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Facendo uso di rappresentazione fotoacustica per prevedere sfregio in reni erogatori prima di trapianto

Quando i trapianti del rene in primo luogo hanno entrato in pratica negli anni 50, i pazienti con la malattia renale cronica (CKD) potrebbero definitivo rappresentare la libertà dalla routine inesorabile dei trattamenti di dialisi dipulizia. Appena sopra un mezzo secolo più successivamente, la domanda completamente ha oltrepassato l'offerta. Criticamente il malati languiscono per anni sulle liste di attesa, mentre medici hanno poca scelta ma accettare le donazioni dei reni nocivi in un tentativo disperato di salvare le vite.

I risultati del trapianto sono così duri da predire che il Dott. Darren Yuen del nefrologo, dell'ospedale di St Michael a Toronto, la confronta “che fila una ruota di roulette„. Ma i risultati recentemente pubblicati nella comprensione di JCI stanno stendendo il fondamento potenzialmente per rivoluzionare questo dinamico - e per autorizzare i medici finalmente per risistemare il sistema monetario aureo nel protocollo di trapianto.

La ricerca è un'integrazione delle comprensioni cliniche di Yuen sulla malattia renale con la competenza medica di fisica del candidato Eno Hysi del Dott. Michael Kolios e del Ph.D. dell'università di Ryerson ed i loro rispettivi gruppi. Sia Yuen che Kolios hanno laboratori all'istituto per assistenza tecnica biomedica, scienza e la tecnologia (iBEST), una collaborazione unica fra l'ospedale ed università, riunente gli esperti dai diversi e campi tradizionalmente siloed della ricerca.

Il nuovo metodo del gruppo è un mondo-primo nell'applicazione della rappresentazione (PA) fotoacustica per prevedere lo sfregio in reni, anche conosciuti come fibrosi, un modulo comune di danno in reni erogatori. I loro risultati hanno prodotto le chiare immagini del rene che sfregiano poche ore prima della chirurgia. Durante questo ventaglio di opportunità, una valutazione accurata potrebbe significare la differenza fra l'impianto dell'organo con la durevolezza di decenni - o una che viene a mancare rapidamente, inviando una destra paziente di nuovo alla dialisi e al waitlist lungo anni.

Selezione accurata e non invadente del rene

La biopsia del ago di stampa - una procedura dolorosa carica di rischio di spurgo - è corrente il solo metodo per valutare la quantità di rene che sfregia nei donatori futuri. Ma la sua affidabilità è ostacolata dai preventivi potenzialmente inesatti basati su una dimensione del campione del tessuto di soltanto 1% del rene.

La ricerca corrente cattura un itinerario più rapido, non invadente e più completo quantificare il danno del rene, facendo uso della rappresentazione di PA invece. La tecnologia del romanzo combina il laser e l'ultrasuono - una sequenza che Hysi paragona a lampo ed a tuono. “Splendiamo l'indicatore luminoso sul tessuto del rene, che crea un'onda di pressione che può essere sentita facendo uso di una sonda di ultrasuono.„

I dati sani poi sono passati un algoritmo privato basato su una tecnica chiamata unmixing spettrale.

Ogni genere di tessuto dell'organismo assorbe la luce laser colorata nel suo proprio modo unico. Il collageno - una delle componenti principali in rene che sfregia - assorbe il colore in un modo che è distinto da altre componenti nel rene. Unmixing spettrale prende in giro fuori le differenze. Le mappe generate dalla tecnologia mostrano la quantità e la distribuzione di collageno, di sangue o di altro tessuto - così concedendo i medici “vedono„ la qualità dei reni donati.

“Non era a tutto l'ovvio che avrebbe funzionato„

Quando Hysi in primo luogo proposto facendo uso del unmixing spettrale da smerigliatrice dentro sul collageno, niente nella conoscenza medica priore di fisica ha suggerito che l'applicazione sia anche possibile.

Tipicamente, affinchè la tecnica lavoriate, dovete vedere i grandi picchi e valli in come le componenti assorbono l'indicatore luminoso. Ma il collageno è piano, in modo da non era a tutto l'ovvio che avrebbe funzionato.„

Dott. Michael Kolios, Ryerson University

Hysi ha persistito con un approccio controintuitivo. Con tante altre sostanze biologiche che esibiscono i picchi e le valli una volta che unmixing spettrale è applicato, il collageno potrebbe stare fuori cospicuamente in virtù della sua propria planarità.

Il problema è diventato così intrigante che Hysi ha deciso di esplorare questa possibilità in parallelo con la sua propria ricerca di laurea sul video del cancro. Due anni più successivamente, i risultati hanno convalidato la sua ipotesi e gli algoritmi privati ora stanno brevettandi.

In meno di due minuti, la nuova tecnica può generare una 2D immagine con abbastanza dettaglio per quantificare lo sfregio totale in un rene. In 15 minuti, la rappresentazione 3D permette la visualizzazione non solo di sfregio globale, ma anche la sua distribuzione varia in tutto il rene.

Potenziale per impatto significativo e diffuso

Poichè la ricerca entra nei test clinici all'ospedale di St Michael, Hysi e Yuen valuteranno quanto le loro previsioni su qualità del rene rispecchiano molto attentamente i risultati reali in pazienti. Se riuscito, il loro metodo di segnatura ha potuto avere un impatto significativo su pratica di trapianto e trasformarsi nel nuovo sistema monetario aureo nella valutazione del rene.

I sistemi sanitari hanno potuto salvare i $100.000 enormi in diretto, annuale, costi del per-paziente per gestire i pazienti sottoposti a dialisi. Ma il più grande impatto è nel dare ad ogni paziente il rene migliore, nella conservazione loro fuori da dialisi e nel dare loro un nuovo, leasing durevole su vita.

Yuen riassume il vortice biennale della ricerca: “Non ho veduto mai prima qualcosa di simile. Clinici e ricercatori che lavorano insieme e scoprenti tali grandi risultati così nello short un del tempo è solo stupefacente.„

Source:
Journal reference:

Hysi, E., et al. (2020) Photoacoustic imaging of kidney fibrosis for assessing pre-transplant organ quality. JCI Insight. doi.org/10.1172/jci.insight.136995.