Lysemitterende midler for ikke-invasiv vurdering av nyrefunksjon Del I

for mer informasjon:ali.ma@wecistanche.com

Jiaguo Huang, et al

Nøkkelord: fluorescens · glomerulær filtrasjonshastighet ·nyresykdom ·nyrefunksjon· nanopartikler

Klikk for å Cistanche ekstrakt pulver for nyrefunksjon

Den ikke-invasive vurderingen avnyrefunksjonog diagnostisering av nyresykdom har lenge vært utfordrende. Tradisjonelle metoder er ikke rutinemessig tilgjengelige, fordi de eksisterende protokollene er tungvinte, tidkrevende og invasive. I løpet av de siste årene har det vært betydelig fremgang innen diagnostiseringnyrefunksjonog sykdom på grunnlag av lys-emitterende midler har blitt laget. Her gjennomgår vi kort lysemitterende midler, inkludert organiske fluorescerende midler og uorganiske nyreklarbare luminescerende nanopartikler for ikke-invasiv og sanntidsovervåking avnyrefunksjonog sykdom. Dessuten diskuteres noen betydelige krav og strategier angående utformingen av ideelle glomerulære filtrasjonshastighetsmidler og nyreklarbare nanopartikler. Til slutt diskuterer vi fremtidige utfordringer med å fremskynde klinisk oversettelse av disse utviklede lysemitterende midlene, sammen med vurderinger av innsatsen som må gjøres for å utvikle nye midler og diagnostikk av nyresykdom.

1. Introduksjon

Nyren mottar en rikelig blodstrøm på 25 prosent av hjerteproduksjonen og eliminerer fremmedfrykt og metabolske produkter fra blodet til urinen.[1] Tre prosesser i nyrene er involvert under dannelsen av urin, inkludert glomerulær filtrasjon, tubulær reabsorpsjon og tubulær sekresjon (Figur 1a).[2] Glomerulær filtrering er avgjørende for at nyrene skal fjerne avfallsprodukter og giftstoffer raskt fra plasmaet.[3]Nyretubuli er ansvarlige for reabsorpsjon og utskillelse av stoffer for å regulere plasma pH, kaliumkonsentrasjoner og andre fysiologiske omgivelser.[4] Nyreskade i glomerulær og tubulær funksjon påvirker nyrens evne til å fjerne fremmedfrykt og metabolske produkter fra blodet til urinen.[5] Dermed evaluering avnyrefunksjoner avgjørende for en rekke kliniske situasjoner.

Nyresykdom eller tap avnyrefunksjoner ofte vanskelig å diagnostisere på et tidlig stadium, men kan forårsake dødelig nyresvikt senere. Merk at differensiering av stadier av nyredysfunksjon har vært en langsiktig utfordring. Derfor er prekliniske teknikker som lett kan iscenesette nyredysfunksjon avgjørende for å forstå utviklingen av nyresykdom. Videre har akutt nyresvikt (ARF) mange årsaker som hypotensjon, sepsis, traumer, akutt tubulær nekrose, medikamentindusert nefrotoksisitet og urinobstruksjon.[6] Å identifisere årsakene til sykdommen i ARF er vanskelig og er ofte avhengig av nyrebiopsi. Imidlertid er denne metoden invasiv og har potensielle risikoer.[6] In vivo fluorescensavbildning er en rimelig, høysensitiv og mye brukt preklinisk metode som brukes til å studere ulike sykdommer. Betydelig utvikling innen området for diagnostiseringnyrefunksjonog sykdom på grunnlag av lysemitterende midler og fluorescensavbildning har blitt gjort de siste ti årene. Målet med denne gjennomgangen er å beskrive: en,tradisjonelle midler og bestemmelsesmetoder for vurdering avnyre funksjon; to, bruken av organiske fluorescerende midler for ikke-invasiv sanntidsvurdering av nyrefunksjonen; tre, uorganiske nanomaterialer i kombinasjon med bildeteknologi for å identifisere ulike typer nefropatier og for å skille stadier av nyredysfunksjon. Hovedvekten legges på design og anvendelse av lysemitterende midler, inkludert organiske fluorescerende midler og uorganiske nanomaterialer som et middel for å overvåke nyrefunksjon og sykdom.

