Projekt

Zurück zur Übersicht

HR-Kidney - High Resolution 3D Functional Anatomy Database of the Kidney

Gesuchsteller/in Kurtcuoglu Vartan
Nummer 153523
Förderungsinstrument Projekte
Forschungseinrichtung Physiologisches Institut Universität Zürich
Hochschule Universität Zürich – ZH
Hauptdisziplin Andere Gebiete der Ingenieurwissenschaften
Beginn/Ende 01.06.2014 - 31.05.2018
Bewilligter Betrag 237'554.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (5)

Disziplin
Andere Gebiete der Ingenieurwissenschaften
Technische Physik
Strukturforschung
Biophysik
Biomedical Engineering

Keywords (8)

Bildgebung; Niere; Computertomographie; Nierenerkrankung; Synchrotron; Sauerstoff; Blutgefässe; Mikroskopie

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Unsere Nieren filtrieren nicht nur Blut, sondern regulieren auch die Blutbildung, indem sie die Sauerstoffzufuhr messen und darauf basierend Erythropoietin (EPO) produzieren, welches im Knochenmark die Produktion von roten Blutkörperchen anregt. Wenn die Nierenfunktion beeinträchtigt ist, ändert sich die Sauerstoffverteilung in der Niere. So kann eine chronische Nierenerkrankung zu unzureichender EPO-Produktion und damit zu Blutarmut führen. Bis heute ist es kaum geklärt, wie die Sauerstoffkonzentration in der Niere jene des Körpers wiedergibt. Es wird spekuliert, dass dies unter anderem mit der räumlichen Anordnung der Blutgefässe zusammenhängt. In diesem Projekt soll diese Anordnung erfasst und die unter anderem daraus resultierende Regulierung der Blutbildung untersucht werden.
Lay summary

Unsere Nieren filtrieren nicht nur Blut, sondern regulieren auch die Blutbildung. Dazu produzieren sie EPO; ein Hormon, das die Produktion von roten Blutkörperchen anregt. Um festzustellen, dass neues Blut gebildet werden muss, misst die Niere die lokale Sauerstoffkonzentration. Diese wiederspiegelt die Sauerstoffversorgung des Körpers: Fällt sie ab, muss mehr Blut hergestellt werden.

Wenn die Nierenfunktion beeinträchtigt ist, ändert sich die Sauerstoffverteilung in der Niere, und die darin gemessene Sauerstoffkonzentration reflektiert nicht mehr den Versorgungszustand des Körpers. So kann eine chronische Nierenerkrankung zu unzureichender EPO-Produktion und damit zu Blutarmut führen.

Bis heute ist es kaum geklärt, wie die Sauerstoffkonzentration in der Niere jene des Körpers wiedergibt. Im Gegensatz zu anderen Organen wird die Blutzufuhr zu den Nieren nicht durch deren Bedarf an Sauerstoff bestimmt, sondern durch die benötigte Filtrationsrate. So müssten die Nieren bei Fehlen eines Kompensationsmechanismus also zeitweise eine Überversorgung, dann wieder eine Unterversorgung an Sauerstoff aufweisen. Es wird spekuliert, dass diese Kompensation mit der räumlichen Anordnung der Blutgefässe zusammenhängt.

Um dies zu überprüfen, werden wir in diesem Projekt die Struktur des Nierengefässbaums sowie die räumliche Verteilung der sauerstoffmessenden Zellen detailliert erfassen. Dazu werden wir unter anderem ein durchsichtiges aber für Röntgenstrahlung nur teilweise durchlässiges Kontrastmittel entwickeln, und damit mittels Mikrocomputertomographie und konfokaler Fluoreszenzmikroskopie die Nierenstruktur detailliert erfassen.

Dieses Forschungsprojekt wird wesentlich zum Verständnis der Regulierung der Sauerstoffversorgung im Körper beitragen. Davon werden in Zukunft nicht zuletzt Patienten mit chronischer Nierenerkrankung profitieren, die heute noch auf künstliches EPO für die Blutbildung angewiesen sind.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 20.05.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Name Institut

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
125744 Kidney.CH 01.08.2010 Resource not found: 'fffb6c08-984d-4249-a8b9-47ac347cf3dc'
144535 Tomography of microvascular structures in murine brain tumors 01.01.2013 Resource not found: 'ae7a8456-d388-4614-91fa-9226a7c1e277'

Abstract

Objective: To construct a high resolution 3D functional anatomy database of the mouse kidney including the entire vascular-tubular structure under maintenance of full connectivity. Significance: The targeted functional anatomy database will be a powerful tool for the investigation of renal oxygen regulation. It will help close gaps in the basic understanding of physiology, paving the way for the development of treatments for renal as well as systemic diseases associated with malfunction in oxygen regulation.Opportunities: The proposed research will yield both the targeted renal anatomy database and a novel methodology for the structural analysis of entire organs. It will enable the modeling of transport and regulatory processes that are dependent on the 3D structural morphology not only in the kidney but also in other organs. In most tissues and organs, stable oxygenation is maintained through mechanisms that regulate vascular tone in response to changes in oxygen partial pressure (PO2). These changes are caused predominantly by metabolic activity. In contrast, the kidney’s perfusion is only secondarily regulated with respect to metabolic demand: The kidney’s main functions – namely blood filtration and control of homeostasis – require that its perfusion greatly exceeds metabolic demand, with vascular tone regulating primarily the glomerular filtration rate. Oxygen balance in the kidney is governed by the interplay between perfusion, consumption and arterial-to-venous shunting, the exact mechanisms of which are insufficiently understood. It is known, however, that this homeostasis is dependent on the three-dimensional configuration of the vasculature and the renal tubules.The kidneys also contribute to the maintenance of blood mass through sensing of tissue PO2 and PO2-dependent release of erythropoietin (EPO), which triggers the production of erythrocytes. Therefore, renal tissue oxygenation has to be representative of the body’s overall oxygen demand, despite the fact that the kidneys receive 20% of the cardiac output and do not require the corresponding amount of oxygen for metabolic activity. Malfunction of renal tissue oxygen regulation can thus affect maintenance of blood mass and cause kidney hypo- and hyperoxia, both of which may lead to the pathogenesis of chronic kidney disease. Despite its importance, regulation of renal oxygenation is poorly understood. Anatomic studies of entire organs that span macro-, meso- and microscales under maintenance of 3D structural connectivity have only recently become possible. Major efforts, as documented by publications this year in Nature, Science and Nature Neuroscience, are currently being undertaken to develop the methodologies for the preparation of whole brains for subsequent immunofluorescence imaging and 3D reconstruction of mostly neuronal circuits. Other research projects target 3D imaging and computational reconstruction of the vasculature in brain tissue samples. None of these methods can yield by itself full vascular connectivity at the organ scale – neither in the brain nor in the kidney. By combining whole organ preparation with multimodal 3D imaging, we will circumvent the individual limitations and obtain the envisioned renal anatomy database down to the capillary level.Kidney oxygenation is a core topic of NCCR Kidney.CH, the Swiss National Competence Center in Research on the control of homeostasis by the kidney. The work proposed herein is complementary to that research: It profits from the NCCR’s existing lower resolution database and produces in turn high resolution 3D functional anatomy data that will be made accessible online to the NCCR and other researchers worldwide. With this open access approach, we aim to accelerate the research on the regulation of kidney oxygenation.
-