Multiparametrická MRI v prospektivní kohortě žijících dárců ledvin, příjemců a zdravých kontrol: korelace s markery renálních funkcí, fibrózy a stárnutí (MpRenal)

Rozvoj renální fibrózy je charakteristickým koncovým bodem různých renálních onemocnění a nezávisle předpovídá nepříznivé renální výsledky. (1-3) Nejčastější příčinou selhání alograftu ledviny po 1 roce je chronická nefropatie alograftu, která je charakterizována intersticiální fibrózou a tubulární atrofií. (4) V současnosti je zlatým standardem a jedinou metodou pro kvantifikaci renální fibrózy provedení renální biopsie. I když je riziko komplikací relativně nízké, postup je invazivní, což omezuje jeho použití pro opakovaná hodnocení v klinickém prostředí. Kromě toho, protože se obvykle odebírají vzorky pouze z kůry ledvin a kvůli nepatrnému množství získané tkáně existují problémy se zkreslením odběru vzorků a informace o celkové renální fibróze jsou omezené. Odhadovaná glomerulární filtrace (eGFR) je široce používána pro monitorování renálních funkcí, ale je necitlivá pro detekci fibrózy aloštěpu. (5)

Epidemiologická data naznačují, že žijící dárci ledvin (LKD) jsou vystaveni zvýšenému riziku konečného onemocnění ledvin ve srovnání s odpovídajícími nedárci. (6,7) Nižší darcovské renální funkce a vyšší věk zvyšují riziko. V nedávné prospektivní studii objem renální kůry predikoval renální výsledek po 1 roce u LKD. (8)

V posledních letech došlo k rychlému rozvoji technik zobrazování ledvin magnetickou rezonancí (MRI), které umožňují hodnocení celkové morfologie ledvin, mikrostruktury, hemodynamiky, oxygenace a difúze vody. (9,10) Multiparametrická MRI (mpMRI) označuje kombinaci několika měření založených na MRI citlivých na různé biofyzikální vlastnosti tkáně v jediném skenování. Získané informace by případně mohly poskytnout prostředek k charakterizaci několika aspektů renální funkce a morfologie. (11)

Měření založená na MRI, která jsou pro klinické použití nejslibnější, jsou longitudinální relaxační čas (T1), difúzně vážené zobrazení (DWI), zobrazení závislé na hladině kyslíku v krvi (BOLD) a značení arteriálního spinu (ASL). (12) V průřezové studii Buchanana et al byli pacienti s chronickým onemocněním ledvin (n=22) a zdraví dobrovolníci (n=22) hodnoceni pomocí měření na základě MRI a renální biopsie. Měření založená na MRI byla reprodukovatelná a korelovala s aktuálně používanými metodami měření renálních funkcí. (13) U osob s nízkým a vysokým stupněm renální fibrózy byly nalezeny signifikantní rozdíly v T1-mapování, zdánlivém difúzním koeficientu (ADC) a ASL. V průřezové studii Berchtolda et al. (n = 164) rozdíl v kortikomedulárním ADC vysoce koreloval a nezávisle souvisel s renální fibrózou jak u nativních ledvin, tak u aloštěpů. (14) V novější prospektivní studii stejného autora kortikomedulární rozdíl ADC predikoval pokles funkce ledvin a zahájení dialýzy u příjemců transplantátu a pacientů s CKD. Snížená oxygenace určená nízkou BOLD předpověděla míru progrese chronického onemocnění ledvin ve studii Sugiyamy et al. (15) Je zajímavé, že Berchtold et al zjistili, že měření MRI založená na difuzi detekovala zvýšení fibrózy aloštěpu před zjevnými změnami v odhadované rychlosti glomerulární filtrace. (16)

Před použitím mpMRI ledvin v klinickém prostředí je potřeba vyvinout větší základnu důkazů. Dosud byly klinické studie využívající měření založená na MRI většinou průřezové. Dosud bylo provedeno pouze několik studií u žijících dárců ledvin (LKD) a příjemců transplantovaných ledvin. Podle našich nejlepších znalostí nebyly provedeny žádné studie s dlouhodobým sledováním zahrnujícím opakované mpMRI, renální biopsie a přesné měření rychlosti glomerulární filtrace s clearance DTPA. Opakované zobrazování je nezbytné, aby se zjistilo, jak se měření založená na MRI mění v průběhu času ve spojení se v současnosti používanými metodami zlatého standardu pro kvantifikaci renálních funkcí a fibrózy. (17)

Zrychlené stárnutí ledvin aktivací dráhy p16INK4a vedoucí k buněčnému stárnutí se podílí na rozvoji renální fibrózy. (18) Senescentní buňky jsou charakterizovány nevratným zastavením růstu a exprimují prozánětlivý a profibrotický senescentní sekreční fenotyp (SASP). (19) Tuto biochemickou stopu lze detekovat imunohistochemicky a může předpovídat renální fibrózu u chronického onemocnění ledvin a transplantace ledvin. (20)