Cistanche er bra fornyrefunksjon

2. Tradisjonelle midler og bestemmelsesmetoder for vurdering av nyrefunksjon

Den funksjonelle tilstanden til nyrene kan vurderes ved å bruke glomerulær filtrasjonshastighet (GFR), renal blodstrøm og tubulær reabsorpsjon eller sekresjon av forskjellige stoffer.[7] Blant dem brukes GFR ofte til å evaluere generell nyrefunksjon og er akseptert som den beste indikatoren fornyrefunksjon.[8] GFR representerer plasmavolumet som fjernes av nefronene per tidsenhet under urindannelse. Den presenteres vanligvis i milliliter per minutt.[3] GFR kan imidlertid ikke måles direkte. Den vanligste metoden er basert på begrepet klarering.[4] Konsentrasjonen av endogent kreatinin i plasma brukes ofte til å bestemme GFR (Figur 1b), men det kan resultere i feilaktige estimater på grunn av alder, kjønn, muskelmasse og mange andre antropometriske variabler.[9] Bestemmelse av plasma-/urinclearance av eksogene nyreagenser som 99mTc–DTPA (dietylentriaminpentaeddiksyre, DTPA), inulin og iothalamat (figur 1c) er invasiv og tungvint på grunn av kravet om flerblods-/urinprøveanalyse og kjedelige prøvetakingstrinn. ved høyytelses væskekromatografi (HPLC).[8] Dessuten har mange studier avslørt at kreatinin og iothalamate skilles ut av proksimale tubuliceller, mens cystatin C og99mTc–DTPA reabsorberes av de tubulære epitelcellene, noe som fører til en skjevhet i GFR.[5] Urinclearance er den tradisjonelle metoden for å bestemme GFR. Tidsbestemt urininnsamling er imidlertid tidkrevende, tungvint og utsatt for feil. En lang periode med urinoppsamling over 24 timer for å bestemme kreatininclearance anbefales ikke lenger rutinemessig som et middel for å vurderenyrefunksjon.[5] Alternativt brukes plasmaclearance for å bestemme GFR for å unngå ulemper og for å forhindre feil fra tidsbestemte urinsamlinger. Ikke desto mindre er hovedbegrensningen for plasmaclearance behovet for gjentatt og invasiv blodprøvetaking.[4] Dermed er nye GFR-midler og bestemmelsesmetoder svært ønsket å forbedre bestemmelsen avnyrefunksjon.

Figur 1. a) Tre prosesser involvert i urindannelse, inkludert glomerulær filtrasjon, tubulær reabsorpsjon og tubulær sekresjon. b) Strukturer av endogene nyrefunksjonsmarkører. c) Strukturer av eksogene nyrefunksjonsmarkører.[8] Gjengitt med tillatelse fra Ref. [8]. Copyright (2016) American Chemical Society.

3. Organiske fluorescerende midler for ikke-invasiv vurdering av nyrefunksjon

Ikke-invasiv vurdering av GFR i sanntid er viktig ikke bare for å overvåke syke pasienter ved sengekanten på klinikker, men også for å diagnostisere og iscenesette pasienter med kronisk nyresykdom.[10] Ikke-invasiv in vivo-avbildning inkludert enkeltfoton-emisjonscomputertomografi (SPECT), magnetisk resonansavbildning (MRI) og computertomografi (CT) er mye brukt for å vurderenyrefunksjonved sanntidsovervåking av nyreclearance-kinetikken til renal-clearable agenter. [11–13] Imidlertid kan disse teknikkene resultere i feilaktige estimater, fordi tradisjonelle GFR-midler brukes og deres reabsorpsjon eller sekresjon i proksimale tubuli mistenkes. Hva verre er, diagnosen av nyresykdommer har ikke blitt vesentlig forbedret med bruken av disse teknikkene, på grunn av deres høye kostnader, lave tilgjengelighet og den potensielle risikoen for eksponering for stråling.[12] Dermed er nye ikke-invasive teknikker sterkt nødvendige for vurdering avnyrefunksjon. For dette formål har utviklingen av fluorescerende midler og deteksjonsmetoder gitt nye strategier. Imidlertid har bare et begrenset antall fluorescerende midler så langt blitt utviklet for å vurderenyrefunksjon(Tabell 1).

