Quantifizierung des dreidimensionalen glomerulären Kapillarsystems von Schweinen mittels der Mikro und Nano Computertomographie

Abstract

Hintergrund: Die vorliegende Arbeit präsentiert die dreidimensionale Darstellung und Quantifizierung des renalen Gefäßsystems von Schlachthausschweinen und domestizierten Minipigs mittels der Mikro- und Nano CT. Material und Methoden: Um den renalen porcinen Gefäßbaum dreidimensional darzustellen und zu quantifizieren, werden zwei Studienkollektive aus fünf Schlachthausschweinen (Studienpopulation: 1, Alter: 6 Monate; Gewicht: 120 kg) und sieben domestizierten Minipigs (Studienpopulation: 2, Alter: 25 Wochen, Gewicht: 45 55 kg) gebildet. Die Nieren werden entweder mit einer Mischung aus BaSO4 und Gelantine (SP 1) oder mit Microfil® (SP 2) perfundiert. Anschließend werden aus den Nieren Stanzen gewonnen, diese fixiert und mittels der Mikro- und Nano CT gescannt. Mit der Mikro CT und Nano CT werden der glomeruläre Durchmesser (mm), Fläche (mm2), Volumen (mm3) und die Gesamtanzahl der Glomeruli pro Fläche (n/mm2) bestimmt. Mit der Nano CT wird zusätzlich zu den genannten Parametern das intraglomeruläre Kapillarvolumen (mm3) quantifiziert. Die gewonnenen Daten werden mit der Histologie verglichen. Ergebnisse: In der Analyse der Daten des Studienkollektivs 1 stellt sich eine signifikante Zunahme der Messwerte ausgehend von der histomorphometrischen Untersuchung über die NCT zu der μCT Untersuchung (0,231 ±0,03 mm, 0,033 ±0,01 mm²; 0,252 ±0,028 mm, 0,041 ±0,01 mm², 0,0057 ±0,0025 mm3; 0,269 ±0,037 mm, 0,047 ±0,01mm², 0,0067 ±0,0025 mm3, p < 0,001). Die quantitative Analyse des glomerulären und kapillären Volumens (SK 1) und Fläche (SK 2) zeigt eine signifikante Korrelation der Parameter zueinander (r2 = 0,97, r2 = 0,19 ). Die Nano CT Untersuchungen der Studien-population 2 ergeben ebenfalls signifikant höhere Resultate als deren histologischen Korrelate (0,139 ±0,019 mm, 0,016 ±0,004 mm2, 0,12 ±0,02 mm, 0,011 ±0,003 mm2, p < 0,001). Schlussfolgerung Die Ergebnisse weisen auf einen potentiellen Nutzen der 3D Visualisierung und Quantifikation mittels der Mikro- und Nano - CT zur Evaluierung glomerulärer und vaskulärer Anteile der Niere und könnten somit für die Erforschung renaler und hypertensiver Erkrankungen von Nutzen sein.

Background: This study is designed to evaluate the feasibility for analysis of the kidney glomeruli capillary unit in adult and domestic pics using micro- and nano CT imaging. Methods: Kidneys were harvested from five healthy hybrid pics (study population 1, 6 months of age; weight 120 kg) at a local slaughterhouse and seven kidneys from healthy domestic minipigs (study population 2, 25 weeks of age, weight 45 55 kg). They were infused either with a mixture of BaSO4 and gelatine (SP 1) or Microfil® (SP 2). Kidney samples were punched out, harvested and scanned with micro CT and nano CT. Diameter (mm) and cross-sectional area (mm2) of glomeruli were measured using micro CT, nano CT and histology. The capillary vessel volume (mm³) within single glomeruli was quantitated using nano CT. Results were complemented by colocalized histology. Results: Within the study population 1 glomeruli diameter, crosssectional area and glomerulary volume increased significantly as measured by histology, nano CT and micro CT (0.231 ±0.03 mm, 0.033 ±0.01 mm²; 0.252 ±0.028 mm, 0.041 ±0.01 mm², 0.0057 ±0.0025 mm3; 0.269 ±0.037 mm, 0.047 ±0.01mm², 0.0067 ±0.0025 mm3, p < 0.001; respectively). Quantitative nano CT analysis demonstrated a strong linear relationship of the volume of glomeruli and the capillary volume (r² = 0.97). In study population 2 the analysis shows comparable results relating to study population1. Nano CT measurements demonstrate significant higher values as in histological analysis (0.139 ±0.019 mm, 0.016 ±0.004 mm2, 0.12 ±0.02 mm, 0.011 ±0.003 mm2, p < 0.001). The capillary surface area relates strongly to the glomerulary surface area (r2 = 0.19). Conclusion: These results demonstrate potential use of quantitative 3D micro- and nano CT imaging to obtain information about glomeruli dimensions´ and vascularisation, which could be useful in animal models of kidney alterations.