Sérový uromodulin (sUmod) a močový epidermální růstový faktor (uEGF) pocházejí z ledvinových tubulů a mohou odrážet funkční hmotu nefronů a jsou spojeny s poklesem funkce ledvin a fibrózou. (21-24)

Klotho, který byl původně znám jako gen proti stárnutí, je exprimován na buněčných povrchových membránách proximálních a distálních tubulů. Snížení hladin rozpustného klotho doprovází chronické onemocnění ledvin a je spojováno s rozvojem renální fibrózy. (25,26)

Celkovým cílem této prospektivní následné studie je prozkoumat užitečnost opakované mpMRI a biomarkerů při monitorování renálních funkcí a pro detekci rozvoje fibrózy v renálních aloštěpech. Měření a biomarkery renálního stárnutí a fibrózy založené na MRI budou porovnány se současnými metodami zlatého standardu pro charakterizaci a kvantifikaci renálních funkcí a fibrózy u kohorty LKD, příjemců a zdravých kontrol.

Toto je průzkumná studie. Bude využita nová a nestandardizovaná MR náplast skládající se z několika měření založených na MRI provedených v jediném skenování. Konkrétní údaje pro odhady přesnosti a rozptylu pro tuto metodu nejsou k dispozici. Výpočty výkonu a velikosti vzorku jsou tedy náročné na provedení. Kromě toho publikované údaje o vztazích mezi měřeními založenými na MRI a fibrózou jsou heterogenní, pokud jde o metody používané pro histologickou kvantifikaci fibrózy a prahové hodnoty pro fibrózu.

Očekává se, že prevalence fibrózy u renálních aloštěpů, která je primárním zájmem, se bude zvyšovat od výchozí hodnoty do poslední návštěvy. Na základě předchozí práce očekáváme, že 40–50 % renálních aloštěpů bude mít po 2 letech významné úrovně fibrózy [27,28]. Je však možné, že současné hladiny fibrózy v aloštěpech jsou nižší než dříve v důsledku optimalizovaných imunosupresivních režimů.

Bylo provedeno několik výpočtů výkonu. Velikosti účinků byly založeny na dříve publikovaných údajích o rozdílu a rozptylu hodnot ASL a ADC u pacientů s různými úrovněmi fibrózy. S mocninou 0,8 a alfa 0,05 odhadujeme, že velikost vzorku n = 32 bude adekvátní k detekci fibrózy na prahu 40 %.

Během období začlenění bude LKD a příjemcům z univerzitní nemocnice v Aalborgu a Aarhusu nabídnuta účast ve studii. V současnosti je ročně transplantováno přibližně 30-35 párů žijících dárců. Během období 2 let začleňování chceme zahrnout 40 žijících dárců a příjemců. Očekává se, že studii dokončí 32 žijících dárců a příjemců s očekávaným výpadkem 20 %.

Multiparametrická MRI mpMRI bude provedena podle standardního operačního postupu na Oddělení diagnostického zobrazování zúčastněných nemocnic.

Protokol skenování mpMRI bude proveden na 3 Tesla MRI skeneru (General Electrics (GE) Healthcare) a zahrnuje následující MRI opatření:

• Strukturální T2 a/nebo T1 vážená MRI ledvin (pro měření objemu)
• Difuzně vážené zobrazování (DWI) s hodnotami b 0, 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 200, 300, 400, 500, 800 s/mm2
• T1- a T2-mapování
• BOLD MRI s T2*
• ASL perfuze
• Nekontrastní magnetická rezonanční angiografie
• Kvantitativní měření průtoku v renálních tepnách

Doba skenování je přibližně 60 minut. Během této doby budou účastníci muset ležet klidně v poloze na zádech. Účastníci budou muset před skenováním držet půst po dobu 3 hodin a budou instruováni, aby vypili 1 l vody.

Následné zpracování MRI dat bude provedeno pomocí komerčně dostupného softwaru a analytického softwaru vyvinutého ve spolupráci s Aalborg- a Aarhus University Hospital a Aarhus University.

Clearance 99mTc-DTPA je metoda pro přesné měření GFR. Povolení DTPA bude provedeno standardním operačním postupem na odděleních diagnostického zobrazování zúčastněných nemocnic.

Biopsie aloštěpu Biopsie budou získány pomocí jehly 18G a fixovány ve 4% formaldehydu pufrovaném fosfátem a zalité v parafínu a obarveny hematoxylinem a eosinem, kyselinou jodovou-Schiff a Massonovým trichromem.