3.1. Pyrazinbaserte fluorescerende midler for vurdering av nyrefunksjon

Betydelig innsats har blitt gjort av Dorshow et al., som har fokusert på utviklingen av eksogene GFR-midler for sanntidsvurdering av nyrefunksjon ved bruk av ikke-radioaktive metoder. [10,14] To generelle tilnærminger for utforming av fluorescerende nyremidler. har blitt vurdert. Den første tilnærmingen innebærer å forsterke fluorescensen til kjente eller eksisterende nyremidler som i seg selv er dårlige emittere som lantanid-metallkomplekser; for eksempel har en serie Eu3 pluss og In3 pluss komplekser av DTPA-monoamidligander som bærer molekylære "antenner" for å forbedre metallfluorescens gjennom anintramolekylær ligand-metallfluorescensresonansenergioverføringsprosess blitt utarbeidet og evaluert ved fluorescensforbedring og biodistribusjon. Forbindelsene 18a og 18b (figur 2a) viser den høyeste fluorescerende forbedringen i disse DTPA-type metallkomplekser. Nyreclearance-egenskapene kan vurderes ved å bruke de tilsvarende radioaktive 111In-kompleksene. For å vurdere om disse kompleksene blir reabsorbert eller utskilt av organiske aniontransporter (OAT) proteiner i nyretubuli, administreres probenecid, en hemmer av OAT-proteiner, (30 minutter før) for å blokkere både den tubulære reabsorpsjons- og sekresjonsveiene. Imidlertid tyder resultatene på at disse kompleksene ikke bare skilles ut ved glomerulær filtrasjon, men også gjennom sekresjon i de proksimale tubuli.[10].

Den andre tilnærmingen er basert på å transformere fluorescerende lipofile fargestoffer til hydrofile og anioniske stoffer for å tvinge dem til å bli eliminert av nyrene. Således er pyrazin-dikarboksylsyre-ryggraden (figur 2 a, forbindelse 1 a) lipofil og uløselig i vann, og den kan brukes som en fluorofor og kan modifiseres i 2,5-posisjonene med elektrontrekkende grupper og ved de 3,6-posisjonene med elektrondonerende grupper for å forbedre bølgelengdeegenskapene.[14] Ved dette konseptet har forskjellige nøytrale og anioniske substituenter blitt designet og syntetisert ved å kondensere pyrazinstillaset med aminoetanol, aminopropandiol og aminosyrederivater. Disse pyrazinderivatene kan deles inn i to generelle kategorier: en, pyrazinderivater som bærer primæraminogrupper med bølgelengden i det blå området av spekteret (Figur 2 b, forbindelsene 2 a–e); to, N-alkylerte pyraziner som bærer elektrondonerende grupper med bølgelengden i det grønne området av spekteret (figur 2b, forbindelser 2 f–j). In vitro og in vivo studier viser at pyrazinmarkører 2 d, 2 h og 2j har lav plasmaproteinbinding (PPB)<7%), plasma="" clearance="" half-lives="" ranging="" from="" 20="" to="" 30="" min,="" high="" urine="" recovery,="" and="" are="" excreted="" by="" the="" kidneys.="" more="" importantly,="" renal="" tubular="" secretion="" is="" not="" a="" significant="" elimination="" pathway="" for="" these="" three="" compounds,="" which="" is="" testified="" by="" treating="" with="" probenecid="" to="" block="" the="" oat="" pathway.="">

Figur 2. a) Strukturer og optiske bølgelengder av DTPA-monoamidkomplekser og pyrazin-dikarboksylsyre samt potensielle derivater.[10] b) Strukturer og optiske bølgelengder til pyrazinbaserte fluorescerende midler.[14] c) Strukturer og optiske bølgelengder av PEG-pyrazin-konjugater.[15]

