Multiparametrisk MR i en prospektiv kohorte af levende nyredonorer, modtagere og sunde kontroller: Korrelationer med markører for nyrefunktion, fibrose og aldring (MpRenal)

Udvikling af nyrefibrose er et karakteristisk endepunkt for forskellige nyresygdomme og forudsiger uafhængigt uafhængige nyreudfald. (1-3) Den mest almindelige årsag til nyre-allograft-svigt efter 1 år er kronisk allograft-nefropati, som er karakteriseret ved interstitiel fibrose og tubulær atrofi. (4) På nuværende tidspunkt er guldstandarden og den eneste metode til at kvantificere nyrefibrose ved at udføre en nyrebiopsi. Selvom risikoen for komplikationer er relativt lav, er proceduren invasiv, hvilket begrænser dens anvendelse til gentagne vurderinger i kliniske omgivelser. Desuden, da kun nyrebarken normalt udtages, og på grund af den minimale mængde væv, der opnås, er der problemer med prøveudtagningsbias, og information om total nyrefibrose er begrænset. Estimeret glomerulær filtrationshastighed (eGFR) bruges i vid udstrækning til overvågning af nyrefunktionen, men er ufølsom til påvisning af allotransplantatfibrose. (5)

Epidemiologiske data tyder på, at levende nyredonorer (LKD) har øget risiko for nyresygdom i slutstadiet sammenlignet med matchede ikke-donorer. (6,7) Lavere prædonationsnyrefunktion og højere alder fremhæver risikoen. I en nylig prospektiv undersøgelse forudsagde renal cortex volumen nyreudfald efter 1 år i LKD. (8)

I de senere år har der været en hurtig udvikling inden for renal magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) teknikker, som muliggør vurdering af total nyremorfologi, mikrostruktur, hæmodynamik, iltning og diffusion af vand. (9,10) Multiparametrisk MR (mpMRI) refererer til kombinationen af ​​flere MR-baserede målinger, der er følsomme over for forskellige biofysiske vævsegenskaber i en enkelt scanningssession. Den opnåede information kunne muligvis give et middel til at karakterisere flere aspekter af nyrefunktion og morfologi. (11)

De MR-baserede målinger, der viser det største løfte for klinisk anvendelse, er longitudinel afslapningstid (T1), diffusionsvægtet billeddannelse (DWI), blodilt-niveauafhængig billeddannelse (BOLD) og arteriel spin-mærkning (ASL). (12) I et tværsnitsstudie af Buchanan et al. blev patienter med kronisk nyresygdom (n=22) og raske frivillige (n=22) vurderet med MR-baserede målinger og nyrebiopsi. MR-baserede målinger var reproducerbare og korrelerede med aktuelt anvendte metoder til måling af nyrefunktion. (13) Der blev fundet signifikante forskelle i T1-kortlægning, tilsyneladende diffusionskoefficient (ADC) og ASL hos personer med lav og høj grad af nyrefibrose. I en tværsnitsundersøgelse af Berchtold et al. (n = 164) den kortikomedullære ADC-forskel var stærkt korreleret til og uafhængigt forbundet med nyrefibrose i både native nyrer og allotransplantater. (14) I en nyere prospektiv undersøgelse af samme forfatter var den kortikomedullære ADC-forskel prædiktiv for nedsat nyrefunktion og påbegyndelse af dialyse hos transplanterede og patienter med CKD. Reduceret iltning bestemt af lav BOLD forudsagde progressionshastigheden af ​​kronisk nyresygdom i en undersøgelse af Sugiyama et al. (15) Interessant nok fandt Berchtold et al, at diffusionsbaserede MR-målinger detekterede en stigning i allotransplantatfibrose før tilsyneladende ændringer i den estimerede glomerulære filtrationshastighed. (16)