Kvantitativní histologické hodnocení bude použito k vyhodnocení biopsií pomocí světelného mikroskopu Olympus BX50 (Olympus Denmark, Ballerup, Dánsko) vybaveného předchozím motorizovaným stolkem a digitálního fotoaparátu Olympus DP70 propojeného s PC s komerčně dostupným novým softwarem CAST (Visiopharm, Hørsholm, Dánsko ).

Rozsah fibrózy bude kvantifikován systematickým hodnocením rozptýlených testovacích bodů (≈100) v řezech obarvených trichromem Masson pomocí čočky x4 (NA 0,13) (29).

Kromě toho budou biopsie hodnoceny na markery renálního stárnutí a fibrózy:

• aktivace dráhy p16INK4a
• klotho
• další markery renálního stárnutí a fibrózy

Vzorky krve a moči Hemoglobin, hematokrit, leukocyty, krevní destičky, CRP, kreatinin, eGFR, močovina, sodík, draslík, celkový fosfát, hydrogenuhličitan, ionizovaný vápník, celkový hořčík, intaktní PTH, alkalická fosfatáza, glukóza, rozpustné klotho a sUmod.

Bodový vzorek moči bude použit pro stanovení poměru u-albumin/kreatinin, glukózy, leukocytů, dusitanů, krve a uEGF.