Omfattende studier for å utvikle en ny klasse av pyrazinderivater basert på poly(etylenglykol) (PEG)-delen har også blitt utført. [15] PEG er en hydrofil, ikke-toksisk, biokompatibel polymer som består av repeterende etylenoksidenheter. Det ble godkjent av Food and Drug Administration (FDA) i 1990 for parenteral eller topisk administrering som en del av ulike kosmetikk-, mat- og legemiddelleveringssystemer.[16] Spesielt elimineres PEG gjennom nyrene uten akkumulering i kroppen, mens clearance rate er avhengig av molekylvekten. Det er rapportert at PEGylering kan påvirke utskillelsesveien og utskillelseshastigheten betydelig. For eksempel øker clearance-halveringstiden fra 18 minutter til 1 dag hvis molekylvekten til PEG øker fra 6 til 190 kDa, og PEG-kjeder med molekylvekt mindre enn 6 kDa har vist seg å bli filtrert av glomerulus og ikke reabsorbert av nyreproksimale tubuli.[16] Disse betraktningene har ført til undersøkelsen av en serie PEGylerte pyrazinkonjugater. For en systematisk studie av effekten av lengden av PEG, har PEG-kjeder med forskjellige entlengder blitt konjugert til pyrazin-ryggraden, mens den totale molekylvekten til PEG for modifikasjon er begrenset til mindre enn 5 kDa for fri filtrering. Disse konjugatene kan også deles inn i to kategorier: en, pyrazinderivater som bærer primære aminogrupper med bølgelengden i det blå området av spekteret; to, N-alkylerte pyraziner med bølgelengden i det grønne området av spekteret. Tilsvarende har både in vitro og in vivo analyser, inkludert fluorescensegenskaper, PPB, uringjenvinning av den injiserte dosen, probenecidblokkeringsstudier og plasmaclearance kinetikk blitt utført. PEGylerte pyrazinforbindelser 4 d og 5 c har svært lave PPB-verdier (henholdsvis 5 og 3 prosent), høye uringjenopprettingsverdier (henholdsvis 96 og 97 prosent) og korte plasmaclearance-halveringstider (henholdsvis 25 og 19 minutter) helsemessig. rotter. Disse to forbindelsene viser egenskaper som er overlegne de til iothalamat, som er en akseptert standard for måling av GFR. [15] I prekliniske studier er det utført en serie in vitro og in vivo sikkerhets/toksisitetsstudier med fluorescerende middel 2d (Figur 2b), inkludert blodkompatibilitet, mutasjonsanalyse, kromosomavviksanalyse og flere enkeltdose toksisitetsstudier på rotter og hunder for å bestemme generell toksisitet og toksikokinetikk.[17] Ved administrering av høye doser på opptil 200–300 ganger den estimerte menneskelige dosen, overlevde alle dyrene til planlagt ofring. Ingen effekter er funnet på kroppsvekt, matforbruk og oftalmiske observasjoner, og ingen unormal anatomisk patologi er observert ved verken makroskopisk eller mikroskopisk evaluering av noe organ eller vev. Resultatene av disse innledende toksikologiske studiene tyder på at sikkerhets-/toksisitetsprofilene til forbindelse 2 bør være tilstrekkelige til å starte en første-i-menneske klinisk studie. Ytterligere ikke-klinisk testing angående biodistribusjon og utviklingstoksisitet bør imidlertid fullføres før man starter den første inn-inn. -menneskestudier.[17]

Cistanche kan forbedre segnyrefunksjon

Faktisk, for å forenkle bestemmelsesmetoden for blodprøvetaking, Dorshow et al. har utviklet et optisk overvåkingsapparat for ikke-invasiv optisknyrefunksjonstudier.[18] Prinsippet er kort fortalt at den ene øreflippen limes flatt til en glassplate plassert omtrent 2 mm under en fiberoptisk bunt som registrerer fluorescenssignalet fra et testfluorescerende middel som passerer gjennom øret. En l=445 nm solid-statelaser-kilde ledes gjennom en chopper og inn i det ene benet av en silika-forgrenet fiberoptisk bunt. Etter en kort tidsperiode med registrering av baseline, injiseres et fluorescerende middel intravenøst ​​i rotten, og fluorescenssignalet som tilsvarer plasma- og vevsfordeling og påfølgende renalclearance av det fluorescerende middelet bestemmes ved øret. Selv om nyreclearance av et fluorescerende middel kan påvises med denne ikke-invasive optiske metoden, er anestesi nødvendig under hele målingen og kan forårsake en reduksjon i GFR. [18]

3.2. FITC–Inulin/Sinistrin for ikke-invasiv vurdering avnyreFunksjon

Inulin, en inert, uladet polymer av fruktose med en molekylvekt på omtrent 5000 Da oppfyller alle kriteriene for et eksogent middel og regnes som gullstandard GFR-middel. GFR kan bestemmes ved å injisere inulin intravenøst. Gitt at inulin verken reabsorberes eller skilles ut av nyretubuli etter glomerulær filtrasjon, er utskillelseshastigheten direkte proporsjonal med filtreringshastigheten av vann og oppløste stoffer over glomerulærfilteret.[4] Inulin har blitt merket i sin fluorescein-isotiocyanat-konjugerte variant (FITC-inulin, figur 3a). [19] Dens eliminasjonskinetikk oppnås vanligvis ved å måle fluorescensverdiene i plasma over en spesifikk tidsperiode etter bolusinjeksjon. [20] Selv om det vanligvis oppnås svært reproduserbare resultater fra denne analysen og urinprøvetaking ikke er nødvendig, er gjentatt blodprøvetaking stressende for dyrene. Videre må FITC-inulinløsningen varmes opp for å øke løseligheten og dialyseres for å fjerne gjenværende ubundet FITC, noe som gjør prosedyren tungvint.[20]