Før mpMRI af nyrerne kan anvendes i kliniske omgivelser, er der behov for udvikling af et større evidensgrundlag. Til dato har kliniske undersøgelser, der anvender MR-baserede målinger, for det meste været tværsnit. Indtil videre er der kun udført få undersøgelser i levende nyredonorer (LKD) og nyretransplanterede. Så vidt vi ved, er der ikke udført undersøgelser med langtidsopfølgning inklusive gentagen mpMRI, nyrebiopsier og nøjagtig måling af glomerulær filtrationshastighed med DTPA-clearance. Gentagen billeddannelse er nødvendig for at fastslå, hvordan MR-baserede målinger ændrer sig over tid i forbindelse med aktuelt anvendte guldstandardmetoder til kvantificering af nyrefunktion og fibrose. (17)

Accelereret nyreældning gennem aktivering af p16INK4a-veje, der fører til cellulær alderdom, er involveret i udviklingen af ​​nyrefibrose. (18) Ældrende celler er karakteriseret ved irreversibel vækststop og udtrykker en pro-inflammatorisk og pro-fibrotisk senescerende associeret sekretorisk fænotype (SASP). (19) Dette biokemiske fodaftryk kan påvises ved immunhistokemi og kan være prædiktivt for nyrefibrose ved kronisk nyresygdom og nyretransplantation. (20)

Serum uromodulin (sUmod) og urin epidermal vækstfaktor (uEGF) stammer fra nyretubuli og kan afspejle funktionel nefronmasse og er forbundet med nedsat nyrefunktion og fibrose. (21-24)

Klotho, som oprindeligt var kendt som et anti-aldringsgen, udtrykkes på celleoverflademembranerne af proksimale og distale tubuli. Faldende niveauer af opløseligt klotho ledsager kronisk nyresygdom og er blevet forbundet med udviklingen af ​​nyrefibrose. (25,26)

Det overordnede formål med denne prospektive opfølgningsundersøgelse er at undersøge nytten af ​​gentagne mpMRI og biomarkører til overvågning af nyrefunktionen og til påvisning af udviklingen af ​​fibrose i nyreallotransplantater. MR-baserede målinger og biomarkører for nyreældning og fibrose vil blive sammenlignet med nuværende guldstandardmetoder til karakterisering og kvantificering af nyrefunktion og fibrose i en kohorte af LKD, modtagere og raske kontroller.

Dette er en eksplorativ undersøgelse. Et nyt og ustandardiseret MR-plaster bestående af flere MR-baserede målinger udført i en enkelt scanning vil blive brugt. Specifikke data til at informere skøn over nøjagtighed og varians for denne metode er ikke tilgængelige. Beregninger af effekt og stikprøvestørrelse er derfor udfordrende at udføre. Desuden er offentliggjorte data om sammenhænge mellem MR-baserede målinger og fibrose heterogene med hensyn til de metoder, der anvendes til at kvantificere fibrose histologisk og tærskler for fibrose.

Forekomsten af ​​fibrose i nyreallotransplantater, som er af primær interesse, forventes at stige fra baseline til det sidste besøg. Baseret på tidligere arbejde forventer vi, at 40-50 % af nyreallotransplantater vil have signifikante niveauer af fibrose efter 2 år (27,28). Det er dog muligt, at nuværende niveauer af fibrose i allotransplantater er lavere end tidligere på grund af optimerede immunsuppressive regimer.

Der er udført flere effektberegninger. Effektstørrelser er baseret på tidligere offentliggjorte data om forskellen og variansen af ​​ASL- og ADC-værdier hos patienter med forskellige niveauer af fibrose. Med en potens på 0,8 og en alfa på 0,05 estimerer vi, at en prøvestørrelse n = 32 vil være tilstrækkelig til at påvise fibrose ved en tærskel på 40 %.

I inklusionsperioden vil LKD og modtagere fra Aalborg- og Aarhus Universitetshospital blive tilbudt at deltage i undersøgelsen. I øjeblikket transplanteres ca. 30-35 levende donorpar årligt. I inklusionsperioden på 2 år tilstræber vi at inkludere 40 levende donorer og modtagere. Med et forventet frafald på 20 % forventes 32 levende donorer og modtagere at gennemføre undersøgelsen.

