Recherche préclinique en néphrologie

Les études précliniques visant à évaluer la fonction rénale dans des modèles animaux de maladie rénale ou en réponse à un composé testé ont traditionnellement inclus des paramètres tels que la créatinine sérique et l’azote uréique sanguin (BUN). Cependant, l’utilisation de paramètres présentant une plus grande pertinence clinique est vivement encouragée, car cela peut contribuer à renforcer la confiance dans le profil d’efficacité du composé testé en améliorant la valeur translationnelle des études expérimentales (Figure 1).  

At InnoSer, kidney function in mouse models of kidney disease, such as in the autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) model, is assessed using multiple readouts which we have briefly reviewed here. In this blog post, we provide a comprehensive overview of measuring glomerular filtration rate (GFR) transdermally in preclinical mouse models of kidney disease, focusing on its translational value in later stages of preclinical research.  

FIGURE 1. Comparaison des principaux critères d'évaluation mesurés au cours de la recherche préclinique et dans les essais cliniques (liste non exhaustive). La phase préclinique du développement d’un médicament englobe diverses phases de recherche, parmi lesquelles les études d’efficacité sur des modèles animaux de maladies rénales occupent une grande partie du temps consacré à l’étude des caractéristiques du composé testé. L’utilisation de paramètres translationnels, c'est-à-dire des paramètres généralement utilisés dans les essais cliniques, dans des modèles animaux expérimentaux du maladie maladie can peut accroître la valeur translationnelle de ces modèles pour leschercheurs.  

Clinical Significance of Measuring Glomerular Filtration Rate (GFR) 

Physiologically, GFR is the rate at which the glomerulus filters plasma through the glomerular capillary walls to produce an ultrafiltrate per unit of time. Therefore, GFR shows how good kidneys are functioning. Clinically, GFR is the gold standard in kidney function assessment, including the monitoring of disease progression, treatment effectiveness and potential test compound-induced kidney toxicities. In clinical trials, GFR is typically estimated based on serum concentrations of endogenous filtration markers such as creatinine.  

De même que chez l’homme, le DFG peut être estimé à partir des taux sériques de créatinine dans les modèles murins précliniques de maladie rénale. Cependant, en raison de leur petite taille et de la nécessité fréquente de prélèvements sanguins et/ou urinaires, cela peut s’avérer difficile. De plus, la recommandation formulée par le groupe de travail dans les directive internationale de Kidney sur les études précliniques en néphrologie suggère que la fonction rénale doit être évaluée à la fois à l’aide des taux de créatinine sérique et d’autres mesures adaptées à l’espèce et au modèle préclinique de la maladie (Nangaku et al. 2023). Afin d’éviter des prélèvements sanguins répétés pour mesurer le DFG, il est recommandé de recourir à des méthodes novatrices et moins invasives, telles que l’utilisation d’un petit dispositif permettant de surveiller le DFG à travers la peau (Scarfe et al. 2018).  

Accordingly, nephrology researchers are nowadays including the measurement of GFR in preclinical research models of kidney diseases more and more by using the transdermal GFR measuring device. Transdermal GFR monitoring is applicable in fundamental kidney disease assessments, efficacy evaluations of new and existing kidney therapeutics or evaluations of nephrotoxicity. A full list of peer-reviewed publications which use transdermal GFR in preclinical research can be found here.  

Commercially available translational readouts that are recognised by both preclinical and clinical scientists are scarce, and therefore, the nephrology team at InnoSer is excited to be able to offer this service to all our clients active in the field of nephrology. 

Transdermal Measurement of GFR in Mouse Models of Kidney Diseases 

Le débit glomérulaire (GFR) peut être mesuré à travers la peau d’une souris à l’aide d’un détecteur de fluorescence miniaturisé associé à un traceur fluorescent exogène du GFR (Scarfe et al. 2018). Le système de mesure se compose d’un détecteur de fluorescence fixé sur la peau du dos de souris en liberté (figure 2). Le moniteur mesure la cinétique d'excrétion du traceur exogène du DFG, qui est dans ce cas de la sinistrine (analogue de l'inuline) conjuguée à l'isothiocyanate de fluorescéine (FITC), afin de fournir une mesure sensible du DFG.  

FIGURE 2. Montage expérimental permettant de mesurer le débit de filtration glomérulaire (DFG) transdermique dans des modèles murins précliniques de maladie rénale. (A) La préparation des souris comprend l’anesthésie, l’épilation et le positionnement et la fixation minutieux du moniteur transdermique. (B) Une fois le moniteur de DFR solidement fixé, les souris reçoivent une injection de FITC-sinistrine par la veine caudale. Après l’injection, les souris sont sont réveillées et remises dans leur cage pour la durée expérimentale spécifiée. (C) Les mesures du DFG sont obtenues en retirant le dispositif et en le connectant à un ordinateur via un câble USB. Les données sont traitées conformément aux instructions du logiciel, comme recommandé par le fabricant des moniteurs. 