For å overvinne den dårlige vannløseligheten til FITC-inulin, ble FITC-sinistrin utviklet ved en ett-trinns kjemisk merkingsreaksjon (Figur 3 a). [21] Sinistrin, en inulinanalog, ble introdusert i 1963 som et alternativ til insulin for å bestemme nyrefunksjonen på grunn av dens bedre vannløselighet.[22] Den bedre vannløseligheten til sinistrin tilskrives dens forgrenede kjemiske struktur i stedet for den lineære strukturen til inulin. På den annen side har vi utviklet en ikke-invasiv transkutan teknikk for å bestemme eliminasjonskinetikken til det fluorescerende FITC-sinistrin-midlet på grunnlag av en miniatyrisert elektronisk enhet festet til huden.[23] Den smarte transkutane enheten består av lysemitterende dioder som eksiterer et fluorescerende middel og en fotodiode som oppdager emisjonssignalet til det injiserte fluorescerende midlet.[23–25] Arbeidsflyten for den transkutane vurderingen avnyrefunksjoninneholder tre hovedtrinn:

1) En oppløsning av fluorescerende middel injiseres i et dyr intravenøst, og midlet diffunderes fra det vaskulære rommet inn i interstitium, hvor det skilles ut av nyrene.

2) Enheten festes til huden til et dyr før det fluorescerende middelet injiseres slik at en baseline kan registreres i en kort tidsperiode. Enheten gjør det mulig for det fluorescerende midlet å bli eksitert gjentatte ganger i det interstitielle rommet ved å blinke hvert sekund med riktig bølgelengde. Etter hvert blink blir fluorescensemisjonen av det fluorescerende middelet oppdaget og konvertert til et digitalt signal. Disse digitale dataene er lagret i et internt minne i enheten.

3) Utskillelseshalveringstiden til det fluorescerende middelet kan beregnes etter overføring og prosessering av dataene.[25]

I likhet med plasmaclearance-kinetikken, blir de innsamlede dataene evaluert for å ekstrapolere utskillelseskinetikken til det fluorescerende middelet.

Omfattende studier vedrnyrefunksjonved hjelp av FITC-sinistrin har blitt utført i prekliniske dyremodeller, inkludert ulike stammer av bevisste mus (Balb/c, C57BL/6, SV129 og C57BL/6), [26] Dahl salt-sensitive hypertensive rotter, [27] og store arter som hunder og katter.[28] Denne transkutane tilnærmingen har blitt validert i forskjellige dyrearter og gir et mer presist estimat av GFR på grunn av tallrike datapunkter fra de transkutane målingene i stedet for et begrenset antall datapunkter fra blod- og urinprøvetaking. I tillegg, fordi målinger tas transkutant, er denne metoden uavhengig av antropometriske parametere. Den miniatyriserte transkutane enheten gjør det mulig å utføre GFR-målinger i bevisste dyr uten anestesi, og dermed er det mulig å unngå en anestesi-relatert reduksjon i GFR.[4] Likevel lider både inulin og sinistrin av sine iboende begrensninger, som høye kostnader, begrenset tilgjengelighet og sofistikert utvinning og rensing fra planterøtter. Derfor er det en uoppfylt og langvarig utfordring å utvikle nye fluorescerende GFR-midler for ikke-invasiv sanntidsvurdering avnyrefunksjon.

Cistanche for forbedringnyrefunksjon

3.3. Fluorescerende merkede cyklodekstrinderivater for ikke-invasiv vurdering av nyrefunksjon

Et ideelt eksogent fluorescerende middel for transkutan vurdering avnyrefunksjonbør oppfylle visse krav: en, absorpsjons- og emisjonsbølgelengder i det synlige området, og mer foretrukket i det nær-infrarøde området; to, høy hydrofilisitet og svært lav eller ingen PPB;[29] tre, nøytrale eller svakt ladede egenskaper; fire, ingen toksisitet og ingen metabolisme in vivo; fem, ingen reabsorpsjon og ingen sekresjon i tubuli og fullstendig filtrering av glomerulus inn i urin;[30] seks, lett å produsere med lave kostnader.

Grunnen til å opprettholde lav PPB er at binding til proteiner generelt påvirker den resulterende farmakokinetikken, farmakodynamikken og biodistribusjonen in vivo. Dessuten kan tubulær reabsorpsjon og sekresjon være enten aktiv eller passiv, avhengig av det spesielle stoffet og transportsystemet i de tubulære cellene, for eksempel organiske aniontransporter (OAT) proteiner og organiske kationtransporter (OCT) proteiner. Dermed er svake, ladede egenskaper ønskelige for å forhindre interaksjoner med organiske transportproteiner. Det er nødvendig å ta hensyn til alle disse egenskapene for den rasjonelle utformingen av en GFR-agent. Med dette i bakhodet har vi utviklet 2-hydroksypropylcyklodekstrin (HPCD)-baserte fluorescerende midler for transkutan måling avnyrefunksjon.[8] Fluorescerende HPCD-baserte midler er fornuftig utformet ved å kombinere det grunnleggende prinsippet for virkelig klare legemidler og kunnskapen om cyklodekstrin (CD)-basert legemiddelleveringssystem. I dette designet øker for det første introduksjonen av HPCDer (inkludert HPaCD, HPbCD og HPgCD) hydrofilisiteten, reduserer PPB og akselererer elimineringen av fluorescerende midler. Den viktigste eliminasjonsveien for HPCDer er avhengig av administreringsveien. For både rotter og hunder, etter oral administrering, utskilles HPbCD hovedsakelig i feces, mens det skilles ut av nyrene etter intravenøs administrering. HPbCD tolereres godt i dyrestudier (f.eks. rotter, mus, hunder og kaniner) for både korttids- og langtidsstudier. For mennesker skjer utskillelsen hovedsakelig via nyrene. CD-er tolereres godt hos mennesker og har ingen bivirkninger på nyrene eller andre organer etter enten oral eller intravenøs administrering. [31] Fordelene ved deres ikke-toksisitet resulterte i FDA-godkjenning for mer enn ti år siden.[32] Grunnen for bruken av HPCD-er i stedet for CD-er er at HPCD-er ikke bare har bedre vannløselighet enn deres opprinnelige CD-er, men de er også mer stabile overfor hydrolyse av a-amylaser av enten svine- eller menneskelig opprinnelse. [33] I tillegg gjør deres smale molekylvektsfordeling, lave kostnader og tilstrekkelig tilgjengelighet dem ideelle ryggrader for GFR-midler. [34] For det andre brukes fluoroforer som tilhører xanthenfamilien for å merke HPCD-ene (figur 3b). Foruten FITC og fluorescein, har panelet av xantenfluoroforer blitt utvidet til å inkludere fluoroforer basert på dekarboksylert FITC, referert til som XITC, for den systematiske studien av de forskjellige konjugasjonsbindingene og -stedene mellom fluoroforen og HPCD-ene. På grunnlag av betydelig empirisk kunnskap om at anioniske og nøytrale stoffer fortrinnsvis fjernes gjennom nyresystemet, [14] har ikke rhodaminbaserte fargestoffer blitt valgt som fluoroforer for å merke HPCD-ene på grunn av den positive ladningen til nitrogenatomene i anilindelen eller dietylanilingruppen. De tre resulterende kategoriene av midler viser forskjellige kovalente konjugasjonsbindinger og netto molekylære ladninger og er mistenkt for å vise forskjellig farmakokinetikk og farmakodynamikk. Alle FITC-HPCD-ene viser veldig lavPPB (<8%), which="" is="" comparable="" to="" or="" even="" lower="" than="" that="" exhibited="" by="" some="" previous="" gfr="" agents,="" for="" example,="" 51cr–="" edta="" (12.2%,="" edta="ethylenediaminetetraacetic" acid)="" and="" 99mtc–dtpa="" (11%).="" the="" extremely="" low="" ppb="" of="" the="" hpcd-based="" agents="" is="" attributed="" to="" conjugation="" of="" the="" hydrophilic="" hpcds="" on="" the="" hydrophobic="" fluorophores,="" which="" increases="" their="" hydrophilicity="" and="" reduces="" nonspecific="" interactions="" with="" serum="" proteins.="" these="" agents="" have="" no="" significant="" cytotoxic="" effect="" in="" representative="" human="" renal="" cell="" lines="" by="" using="" the="" 3-(4,5-dimethyl2-thiazolyl)-2,5-diphenyltetrazolium="" bromide="" (mtt)="" assay.="" by="" using="" the="" above="" transcutaneous="" technique,="" the="" plasma="" clearance="" curves="" and="" kinetic="" parameters="" of="" all="" the="" agents="" can="" be="" obtained.="" the="" clearance="" half-lives="" of="" the="" hpcd-based="" agents="" either="" in="" the="" absence="" or="" in="" the="" presence="" of="" probenecid="" follow="" the="" order="" hpacd-based="" agents="" >="" hpbcd-based="" agents="">HPgCD-baserte midler, noe som tyder på at eliminasjonshastigheten øker med økende størrelse på HPCD. Clearancehalveringstidene til de testede midlene varierer også med fluoroforescaffoldet som brukes, for eksempel XITC–HPbCD > FITC–HPbCD > fluorescein–HPbCD. I FITC–HPCD-serien har FITC–HPaCD og FITC–HPgCD begge svak tubulær reabsorpsjon fordi kortere clearance-halveringstider observeres i nærvær av probenecid. Fluorescein-HPCD-er viser en clearance-halveringstid som er betydelig høyere med probenecid-behandling enn uten probenecid-behandling, noe som indikerer at de skilles ut i nyretubuli. Derimot viser FITC–HPbCD og XITC–HPbCD ingen tubulær reabsorpsjon eller sekresjon og fjernes ved glomerulær filtrasjon alene. En obligatorisk forutsetning for et ideelt nyrefunksjonsmiddel er at det kan oppnå fullstendig urinrestitusjon av de injiserte dosene (ID-er) og at det ikke har noen metabolisme in vivo. Fire midler, inkludert FITC–HPaCD, FITC–HPbCD, FITC–HPgCD og XITC–HPbCD, har høy urinrestitusjon på nesten 100 prosent av ID-ene og gjennomgår ikke metabolisme in vivo. Imidlertid gjenfinnes bare 40 til 60 prosent av ID-ene til fluorescein-HPCD i urin. Disse resultatene antyder at fluorescein-HPCD-er ikke skilles fullstendig ut gjennom nyrene, men også via andre veier, inkludert metabolisme av enzymer in vivo. I sum regnes FITC – HPbCD som et lovende nytt eksogent fluorescerende GFR-middel. Merk at for tidlig død og uønskede kliniske tegn, som bestemt ved å måle kroppsvekten og matforbruket til rotter, ikke observeres under hele settet med eksperimenter.

En av de største hindringene som oppstår med en ikke-invasiv transkutan vurdering i sanntid avnyre funksjonin vivoupon bruk av de nevnte fluorescerende GFR-midlene er sterk iboende autofluorescens fra levende vev på grunn av deres korte emisjonsbølgelengde i de blå og grønne områdene av spekteret (l<600 nm),="" which="" significantly="" compromises="" the="" accuracy="" of="" the="" measurements="" under="" physiological="" conditions.="" however,="" the="" absorption="" coefficient="" of="" tissue="" in="" the="" near-infrared="" (nir)="" region="" (l="650–900" nm)="" is="" greatly="" suppressed="" to="" a="" minimum="" level,="" which="" thus="" drastically="" reduces="" the="" disturbances="" and="" noise="" from="" autofluorescence="" and="" increases="" tissue="" penetration.="" [35]="" therefore,="" it="" is="" highly="" desirable="" to="" develop="" gfr="" agents="" in="" the="" nir="" optical="" window="" for="" transcutaneous="" assessment="" of="">nyrefunksjon. Nylig har flere studier avslørt at konvensjonelle organiske fluoroforer vedvarende kan akkumuleres i lipidmembranene i huden etter intravenøs injeksjon på grunn av deres høye lipofilisitet. [36] De store hydrofobe p-konjugerte systemene av organiske NIR-farger fører generelt til sterk binding mellom fargestoffer og proteiner i serum; for eksempel viser indocyaningrønt (ICG, figur 4a) ekstremt høyt PPB (99 prosent), leveropptak og utskillelse. En slik høy PPB hemmer nyreutskillelsen. Mange forsøk har blitt gjort for å overvinne disse hindringene, og forbedret hydrofilisitet og redusert PPB for noen heptamethine cyanine fargestoffer kan oppnås ved å øke antallet sulfonatgrupper på cyanin fargestoffene. [37] For eksempel er PPB for det kommersielle anioniske fargestoffet IRDye800CW (Figur 4a) så høyt som 41 prosent. Selv om nyreclearance av IRDye800CW kan bestemmes ved multispektral optoakustisk tomografi (MSOT), [38] har plasmaclearance-kurvene ingen forfall ved 90 minutter etter injeksjon ved bruk av transkutane målinger.[35] Disse studiene bekrefter videre at rask akkumulering og lang retensjon av konvensjonelle organiske fluoroforer i huden er et dilemma for ikke-invasiv transkutan måling av nyrefunksjon.