Multiparametrisk MR mpMRI vil blive udført i henhold til standard operationsprocedure i afdelingen for billeddiagnostik på de deltagende hospitaler.

mpMRI-scanningsprotokollen vil blive udført på en 3 Tesla MR-scanner (General Electrics (GE) Healthcare) og inkluderer følgende MR-foranstaltninger:

• Strukturel T2- og/eller T1-vægtet renal MRI (til volumetrisk måling)
• Diffusionsvægtet billeddannelse (DWI) med b-værdier 0, 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 200, 300, 400, 500, 800 s/mm2
• T1- og T2-kortlægning
• FED MRI med T2*
• ASL perfusion
• Magnetisk resonansangiografi uden kontrast
• Kvantitative flowmålinger i nyrearterierne

Scanningstiden er cirka 60 minutter. I løbet af denne tid vil deltagerne blive bedt om at ligge stille i liggende stilling. Deltagerne skal faste i 3 timer før scanningen og vil blive bedt om at drikke 1 l vand.

Efterbehandling af MR-data vil ske ved hjælp af kommercielt tilgængelig software og analysesoftware udviklet internt i samarbejde med Aalborg- og Aarhus Universitetshospital og Aarhus Universitet.

99mTc-DTPA clearance er en metode til nøjagtig måling af GFR. DTPA-godkendelsen vil blive udført i henhold til standard operationsprocedure på afdelingerne for billeddiagnostik på de deltagende hospitaler.

Allograft biopsi Biopsier vil blive opnået ved hjælp af 18G nål og fikseret i fosfatpufret 4% formaldehyd og indlejret i paraffin og farvet med hæmatoxylin og eosin, periodic acid-Schiff og Masson trichrome.

Kvantitativ histologisk evaluering vil blive brugt til at evaluere biopsier ved hjælp af et Olympus BX50 lysmikroskop (Olympus Danmark, Ballerup, Danmark) udstyret med et tidligere motoriseret trin, og Olympus DP70 digitalkamera koblet til en pc med kommercielt tilgængelig newCAST software (Visiopharm, Hørsholm, Danmark ).

Omfanget af fibrose vil blive kvantificeret ved systematisk evaluering af spredte testpunkter (≈100) på tværs af Masson trichrom-farvede sektioner ved hjælp af en x4 linse (NA 0,13) (29).

Derudover vil biopsier blive evalueret for markører for nyreældning og fibrose:

• p16INK4a pathway aktivering
• klotho
• yderligere markører for nyreældning og fibrose

Blod- og urinprøver Hæmoglobin, hæmatokrit, leukocytter, blodplader, CRP, kreatinin, eGFR, urinstof, natrium, kalium, totalt fosfat, bikarbonat, ioniseret calcium, totalt magnesium, intakt PTH, alkalisk fosfatase, glucose, opløselig klmodotho og sU.

En pleturinprøve vil blive brugt til bestemmelse af u-albumin/kreatinin-forhold, glucose, leukocytter, nitrit, blod og uEGF.

Referencer

1. Nath KA. Tubulointerstitielle ændringer som en væsentlig determinant i udviklingen af ​​nyreskade. American Journal of Kidney Diseases. 1992;20(1):1-17.
2. Eknoyan G, McDonald MA, Appel D, Truong LD. Kronisk tubulo-interstitiel nefritis: Korrelation mellem strukturelle og funktionelle fund. Nyre Int. 1990;38(4):736-43.
3. Park WD, Griffin MD, Cornell LD, Cosio FG, Stegall MD. Fibrose med betændelse efter et år forudsiger transplantationsfunktionsnedgang. Journal of American Society of Nephrology. 2010 Nov;21(11):1987-97.
4. Vadivel N, Tullius SG, Chandraker A. Kronisk allograft nefropati. Semin Nephrol. 2007 Jul;27(4):414-29.
5. Uslu A, Hür E, Şen Ç, Şen S, Akgün A, Taşli FA, et al. I hvilket omfang estimeret eller målt GFR kunne forudsige subklinisk graftfibrose: En sammenlignende prospektiv undersøgelse med protokolbiopsier. Transplant International. 1. maj 2015;28(5):575-81.
6. Mjøen G, Hallan S, Hartmann A, Foss A, Midtvedt K, Øyen O, et al. Langsigtede risici for nyredonorer. Nyre Int. 2014;86(1):162-7.
7. O'Keeffe LM, Ramond A, Oliver-Williams C, Willeit P, Paige E, Trotter P, et al. Mid- og langsigtede sundhedsrisici hos levende nyredonorer. Ann Intern Med [Internet]. 20. februar 2018;168(4):276. Tilgængelig fra: http://annals.org/article.aspx?doi=10.7326/M17-1235
8. Buus NH, Nielsen CM, Skov K, Ibsen L, Krag S, Nyengaard JR. Forudsigelse af nyrefunktion hos levende nyredonorer og modtagere af levende donornyrer ved hjælp af kvantitativ histologi. Transplantation. 2023 Jan 1;107(1):264-73.
9. Cox EF, Buchanan CE, Bradley CR, Prestwich B, Mahmoud H, Taal M, et al. Multiparametrisk nyremagnetisk resonansbilleddannelse: Validering, indgreb og ændringer i kronisk nyresygdom. Front Physiol. 14. september 2017; 8. september (SEP).
10. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM. Funktionel magnetisk resonansbilleddannelse af nyrerne: hvor står vi? Perspektivet for den europæiske COST-aktion PARENCHIMA. Vol. 33, Nefrologi, dialyse, transplantation: officiel publikation af European Dialysis and Transplant Association - European Renal Association. NLM (Medline); 2018.
11. Simms R, Sourbron S. Nylige resultater om den kliniske nytte af renal magnetisk resonansbilleddannelse biomarkører. Nefrologisk dialysetransplantation. 1. juni 2020;35(6):915-9.
12. Francis ST, Selby NM, Taal MW. Magnetisk resonansbilleddannelse til evaluering af nyrestruktur, funktion og patologi: Bevægelse mod klinisk anvendelse. American Journal of Kidney Diseases [Internet]. maj 2023; Tilgængelig fra: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0272638623006303
13. Buchanan CE, Mahmoud H, Cox EF, McCulloch T, Prestwich BL, Taal MW, et al. Kvantitativ vurdering af renale strukturelle og funktionelle ændringer i kronisk nyresygdom ved hjælp af multiparametrisk magnetisk resonansbilleddannelse. Nefrologisk dialysetransplantation. 1. juni 2020;35(6):955-64.
14. Berchtold L, Friedli I, Crowe LA, Martinez C, Moll S, Hadaya K, et al. Validering af den kortikomedullære forskel i magnetisk resonansbilleddannelse-afledt tilsyneladende diffusionskoefficient for nyrefibrosedetektion: En tværsnitsundersøgelse. Nefrologisk dialysetransplantation. 1. juni 2020;35(6):937-45.
15. Sugiyama K, Inoue T, Kozawa E, Ishikawa M, Shimada A, Kobayashi N, et al. Reduceret iltning, men ikke fibrose defineret af funktionel magnetisk resonansbilleddannelse forudsiger den langsigtede progression af kronisk nyresygdom. Nefrologisk dialysetransplantation. 1. juni 2020;35(6):964-70.
16. Berchtold L, Crowe LA, Friedli I, Legouis D, Moll S, de Perrot T, et al. Diffusionsmagnetisk resonansbilleddannelse detekterer en stigning i interstitiel fibrose tidligere end faldet i nyrefunktionen. Nefrologisk dialysetransplantation [Internet]. 1. juli 2020;35(7):1274-6. Tilgængelig fra: https://academic.oup.com/ndt/article/35/7/1274/5803154
17. Selby NM, Blankestijn PJ, Boor P, Combe C, Eckardt KU, Eikefjord E, et al. Magnetisk resonansbilleddannelse biomarkører for kronisk nyresygdom: et positionspapir fra European Cooperation in Science and Technology Action PARENCHIMA. Nephrol skivetransplantation. 2018 1. september;33(2):ii4-14.
18. Docherty MH, O'Sullivan ED, Bonventre JV., Ferenbach DA. Cellulær senescens i nyren. Vol. 30, Journal of the American Society of Nephrology. American Society of Nephrology; 2019. s. 726-36.
19. Van Deursen JM. Aldrende cellers rolle i aldring. Vol. 509, Natur. Nature Publishing Group; 2014. s. 439-46.
20. Melk A, Schmidt BMW, Vongwiwatana A, Rayner DC, Halloran PF. Øget ekspression af senescens-associeret cellecyklushæmmer p16/INK4a i forringede nyretransplantationer og syge indfødte nyrer. American Journal of Transplantation. 2005 Jun;5(6):1375-82.
21. Chan J, Svensson M, Tannæs TM, Waldum-Grevbo B, Jenssen T, Eide IA. Sammenslutninger af serum uromodulin og urin epidermal vækstfaktor med målt glomerulær filtrationshastighed og interstitiel fibrose i nyretransplantation. Am J Nephrol. 2022 1. april;53(2-3):108-17.
22. Yepes-Calderón M, Sotomayor CG, Kretzler M, Gans ROB, Berger SP, Navis GJ, et al. Urin epidermal vækstfaktor/kreatinin-forhold og graftsvigt hos nyretransplanterede modtagere: En prospektiv kohorteundersøgelse. J Clin Med. 1. oktober 2019; 8(10).
23. Köttgen A, Hwang SJ, Larson MG, Van Eyk JE, Fu Q, Benjamin EJ, et al. Uromodulin-niveauer associerer med en almindelig UMOD-variant og risiko for hændelig CKD. Journal of American Society of Nephrology. 2010 Feb;21(2):337-44.
24. Scherberich JE, Gruber R, Nockher WA, Christensen EI, Schmitt H, Herbst V, et al. Serum uromodulin - en markør for nyrefunktion og renal parenkymal integritet. I: Nephrology Dialysis Transplantation. Oxford University Press; 2018. s. 284-95.
25. Cho NJ, Han DJ, Lee JH, Jang SH, Kang JS, Gil HW, et al. Opløselig klotho som markør for nyrefibrose og podocytskader i menneskelige nyrer. PLoS One. 1. marts 2018;13(3).
26. Buchanan S, Combet E, Stenvinkel P, Shiels PG. Klotho, aldring og den svigtende nyre. Vol. 11, Frontiers in Endocrinology. Frontiers Media S.A.; 2020.
27. Nankivell BJ, Borrows RJ, Fung CLS, O'Connell PJ, Allen RDM, Chapman JR. Den naturlige historie af kronisk allograft nefropati. New England Journal of Medicine [Internet]. 2003 Dec 11;349(24):2326-33. Tilgængelig fra: http://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa020009
28. Stegall MD, Park WD, Larson TS, Gloor JM, Cornell LD, Sethi S, et al. Histologien af ​​solitære nyre-allotransplantater 1 og 5 år efter transplantation. American Journal of Transplantation. 2011 Apr;11(4):698-707.
29. Buus NH, Nielsen CM, Skov K, Ibsen L, Krag S, Nyengaard JR. Forudsigelse af nyrefunktion hos levende nyredonorer og modtagere af levende donornyrer ved hjælp af kvantitativ histologi. Transplantation. 2023 Jan 1;107(1):264-73.