Derleme

Klinik Öncesi Çalışmalarda Kullanılan Nefroüroloji Modelleri ve Görüntüleme

10.4274/nts.galenos.2019.0013

  • Fikriye Gül Gümüşer
  • Elvan Sayıt

Nucl Med Semin 2019;5(1):102-106

Klinik öncesi nefroürolojik hayvan modelleri oluşturulma şekline göre cerrahi ve toksik olmak üzere iki türlüdür. Bu modellemeler aminoglikozitlerle oluşturulan böbrek toksisitesi, üreteropelvik bileşkede tıkanıklık, piyelonefrit ve vezikoüreteral reflüdür. Oluşturulan nefroürolojik modellemelerin görüntülenmesinde kullanılan nükleer tıp yöntemleri renal kortikal sintigrafi ve dinamik böbrek sintigrafisidir.

Anahtar Kelimeler: Nefroürolojik hayvan modellemeleri, Tc- 99m DMSA, Tc-99m MAG3, Tc-99m DTPA

Klinik Öncesi Çalışmalarda Kullanılan Nefroüroloji Modelleri ve Görüntüleme Yöntemleri

Moleküler görüntüleme tıp alanında önemli bir yere sahiptir. Moleküler ve hücresel seviyede noninvaziv olarak görüntü elde etmemizi sağlar. İmajlar iki ya da üç boyutlu, statik veya dinamik görüntüler şeklinde olabilir. Tek foton emisyon bilgisayarlı tomografi (SPECT), pozitron emisyon tomografi (PET), manyetik rezonans görüntüleme, bilgisayarlı tomografi (BT) ultrason, gibi tekniklerle de görüntüler elde edilmektedir (1).

Son zamanlarda SPECT ve PET/BT teknikleri preklinik çalışmalarda özellikle küçük deney hayvan modellerinde tercih edilen görüntüleme yöntemleridir. Normal fizyoloji, anatomi ve hastalık modellerinde kullanılmaktadır (1).

Böbrek hastalıklarının tanı ve takibinde nükleer tıp yöntemlerinin önemli yeri vardır. Nükleer tıp yöntemleri hem anatomik hem de fonksiyonel görüntülemeye olanak sağlar.

Nükleer tıpta böbreklerin değerlendirilmesinde kullanılan radyofarmasötikler başlıca iki grupta sınıflandırılabilir. Birinci grup radyofarmasötikler, böbreklerden hızla atılan ve böylece böbrek fonksiyonlarını ve idrar akışını değerlendirmeye olanak veren radyofarmasötiklerdir. Bu radyofarmasötiklerin başlıcaları Tc-99m dietilentriaminpentasetik asit (DTPA), Tc-99m merkaptoasetiltriglisin (MAG3), Tc-99m etilendisistein (EC), I-123 veya I-131 ortoiyodohippurattır (2,3,4).

İkinci grupta, böbrek parankiminde konsantre olarak böbrek parankiminin görüntülenmesine olanak veren radyofarmasötikler yer alır. Bu gruptaki radyofarmasötikler Tc-99m dimerkaptosüksinikasit (DMSA) ve Tc-99m glukoheptonat (GH)’dır. Tc-99m DMSA, renal kortikal sintigrafi için ideal bir radyofarmasötiktir. Enjeksiyonu takiben yaklaşık %90’ı plazma proteinlerine bağlanır. Büyük oranda böbrek parankiminde birikir. Enjeksiyondan 2 saat sonra verilen miktarın %40-65’i böbrekte proksimal tubüler hücrelere bağlanır. Tc-99m GH her iki gruba dahil edilebilir. Çünkü verilen dozun %65’i 6 saat içinde idrarla atılır. %10-15’i ise böbrek parankiminde tutulur (5).

Hayvan modelleri, oluşturulma şekline göre toksik modeller ve cerrahi modeller olmak üzere ikiye ayrılır. Cerrahi olarak üreteral tıkanıklık ve böbrek iskemi/reperfüzyon çalışmaları ile oluşturulurken, toksik modeller özellikle aminoglikozitlerle indüklenen nefrotoksisite modelleridir (5,6,7).


Toksik Modeller

şturulması sonrası etkili tedavinin geliştirilmesinde çok önemli rol almaktadır. Böbrek yetmezliğinin oluşturulmasında etiyoloji çok yönlü olduğundan, birçok hayvan modeli geliştirilmiştir.

Her hayvan modeli belirli bir metodoloji ile oluşturulduğundan, modeli ayrıntılı bir şekilde tanımlamak ve sonuçların belirli bir model bağlamında yorumlanması çok önemlidir (7). Gliserolün neden olduğu ABY, iskemi, miyoglobülinin neden olduğu tubüler nefrotoksite ve sitokinlerle ilişkilidir.

Böbrek yetmezliğini indüklemek için sıçanlarda uygulanan metod %50 gliserolün 8 mL/kg her iki arka bacağa, kas içine derin olarak uygulanması yöntemidir.

Tavşanlarda ise 10 mg/kg gliserolün kas içine enjeksiyonu şeklindedir. Bu model insanlarda travma sonrası çizgili kas hücrelerinin harabiyeti sonrası oluşan ABY modelini oluşturur (Crush sendromu) (7).

İskemi-reperfüzyon ile oluşturulan deneysel ABY’ye örnek olarak, köpeklerde sol renal arterin 1 saat boyunca kelepçelenmesi sonrası 3 saat içinde ABY geliştiği bildirilmiştir (8). Sıçanlarda ise her iki böbrek arter ve veninin 60 dakika boyunca kelepçelenmesi ile 24 saat içinde ABY oluşturulduğu gibi yine sol renal arterin 25-37 dakika kelepçelenmesiyle de oluşturulabilir (9). İnsanlarda hemodinamik değişikliklerin neden olduğu böbrek fonksiyonlarındaki değişiklikleri modellemek için yaygın olarak kullanılan hayvan modeli 45 dakikalık iskemi sonrası 24 saat reperfüzyondur (7).

Toksik modeller özellikle aminoglikozitlerle indüklenen nefrotoksisite modelleridir. Ayrıca kanser tedavisinde kullanılan sisplatin ile oluşturulduğu gibi non steroid anti enflamatuvar ilaçlarla ve kontrast ilaçlarla oluşturulan modellemeler vardır (7,10).

Fatemikia ve ark. yaptıkları çalışmada birinci grup sıçana Gentamisin 100 mg/kg/gün 1 mL içinde intraperitoneal olarak 7 gün boyunca uygulayarak, ikinci gruba ise tek taraflı üreteri bağlayarak nefrotoksisite oluşturmuşlardır (6).

Öktem ve ark. sıçanlara intraperitoneal Vankomisin 200 mg/kg günde iki kez şeklinde 7 gün süre ile uygulayarak nefrotoksisite oluşturmuşlardır. Vankomisin ile indüklenen nefrotoksisitenin mekanizması hala tam olarak bilinmemektedir (11).


Cerrahi Modeller


Deneysel Tek Taraflı Üreteropelvik Bileşke Kısmi veya Tam Obstrüksiyon Modeli

Üreteropelvik bileşke tıkanıklığı, idrarın pelvisden üretere geçişinin anatomik veya fonksiyonel sebeplerle engellenmesidir. Üreteropelvik tıkanıklık çocukluk çağı hidronefrozunun en sık sebebidir. Çocuklarda böbrek yetmezliğinin en sık sebepleri arasındadır (12,13).

ABY üre ve kreatinin birikmesi ile idrar çıkışının bozulması sonucu hızla böbrek fonksiyonlarının kötüleşmesidir (13). Obstrüksiyona bağlı olarak gelişecek böbreğin yapısal ve morfolojik değişiklikleri, obstrüksiyonun derecesine, süresine ve enfeksiyon olup olmamasına göre değişir. Obstrüksiyon ne kadar proksimalde olursa böbrekler üzerindeki basınç etkisi o kadar fazla olacaktır. Artmış basıncın etkisi ile önce kalikslerde dilatasyon gözlenir. Özellikle akut obstrüksiyonlarda erken dönemde hidronefroz veya dilatasyon görülmeyebilir. Daha sonra iskemik atrofi oluşur ve papillalar önce düzleşir, sonra konveksleşir. Obstrüksiyonun devamı halinde renal parankimal hasar oluşmaya başlar (13,14).

Üreteropelvik bileşke tıkanıklıklarında özellikle renal tübüler hasar meydana gelmektedir. Obstrüktif üropatinin tanısında ultrasonografi, sintigrafi, intravenöz piyelografi ve manyetik rezonans ürografi gibi değişik inceleme yöntemleri kullanılmaktadır (13,14,15,16,17).

Thornhill ve ark. yaptıkları çalışmada tek taraflı üreteral kısmi tıkanıklık modelini tanımlamışlardır. Bu çalışma ve benzeri çalışmalarda uygulanan modeli anlatacak olursak; çalışma için sıçanların beslenmeleri deneyden 24 saat önce kesilmeli ve sadece su içmelerine izin verilmelidir. Genel anestezi altında, supin pozisyonunda, betadinle cilt asepsisi sağlandıktan sonra sol paramedian insizyon yapılır. Cerrahi işlem uygulanan sıçanların herhangi birinin böbreğinde anormal bir kitle veya piyelonefrit bulgusu olup olmadığı kontrol edilmelidir. Eğer böyle bir durum varsa bu sıçanlar çalışma dışı bırakılmalıdır. Sol böbrek ve üreter bulunduktan sonra, sol üreter üreteropelvik bileşkeye yakın bir bölgede künt diseksiyonla çevre dokulardan serbestleştirilmelidir. Daha sonra 3 cm uzunluk, uygun çaplardaki kılavuz tel üreterin yanına yerleştirildikten sonra, kılavuz tel ve üreter birlikte serbest 7/0 prolen sütür kullanılarak bağlanır (0,25-0,30 şiddetli; 0,35 orta; 0,60-0,95 mm hafif tıkanıklık). Her düğümde aynı gerginliğin sağlanmasına özen gösterilmelidir. Daha sonra kılavuz tel dikişin içinden çıkartılır. Böylece Thornhill ve ark. tarif ettiği şekilde parsiyel üreteropelvik bileşke darlık modeli oluşturulmuş olur. Ardından abdominal katlar 4/0 ipek ile ayrı ayrı iki tabaka olacak şekilde devamlı sütürlerle kapatılır (13).

Sham operasyonu için sıçanlar üreteropelvik bölge bağlanmadan diseke edilir. Sadece laparotomi yapılan gruptur (13).


Piyelonefrit Modeli

Çocuklarda piyelonefrit, akut morbiditeye neden olabileceği gibi ileriki yıllarda hipertansiyon ve kronik böbrek yetmezliğine öncülük edebilecek böbrek parankim zedelenmesiyle de ilişkilidir. Çocukluk çağında idrar yolu enfeksiyonunun en sık (%90) etkeni Escherichia Coli’dir. Çocuklarda tekrarlayan idrar yolu enfeksiyonları sonrasında piyelonefrit tablosu oluşabilir (18,19,20).

Sıçanlarda piyelonefrit oluşturmak üzere Escherichia Coli ATCC 25922 suşu kullanılır. Bir mililitresinde 1010 bakteri içeren solüsyon hazırlanarak aynı gün sıçanlara uygulanır. Sıçanlar genel anestezi altında, supin pozisyonunda iken karın ön duvarları betadinle silindikten sonra, vertikal abdominal insizyon ile batın açılıp her iki böbrek açığa çıkartılır. Cerrahi işlem uygulanan sıçanların herhangi birinin böbreğinde anormal bir kitle veya piyelonefrit bulgusu olup olmadığı kontrol edilmelidir. Eğer böyle bir durum varsa bu sıçanlar çalışma dışı bırakılmalıdır. Açığa çıkartılan böbreklere 1010 bakteri/mL Escherichia Coli ATCC 25922 suşu içeren 0,1 mL bakteri solüsyonu insülin enjektörü ile kortekslerinden girilerek medullaya ulaşıncaya dek yavaş yavaş enjekte edilir, sonra insizyon bölgesi dikilerek kapatılır (18,19,20).


Vezikoüreteral Reflü Modeli

Vezikoüreteral reflü (VUR), mesaneden üst üriner sisteme idrarın geri kaçmasıdır. Normal çalışan bir üreterovezikal bileşkede ise idrar üreterden mesaneye rahatlıkla geçebilmeli ancak mesaneden üretere geri kaçış kesinlikle olmamalıdır. Böylece böbrekler mesanedeki yüksek basınçtan ve üriner sistem enfeksiyonundan korunmuş olur. Çocuklarda VUR görülme olasılığı %1 civarındadır. Tanı ve tedavide yetersiz kalındığında renal skar, hipertansiyon ve sonrasında kronik böbrek yetmezliği ortaya çıkmaktadır (21,22,23).

VUR’ye bağlı böbrek parankim hasarının etiyopatogenezi halen tartışmalıdır. Bu konuda yapılan çalışmalarda enfeksiyon olmadan da renal skar geliştiği gösterilmiştir. Reflü nefropatisi VUR’ye eşlik eden renal skar olarak tanımlanabilir. Reflü nefropatisi bir tübülointerstisyel hastalıktır ve genellikle bu tabloya böbrek fonksiyonlarındaki değişiklikler eşlik etmektedir. Böbrek hasarlanmasıyla sonuçlanan bu durum histolojik ve radyolojik olarak tanımlanabilir (21,22).

Deney hayvanlarının büyük bir kısmında VUR intravezikal üreteral tünel çatısının insizyonuyla oluşturulur. Ayrıca üretral orifis bir klemple kapatılıp mesaneye basınç yapılarak da VUR oluşturulabilir (21,22,23).

Biçer ve ark. yaptığı bir çalışmada Yeni Zelanda tipi tavşanlarda uygulanan VUR modellemede; tavşanlara uygulanan genel anestezi sonrası simfizis pubis üzerinden 2 cm’lik orta hat insizyonu yapılmakta, deri ve deri altı geçilip mesaneye ulaşılmaktadır. Askı sütürleri konularak mesane vertikal olarak açıldıktan sonra sol üreterin submukozal tüneli kateter rehberliğinde cerrahi olarak kaldırılıp kateter çıkarılarak mesane sütürlerle kapatılmalıdır. VUR oluşturulduktan 10 gün sonra tavşanların mesanesine üretral yoldan 6 French nelaton kateter yerleştirilip, mesanedeki idrar boşaltılmış ve opak madde tavşan mesanesine verilip, skopi altında mesane dolumu ve reflü oluşumu belirlenmiştir (22).

Sencan ve ark.’nın yaptığı çalışmada da Yeni Zelanda tipi tavşanlarda üreterin intravezikal bölümünün çatısı insizyonla açılarak VUR oluşturulmuştur (23).


Nefroürolojik Modellemelerde Sintigrafi

Günümüzde ürogenital sistemin görüntülenmesinde böbrek parankimini değerlendirmek için Tc-99m DMSA böbrek fonksiyonlarını değerlendirmek için Tc-99m DTPA ve MAG3 kullanılmaktadır.


Tc-99m DMSA Görüntüleme

Böbrekte oluşan parankimal hasarın saptanmasında önemli bir yeri vardır. Split renal fonksiyon hesaplanmasına izin verir.

Molibden 99/Tc-99m jeneratöründen sağım ile elde edilen 740 MBq Tc-99m perteknetat, 3 mL serum fizyolojik ile ticari DMSA kiti bağlanır. Oda sıcaklığında 15 dakika beklendikten sonra kalite kontrol işlemleri uygulanır. İşaretlenme verimliliğinin %95 olması gerekir (5).

Sıçanlara aneztezi altında 37 MBq Tc-99m DMSA kuyruk veninden uyguladıktan yaklaşık 2-4 saat sonra gama kamera altında anterior, posterior, sağ ve sol posterior oblikten statik görüntüler alınır. Statik görüntüleme yüksek rezolüsyonlu kolimatör ile 256x256 matriks, 1,5 zoom ve 450000 sayım olacak şekilde planlanmalıdır (24,25). Pinhole kolimatör ile görüntüleme de skar ayrımı için faydalı olmaktadır (26). Yine enjeksiyondan 2-4 saat sonra yüksek rezolüsyonlu kolimatör ile 64x64 matriks ve 30 s/projeksiyon ile 60 projeksiyonluk SPECT görüntüleme yapılabilir (25).


Dinamik Böbrek Sintigrafisi

Diüretik böbrek sintigrafisi, obstrüktif üropati tanısında altın standart kabul edilen ve dilate toplayıcı sistemin değerlendirilmesinde daha yaygın kullanıma giren minimal invaziv bir yöntemdir. İntravenöz piyelografi ile karşılaştırıldığında radyasyon oranı belirgin şekilde düşüktür ve kontrast maddeye bağlı nefrotoksisitesi yoktur.

Sıçanlar genel anestezi altında iken abdomen insizyonla açılıp intrakaval olarak veya kuyruk venine takılan kateterden Tc-99m MAG3 37 MBq/0,2 mL olacak şekilde uygulanır (21). Enjeksiyondan hemen sonra ilk dakikada 1 saniyelik 60 frame, ardından 60 saniyelik 39 frame olacak şekilde 40 dakikalık dinamik görüntüler alınır. Dinamik görüntüleme 64x64 matriks ve yüksek sayım hassasiyetine sahip kolimatör ile yapılmalıdır. Çalışmanın 20. dakikasında 1 mg/kg olacak şekilde diüretik enjeksiyonu yapılır. Her iki böbreğe çizilen ilgi alanları ile elde edilen eğriler dikkate alındığı gibi görsel olarak da görüntüler değerlendirilir (3).

Ayrıca farklı bir çekim yöntemi olarak 1,5-2 mCi, Tc-99m MAG3 kuyruk venine 24 F katater ile damar yolu açıldıktan sonra; 128x128 matrikste, 2,55 zoom faktörü kullanılarak 60 frame/2 saniye; 16 frame/15 saniye ve 24 frame/60 saniye olacak şekilde de sintigrafik görüntüler alınmaktadır (27). Klinikler çekim protokolünü kendi kliniklerine ve yaptıkları çalışmaya göre düzenleyebilmektedirler.

Yazıcı ve ark.’nın çalışmasında tavşanlarda parsiyel üreteral tıkanıklık oluşturmuşlardır. Çalışmadan 30 dakika önce hayvanları 10 mL/kg olacak şekilde hidrate etmişler ve intavenöz olarak 1,85 MBq/kg olarak Tc-99m MAG3’ü enjekte etmişlerdir. Çalışmanın 20. dakikasında 1mg/kg furosemid iv olarak verdikten sonra böbrek aktivitesinde %50 azalma izlendiği zamanı T1/2 olarak tanımlamışlardır. Renogram eğrilerinden 1/2 Tmax değerini ve split fonksiyonlarını değerlendirdikleri çalışmalarında T1/2 20 dakikanın üzerinde olanları obstrüktif hidronefroz olarak tanımlamışlardır (17).

Sonuç olarak; klinik öncesi deney hayvan modellemeleri ve görüntüleme yöntemleri insanda yapılacak olan çalışmalar öncesinde oldukça önemli bilgiler elde etmemize olanak sağlar.

Finansal Destek: Yazarlar tarafından finansal destek alınmadığı bildirilmiştir.


  1. Mejia J, Miranda AC, Durante AC, et al. Preclinical molecular imaging: development of instrumentation for translational research with small laboratory animals. Einstein 2016;14:408-414.
  2. Erbas B, Sayman H, Alan N, et al. Dinamik böbrek sintigrafisi kılavuzu. TJNM 2001;10(Suppl):85-91.
  3. Nedim C, M. Gülaldı, Tamer Aksoy, et al. TNTD, çocuklarda dinamik böbrek sintigrafisi uygulama kılavuzu 2.0. Nük Tıp Sem 2015;1:15-18.
  4. Okumuş E, Erdoğan M. Ürolojik ve nefrolojik problemleri olan çocuklarda MAG3 kitinin DTPA kitine göre avantajı. Selçuk Ünv Fen Fakültesi Fen Dergisi 2016;42:57-63.
  5. Özcan Kara P, Aksoy T, Aydın F, et al. TNTD, çocuklarda renal kortikal sintigrafi uygulama kılavuzu 2.0. Nük Tıp Sem 2015;1:8-14.
  6. Fatemikia H, Seyedabadi M, Karimi Z, Et al Comparison of 99mTc-DMSA renal scintigraphy with biochemical and histopathological findings in animal models of acute kidney injury. Mol Cell Biochem 2017;434:163-169.
  7. Singh AP, Junemann A, Muthuraman A, et al. Animal models of acute renal failure. Pharmacol Rep 2012;64:31-44.
  8. Yatsu T, Arai Y, Takizawa K, et al. Effect of YM435, a Dopamine DA1 receptor agonist, in a canine model of ischemic acute renal failure. Gen Pharmacol 1998;31:803-807.
  9. Susa D, Mitchell JR, Verweij M, et al. Congenital DNA repair deficiency results in protection against renal ischemia reperfusion injury in mice. Aging Cell 2009;8:192-200.
  10. Yürekli Y, Ünak P, Yenisey C, et al. L-Carnitine Protection against cisplatin nephrotoxicity in rats: comparison with amifostin using quantitative renal Tc 99m DMSA uptake. Mol Imaging Radionucl Ther 2011;20:1-6.
  11.  Oktem F, Koyuncu Arslan M, Ozguner F, et al. In vivo evidences suggesting the role of oxidative stress in pathogenesis of vancomycin-induced nephrotoxicity: Protection by erdosteine. Toxicology 2005;215:227-233.
  12. Kaçar M, Çetin E, Çalışkan Y, et al. Deneysel tek taraflı üreteropelvik bileşke obstrüksiyonunda karşı böbrek parankiminde görülen erken ve geç dönem değişiklikler. Çocuk Cerrahisi Dergisi 2010;24:113-120.
  13. Thornhill BA, Burt LE, Chen C, et al. Variable chronic partial ureteral obstruction in the neonatal rat: a new model of ureteropelvic junction obstruction. Kidney Int 2005;67:42-52.
  14. Cachat FO, Lange-Sperandio B, Chang AY, et al. Ureteral obstruction in neonatal mice elicits segment-specific tubular cell responses leading to nephron loss. Kidney Int 2003;63:564-575.
  15. Ma MC, Huang HS, Chen CF. Impaired renal sensory responses after unilateral ureteral obstruction in the rat. J Am Soc Nephrol 2002;13:1008-1016.
  16. Sancak EB, Tan YZ, Turkon H, Silan C. Attenuation of partial unilateral ureteral obstruction-induced renal damage with hyperbaric oxygen therapy in a rat model. Int Braz J Urol 2017;43:946-956.
  17. Yazıcı M, Celebi S, Kuzdan Ö, et al Current radiological techniques used to evaluate unilateral partial ureteral obstruction: an experimental rabbit study. Int Urol Nephrol 2015;47:1045-1050.
  18. Sadeghi Z, Kajbafzadeh A, Tajik P et al. Vitamin E administration at the onset of fever prevents renal scarring in acute pyelonephritis. Pediatr Nephrol 2008;23:1503-1510.
  19. Hewitson TD, Darby IA, Bisucci TT, et al. Evolution of tubulointerstitial fibrosis in experimental renal infection and scarring. J Am Soc Nephrol 1998;9:632-642.
  20. Sabetkish N, Sabetkish S, Mohseni MJ, Kajbafzadeh AM. Prevention of renal scarring in acute pyelonephritis by probiotic therapy: an experimental study. Probiotics Antimicrob Proteins 2017.
  21. Bowen SE, Watt CL, Murawski IJ, Gupta IR, Abraham SN. Interplay between vesicoureteric reflux and kidney infection in the development of refluxnephropathy in mice. Dis Model Mech 2013;6:934-941.
  22. Biçer Ş, YurtçuM, Köylü Ö, et al. Vezikoüreteral reflüde reflü nefropatisine melatoninin etkisi. Genel Tıp Derg 2009;19:161-167.
  23. Sencan A, Vatansever S, Yilmaz O, et al. Early renal parenchymal histological changes in an experimental model of vesico-ureteral reflux and the role of apoptosis. Scand J Urol Nephrol. 2008;42:213-219.
  24. Tyson R, Daniel GB. Renal scintigraphy in veterinary medicine. Semin Nucl Med 2014;44:35-46.
  25. Silva-Rodriguez J, Cortes J, Pardo-Montero J, et al. In vivo quantification of renal function in mice using clinical gamma cameras. Physica Medica 2015;31:242-247.
  26. Young K, Danıel GB, Bahr A. Application of the pin-hole collimator in small animal nuclear scintigraphy: a review. Veterinary Radiology Ultrasound 1997;38:83-93.
  27. Üstün F. Deney Hayvanlarında Nükleer Tıp Görüntü Atlası. In: Durmuş Altun G Üstün F, editors. Deney Hayvanlarında Moleküler Görüntüleme. 1nd Edition. İstanbul: Nobel Tıp Kitapevi; 2015p:265-281.