Electronic heat pad | Reptizoo | AHM23 | |
fine straight forceps | Jinke | / | |
Gas Filter Canister | RWD Life Science | R510-31-6 | |
Gauze Pads | Winner Medical | 601-026576 | |
Iris Scissors | Jinke | / | |
Isoflurane (anesthetic) | RWD Life Science | R510-22-10 | |
Multi-output Animal Anesthesia Machine | RWD Life Science | R550IE | |
Needle holder | jinke | / | |
Ophthalmic ointment | Dechra NDC | 17033-211-38 | |
Sterile Cotton swab | Winner Medical | 601-015213 | |
Sterile saline | Shimen | H20066533 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved