利用同步无标记自发荧光多谐波显微镜检测药物诱导的肾毒性

Detecting drug-induced nephrotoxicity using simultaneous label-free autofluorescence multiharmonic microscopy

作者信息Aneesh Alex, Jindou Shi, Eric J Chaney, Minh Doan, Ciarán P Fisher, Leslie Obert, Crysthiane Ishiy, Alexander Ho, Darold R Spillman, Marina Marjanovic, Jan Roger, M Reid Groseclose, Steve R Hood, Stephen A Boppart
PMID42610710
发布时间2026-08-18
DOI10.1093/toxsci/kfag098

实验完整度

高

包含动物模型(大鼠肾组织)的体内实验,并通过H&E组织学、血清生化(BUN/sCr)验证,且进行了图像特征提取、PCA和SVM分类等多层级分析。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠肾组织切片(皮质和外髓)

重点核对

肾组织切片厚度100 μm SLAM图像采集区域(皮质和外髓) 时间点(第1、6、29天)及对照组(第1天处死) 顺铂剂量(5 mg/kg,静脉单次注射) H&E组织学验证

摘要

药物诱导的肾毒性(DIN)是药物开发失败的主要原因,然而许多病例仅在临床试验后期或批准后才被发现。检测DIN的传统方法通常缺乏灵敏度和特异性,尤其是对于早期或特定区域的肾损伤。在此,我们评估了同步无标记自发荧光多谐波(SLAM)显微镜作为一种快速、无标记的成像方法,用于量化与DIN相关的肾脏微结构和功能代谢变化。SLAM同步捕获内源性NAD(P)H和FAD的自发荧光、胶原蛋白产生的二次谐波以及结构界面的三次谐波。在顺铂给药后第1、6和29天,对大鼠肾脏皮质和外髓(OM)区域采集SLAM图像。成像显示区域特异性损伤,OM对DIN比皮质更敏感。最显著的变化——肾小管变性和透明管型——在第6天达到高峰,而肾小管扩张和纤维化相关特征持续至第29天。基于特征的分类捕捉了这些空间和时间模式,在OM中获得的平衡准确率(0.944)高于皮质(0.860)。关键模型驱动因素包括颗粒度和通道间相关性,强调了多通道SLAM数据的价值。总体而言,这些结果证明了SLAM显微镜在临床前安全性研究中灵敏、区域特异性检测和表征DIN的潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
评估SLAM显微镜能否无标记地检测和表征顺铂诱导的大鼠肾中毒的时空变化。
核心机制
顺铂通过诱导肾小管细胞损伤和死亡导致肾毒性,在OM区域引起纤维化。
主要证据
SLAM图像显示第6天肾小管变性和透明管型,第29天胶原纤维增加,组织学验证一致。
研究意义
SLAM显微镜提供了一种灵敏、无标记、区域特异性的DIN检测方法,有望增强临床前肾安全性筛选。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型与样本采集

建立顺铂诱导肾毒性模型,获取不同时间点的肾脏样本。

12只雄性Sprague-Dawley大鼠随机分为对照和顺铂处理组,顺铂组给予5 mg/kg尾静脉单次注射,在第1、6、29天处死,收集肾脏并制备冰冻切片。

2

SLAM成像

获取肾皮质和外髓的无标记多模态图像。

使用SLAM显微镜对100 μm厚肾切片进行成像,捕获THG、3PF、SHG和2PF信号。

3

图像分析

量化图像特征。

计算光学氧化还原比,分割肾小管区域,提取形态、强度、纹理和通道相关性等特征。

4

分类和特征解释

区分不同时间点并识别驱动分类的特征。

使用线性核SVM分类器对图像进行分类,计算平衡准确率,并使用置换重要性评估特征贡献。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

样本或模型特征验证
基于图像的分类分析

产品清单

实验环节名称品牌货号
顺铂Teva--
10%福尔马林----
Tissue-TEK O.C.T.包埋剂Sakura--
25倍,1.05 NA水浸物镜OlympusXLPLN25XWMP2
低温恒温器LeicaCM3050 S
cobas c501分析仪Roche Diagnostics GmbH--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
动物品系、性别、周龄、体重、随机分组方式、对照组数量
阅读提示:Methods: Animals and tissue preparation
药物处理
顺铂剂量、给药途径、给药体积、溶剂、对照组处理
阅读提示:Methods: Animals and tissue preparation
样本收集与制备
组织固定方法、包埋方法、切片厚度
阅读提示:Methods: Animals and tissue preparation
SLAM成像
激光波长、重复频率、物镜倍数和数值孔径、每个视野大小、成像区域数量
阅读提示:Methods: SLAM imaging
组织学验证
H&E染色的切片类型、放大倍数、病理学评估标准
阅读提示:Results: Identification of morphological changes...