C'est méthode relativement simple méthode permet une suivi longitudinal de la fonction rénale sans avoir à procéder à des prélèvements sanguins et/ou urinaires répétés, comme exigé par les méthodes traditionnelles. Cela est particulièrement pertinent pour les protocoles expérimentaux nécessitant de multiples prélèvements, ce qui peut s’avérer impossible chez la souris en raison de son faible volume sanguin intrinsèque par rapport à d’autres rongeurs. L’utilisation de cette méthode évite également de manipuler les souris de manière intensive, car celles-ci ne doivent être manipulées le moins possible contrairement à de multiples prélèvements sanguins. De plus, pdes ont montré que leDFG transdermique est en corrélation avec d’autres mesures de la fonction rénale, telles que les lésions rénales histologiques, l'azote uréique sanguin et la créatinine sérique (Scarfe et al. 2018).  

Transdermal measurement of GFR in the Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease (ADPKD) Model  

Afin de confirmer la pertinence de cette méthode dans les modèles de recherche préclinique, nous avons évalué le DFG dans notre modèle murin de PKD à différents moments. Pour cette expérience, la souris adulte (P18) de la PKD a été utilisé. Les souris ADPKD P18 présentent le gène Pkd1 est inactivé au 18e jour postnatal, ce qui entraîne un développement et une progression relativement lents des kystes, affectant tous les segments du néphron. Ce modèle pathologique reproduit l’évolution de la physiopathologie rénale observée dans la PKD à début adulte, garantit que les souris ont une taille suffisante pour obtenir des résultats de mesure du DFG fiables, et permet une évaluation chronique de l’administration du produit testé, offrant ainsi la possibilité de détecter également d’éventuels effets secondaires à long terme (la phase de vie de l’étude dure environ 18 semaines).  

En résumé, après la mise en place du moniteur et l'administration d'une injection intraveineuse d'un traceur, la demi-vie d'excrétion du traceur (t1/2) a été déterminée à partir du signal mesuré. Le DFG a ensuite été calculé à partir de la demi-vie d'élimination du traceur. Comme le montre la figure ci-dessous, le DFG du groupe témoin sain reste constant sur toute la période d'observation, ce qui confirme la pertinence de cette mesure pour l'évaluation de la fonction rénale (Figure 3). En revanche, le DFG du groupe PKD a diminué tout au long de l’étude, ce qui indique une perte de la fonction rénale (Figure 3), ce qui confirme la pertinence de ce paramètre dans ce modèle murin préclinique de PKD.  

FIGURE 3. Transdermal GFR assessment shows a decline in kidney function in ADPKD mice. Over time, we observe a significant decrease in the GFR of the PKD group (post-natal day [PND] 81 vs PND115: **P<0.01; PND102 vs PND115: *P<0.05), resulting in a significantly lower GFR in comparison to the healthy control group on PND115 (healthy vs PKD group: ##P<0.01) Data are represented as Mean ± SEM, circles represent data of individual animals. This confirms the loss of renal function in PKD mice and the suitability of this method in preclinical research studies.  

Ce paramètre de mesure peut être associé à d'autres paramètres de mesure translationnels pour évaluer la progression de la maladie, tels que le volume rénal total. L'augmentation du volume rénal est liée à une baisse baisse progressive du DFG, qui, ensemble, fournissent des informations très pertinentes sur la progression de la maladie rénale (Fig.4). Dans l’ensemble, cela permet d’avoir une vision plus complète des données obtenues lors de l’étude préclinique menée sur le modèle murin de la PKD auto-induite.  

FIGURE 4. Assessment of kidney volume by ultrasound allows the determination of disease progression in the mouse model of ADPKD. Compared to healthy control, the kidney volume of PKD mice is significantly increased over time, indicating decline in renal health (**P<0.01, ***P<0.001). Data are represented as Mean ± SEM.  

Choosing the Right Type of Readout to Evaluate Kidney Function in Your Research 

In order to develop safe and efficacious therapeutics for renal indications such as chronic kidney disease (CKD), PKD and other chronic and/or rare conditions, test compounds need to be thoroughly evaluated. The inclusion of translational readouts can help increase confidence in the obtained data during preclinical trials.  

Transdermal GFR measurement can serve as a sensitive and accurate measure of kidney function compared to traditional measures that rely on multiple collection timepoints of urine and/or blood (Scarfe et al. 2018). As such, including transdermal GFR in your study designs can help increase the translational value of your research.  

However, to obtain the full picture of the test compound’s efficacy, it is recommended that other readouts (i.e. biomarkers, histopathology…) combined with pharmacokinetic and pharmacodynamic studies are carried out as well. As such, the most appropriate readout selection ultimately depends on the specific aims of the research question. 

Consulting with our nephrology study experts will allow you to carry out tailored studies while collecting the most study-appropriate data. We also advise you on the most optimal model selection, taking in account your budget and study timelines. Get in contact with our team still today to obtain expert preclinical expertise and industry-competitive study timelines.