Reference

1. Nath KA. Tubulointersticiální změny jako hlavní determinant v progresi poškození ledvin. American Journal of Kidney Diseases. 1992;20(1):1-17.
2. Eknoyan G, McDonald MA, Appel D, Truong LD. Chronická tubulo-intersticiální nefritida: Korelace mezi strukturálními a funkčními nálezy. Kidney Int. 1990;38(4):736-43.
3. Park WD, Griffin MD, Cornell LD, Cosio FG, Stegall MD. Fibróza se zánětem v jednom roce předpovídá funkční pokles transplantace. Journal of the American Society of Nephrology. listopad 2010;21(11):1987-97.
4. Vadivel N, Tullius SG, Chandraker A. Chronická aloštěpová nefropatie. Semin Nephrol. červenec 2007;27(4):414-29.
5. Uslu A, Hür E, Şen Ç, Şen S, Akgün A, Taşli FA, et al. Do jaké míry by odhadovaná nebo měřená GFR mohla predikovat subklinickou fibrózu štěpu: Srovnávací prospektivní studie s protokolovanými biopsiemi. Transplant International. 1. května 2015;28(5):575-81.
6. Mjøen G, Hallan S, Hartmann A, Foss A, Midtvedt K, Øyen O a kol. Dlouhodobá rizika pro dárce ledvin. Kidney Int. 2014;86(1):162-7.
7. O'Keeffe LM, Ramond A, Oliver-Williams C, Willeit P, Paige E, Trotter P a kol. Střednědobá a dlouhodobá zdravotní rizika u žijících dárců ledvin. Ann Intern Med [Internet]. 20. února 2018;168(4):276. Dostupné z: http://annals.org/article.aspx?doi=10.7326/M17-1235
8. Buus NH, Nielsen CM, Skov K, Ibsen L, Krag S, Nyengaard JR. Predikce funkce ledvin u žijících dárců ledvin a příjemců ledvin od žijících dárců pomocí kvantitativní histologie. Transplantace. 1. ledna 2023;107(1):264-73.
9. Cox EF, Buchanan CE, Bradley ČR, Prestwich B, Mahmoud H, Taal M a kol. Multiparametrické zobrazování ledvin magnetickou rezonancí: Validace, intervence a změny u chronického onemocnění ledvin. Přední Physiol. 2017 14. září;8(SEP).
10. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM. Funkční magnetická rezonance ledvin: kde jsme? Perspektiva evropské COST Action PARENCHIMA. sv. 33, Nefrologie, dialýza, transplantace: oficiální publikace Evropské asociace pro dialýzu a transplantaci – European Renal Association. NLM (Medline); 2018.
11. Simms R, Sourbron S. Nedávné poznatky o klinické užitečnosti biomarkerů zobrazování pomocí magnetické rezonance ledvin. Nefrologie Dialyzační Transplantace. 1. června 2020; 35 (6): 915-9.
12. Francis ST, Selby NM, Taal MW. Zobrazování magnetickou rezonancí k hodnocení struktury, funkce a patologie ledvin: Směřování ke klinické aplikaci. American Journal of Kidney Diseases [Internet]. květen 2023; Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0272638623006303
13. Buchanan CE, Mahmoud H, Cox EF, McCulloch T, Prestwich BL, Taal MW a kol. Kvantitativní hodnocení renálních strukturálních a funkčních změn u chronického onemocnění ledvin pomocí multiparametrické magnetické rezonance. Nefrologie Dialyzační Transplantace. 1. června 2020; 35 (6): 955-64.
14. Berchtold L, Friedli I, Crowe LA, Martinez C, Moll S, Hadaya K a kol. Validace kortikomedulárního rozdílu ve zjevném difúzním koeficientu odvozeném z magnetické rezonance pro detekci fibrózy ledvin: Průřezová studie. Nefrologie Dialyzační Transplantace. 1. června 2020; 35 (6): 937-45.
15. Sugiyama K, Inoue T, Kozawa E, Ishikawa M, Shimada A, Kobayashi N a kol. Snížená oxygenace, ale nikoli fibróza definovaná funkční magnetickou rezonancí, předpovídá dlouhodobou progresi chronického onemocnění ledvin. Nefrologie Dialyzační Transplantace. 1. června 2020; 35 (6): 964-70.
16. Berchtold L, Crowe LA, Friedli I, Legouis D, Moll S, de Perrot T a kol. Difuzní magnetická rezonance detekuje nárůst intersticiální fibrózy dříve než pokles renálních funkcí. Nefrologie Dialyzační transplantace [Internet]. 1. července 2020;35(7):1274-6. Dostupné z: https://academic.oup.com/ndt/article/35/7/1274/5803154
17. Selby NM, Blankestijn PJ, Boor P, Combe C, Eckardt KU, Eikefjord E a kol. Biomarkery zobrazování pomocí magnetické rezonance pro chronické onemocnění ledvin: poziční dokument z akce PARENCHIMA pro evropskou spolupráci ve vědě a technologii. Transplantace nefrolových čísel. 1. září 2018;33(2):ii4-14.
18. Docherty MH, O'Sullivan ED, Bonventre J V., Ferenbach DA. Senescence buněk v ledvinách. sv. 30, Journal of the American Society of Nephrology. Americká nefrologická společnost; 2019. p. 726-36.
19. Van Deursen JM. Role senescentních buněk při stárnutí. sv. 509, Příroda. Nature Publishing Group; 2014. p. 439-46.
20. Melk A, Schmidt BMW, Vongwiwatana A, Rayner DC, Halloran PF. Zvýšená exprese inhibitoru buněčného cyklu spojeného se stárnutím p16/INK4a u zhoršujících se transplantací ledvin a nemocné nativní ledviny. American Journal of Transplantation. červen 2005;5(6):1375-82.
21. Chan J, Svensson M, Tannæs TM, Waldum-Grevbo B, Jenssen T, Eide IA. Asociace sérového uromodulinu a močového epidermálního růstového faktoru s naměřenou rychlostí glomerulární filtrace a intersticiální fibrózou při transplantaci ledvin. Am J Nephrol. 1. dubna 2022;53(2-3):108-17.
22. Yepes-Calderón M, Sotomayor CG, Kretzler M, Gans ROB, Berger SP, Navis GJ a kol. Poměr epidermálního růstového faktoru/kreatininu v moči a selhání štěpu u příjemců transplantátu ledvin: Prospektivní kohortová studie. J Clin Med. 1. října 2019; 8(10).
23. Köttgen A, Hwang SJ, Larson MG, Van Eyk JE, Fu Q, Benjamin EJ a kol. Hladiny uromodulinu jsou spojeny s běžnou variantou UMOD a rizikem výskytu CKD. Journal of the American Society of Nephrology. 2010 února;21(2):337-44.
24. Scherberich JE, Gruber R, Nockher WA, Christensen EI, Schmitt H, Herbst V, et al. Sérový uromodulin – marker funkce ledvin a integrity renálního parenchymu. In: Nefrologie Dialyzační transplantace. Oxford University Press; 2018. p. 284-95.
25. Cho NJ, Han DJ, Lee JH, Jang SH, Kang JS, Gil HW a kol. Rozpustné klotho jako marker renální fibrózy a poškození podocytů v lidských ledvinách. PLoS One. 1. března 2018;13(3).
26. Buchanan S, Combet E, Stenvinkel P, Shiels PG. Klotho, stárnutí a selhávající ledvina. sv. 11, Hranice endokrinologie. Frontiers Media S.A.; 2020.
27. Nankivell BJ, Borrows RJ, Fung CLS, O'Connell PJ, Allen RDM, Chapman JR. Přirozená historie chronické aloštěpové nefropatie. New England Journal of Medicine [internet]. 11. prosince 2003;349(24):2326-33. Dostupné z: http://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa020009
28. Stegall MD, Park WD, Larson TS, Gloor JM, Cornell LD, Sethi S a kol. Histologie solitárních renálních aloštěpů 1 a 5 let po transplantaci. American Journal of Transplantation. 2011 duben;11(4):698-707.
29. Buus NH, Nielsen CM, Skov K, Ibsen L, Krag S, Nyengaard JR. Predikce funkce ledvin u žijících dárců ledvin a příjemců ledvin od žijících dárců pomocí kvantitativní histologie. Transplantace. 1. ledna 2023;107(1):264-73.