Nylig har Choi et al. rapporterte banebrytende arbeid med zwitterioniske heptamethine cyanine fargestoffer. [39] Zwitterioniske fargestoffer med en nøytral total ladning viser redusert lipofilisitet og PPB på grunn av ladningsskjerming. Alle zwitterioniske analoger skilles ut fra kroppen til urinen ved nyreclearance med nesten ingen signifikant uspesifikk opptak i andre organer eller vev. [40] Selv om disse zwitterioniske analogene har redusert PPB og kan fjernes fullstendig av nyrene, er PPB deres fortsatt høyere enn for "gullstandard" nyrefunksjonsmidler som inulin og iothalamat (9,5 prosent )[35] og forårsaker en relativt lang halveringstid. Inspirert av dette arbeidet har vi rapportert de første NIR GFR-midlene med forbedret hydrofilisitet og mye lavere PPB (<7%) through="" introducing="" zwitterionic="" charges="" and="" hpbcd="" on="" heptamethine="" cyanine="" dyes.="" to="" study="" the="" influence="" of="" different="" molecular="" surfaces="" charges="" on="" their="" ppb="" and="" excretion="" systematically,="" nir="" fluorescent="" agents="" with="" three="" different="" molecular="" surface="" charge="" characteristics="" (i.e.="" zwitterionic,="" anionic,="" and="" cationic;="" figure="" 4="" b)="" have="" been="" designed,="" and="" they="" comprise="" two="" key="" functional="" components:="" hpbcd="" and="" nir="" fluorophores.="" covalent="" conjugation="" between="" hpbcd="" and="" the="" nir="" fluorophores="" is="" achieved="" by="" either="" ester="" bond="" or="" click="" chemistry.="" their="" spectra="" effectively="" match="" the="" configuration="" of="" the="" transcutaneous="" device,="" which="" consists="" of="" two="" light-emitting="" diodes="" with="" an="" excitation="" wavelength="" at="" 700="" nm="" and="" a="" photodiode="" for="" emission="" wavelength="" detection="" at="" 790="" nm.="" in="" in="" vitro="" studies,="" the="" zwitterionic="" agents="" abzwcy–hpbcd="" and="" aazwcy–hpbcd="" have="" much="" lower="" ppb="" (3.7="" and="" 6.5%,="" respectively)="" than="" the="" anionic="" agents="" (i.e.="" abancy–hpbcd="" and="" aaancy–hpbcd,="" 19.7="" and="" 26.8%,="" respectively)="" and="" the="" cationic="" agents="" (i.e.="" abcacy–hpbcd="" and="" aacacy–hpbcd,="" 23.5="" and="" 27.4%,="" respectively),="" and="" even="" lower="" than="" some="" "gold-standard"="" agents.="" in="" vivo,="" urinary="" recovery="" and="" fluorescent="" distribution="" investigations="" by="" small-animal="" imaging="" experiments="" demonstrate="" that="" both="" abzwcy–hpbcd="" and="" aazwcy–hpbcd="" can="" be="" completely="" and="" rapidly="" excreted="" through="" the="" kidneys.="" examination="" of="" urine="" samples="" by="" hplc="" and="" matrix-assisted="" laser="" desorption/ionization="" (maldi)="" proves="" that="" these="" two="" zwitterionic="" hpbcd-based="" agents="" have="" no="" metabolism="" in="" vivo.="" these="" two="" zwitterionic="" hpbcd-based="" agents="" can="" be="" excreted="" efficiently="" through="" the="" kidneys="" into="" the="" urine="" without="" reabsorption="" and="" secretion="" in="" the="" tubules="" (figure="" 5),="" as="" evidenced="" by="" studies="" on="" the="" blocking="" of="" both="" the="" oat="" and="" oct="" proteins="" in="" kidney="" tubules="" by="" treating="" with="" probenecid="" and="" cimetidine,="" respectively.="" studies="" in="" transgenic="" nephropathy="" rat="" models="" also="" show="" that="" zwitterionic="" hpbcd-based="" agents="" are="" promising="" agents="" for="" the="" evaluation="" of="">nyrefunksjon. Ved å stole på disse nye zwitterioniske NIR-midlene og en transkutan enhet, er en rask, robust og biokompatibel tilnærming validert for vurderingnyrefunksjoni rottemodeller som er både friske og med nyresykdom uten behov for tidkrevende klargjøring av blod/urinprøver.

Figur 5. Plasma-clearance-kurver for ABZWCY–HPbCD: a) i fravær og b) i nærvær av probenecidbehandling ved transkutane målinger hos friske rotter. Plasmaclearance-kurver for AAZWCY–HPbCD: c) i fravær av noen behandling, d) i nærvær av probenecid, og e) i nærvær av cimetidin ved transkutane målinger hos friske rotter. f) Clearance-halveringstider for ABZWCY–HPbCD og AAZWCY–HPbCD i fravær og nærvær av probenecid- eller cimetidinbehandling. [35] Gjengitt med tillatelse fra Ref. [35]. Copyright (2017) Royal Society of Chemistry

Sistancher for forbedringnyrefunksjon

Klikk her for å få del II av denne artikkelen

Fra: ' Lysemitterende midler for ikke-invasiv vurdering avNyreFunksjon' avJiaguo Huang, et al

--ChemistryOpen 2017, 6, 456 – 471 www.chemistryopen.org 464 T 2017 The Authors. Utgitt av Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinh