Multiparametrische MRT in einer prospektiven Kohorte lebender Nierenspender, Empfänger und gesunder Kontrollpersonen: Korrelationen mit Markern für Nierenfunktion, Fibrose und Alterung (MpRenal)

Die Entwicklung einer Nierenfibrose ist ein charakteristischer Endpunkt verschiedener Nierenerkrankungen und sagt unabhängig voneinander nachteilige Folgen für die Nieren voraus. (1-3) Die häufigste Ursache für ein Nieren-Allotransplantatversagen nach einem Jahr ist eine chronische Allotransplantat-Nephropathie, die durch interstitielle Fibrose und tubuläre Atrophie gekennzeichnet ist. (4) Der Goldstandard und die einzige Methode zur Quantifizierung der Nierenfibrose ist derzeit die Durchführung einer Nierenbiopsie. Obwohl das Risiko von Komplikationen relativ gering ist, ist das Verfahren invasiv und daher nur eingeschränkt für wiederholte Untersuchungen im klinischen Umfeld geeignet. Da in der Regel nur Proben aus der Nierenrinde entnommen werden und die gewonnene Gewebemenge sehr gering ist, kommt es außerdem zu Problemen bei der Probenentnahme, und die Informationen zur gesamten Nierenfibrose sind begrenzt. Die geschätzte glomeruläre Filtrationsrate (eGFR) wird häufig zur Überwachung der Nierenfunktion verwendet, ist jedoch für die Erkennung von Allotransplantatfibrose unempfindlich. (5)

Epidemiologische Daten deuten darauf hin, dass bei Lebendnierenspendern (LKD) im Vergleich zu entsprechenden Nichtspendern ein erhöhtes Risiko für eine Nierenerkrankung im Endstadium besteht. (6,7) Eine geringere Nierenfunktion vor der Spende und ein höheres Alter verstärken das Risiko. In einer aktuellen prospektiven Studie sagte das Volumen der Nierenrinde das Nierenergebnis nach einem Jahr bei LKD voraus. (8)

In den letzten Jahren gab es eine rasante Entwicklung bei Techniken der Magnetresonanztomographie (MRT) der Niere, die eine Beurteilung der gesamten Nierenmorphologie, Mikrostruktur, Hämodynamik, Sauerstoffversorgung und Wasserdiffusion ermöglichen. (9,10) Multiparametrische MRT (mpMRT) bezieht sich auf die Kombination mehrerer MRT-basierter Messungen, die auf unterschiedliche biophysikalische Gewebeeigenschaften in einer einzigen Scan-Sitzung reagieren. Die gewonnenen Informationen könnten möglicherweise ein Mittel zur Charakterisierung mehrerer Aspekte der Nierenfunktion und -morphologie darstellen. (11)

Die MRT-basierten Messungen, die für die klinische Anwendung am vielversprechendsten sind, sind die longitudinale Relaxationszeit (T1), die diffusionsgewichtete Bildgebung (DWI), die vom Blutsauerstoffgehalt abhängige Bildgebung (BOLD) und die arterielle Spinmarkierung (ASL). (12) In einer Querschnittsstudie von Buchanan et al. wurden Patienten mit chronischer Nierenerkrankung (n=22) und gesunde Freiwillige (n=22) mit MRT-basierten Messungen und Nierenbiopsie untersucht. MRT-basierte Messungen waren reproduzierbar und korrelierten mit derzeit verwendeten Methoden zur Messung der Nierenfunktion. (13) Signifikante Unterschiede wurden bei der T1-Kartierung, dem scheinbaren Diffusionskoeffizienten (ADC) und dem ASL bei Personen mit niedrigem und hohem Grad an Nierenfibrose festgestellt. In einer Querschnittsstudie von Berchtold et al. (n = 164) Der kortikomedulläre ADC-Unterschied korrelierte stark mit Nierenfibrose und war unabhängig davon sowohl bei nativen Nieren als auch bei Allotransplantaten assoziiert. (14) In einer neueren prospektiven Studie desselben Autors war der kortikomedulläre ADC-Unterschied prädiktiv für den Rückgang der Nierenfunktion und den Beginn der Dialyse bei Transplantatempfängern und Patienten mit chronischer Nierenerkrankung. Eine durch niedrige BOLD-Werte ermittelte verringerte Sauerstoffversorgung sagte in einer Studie von Sugiyama et al. die Progressionsrate einer chronischen Nierenerkrankung voraus. (15) Interessanterweise fanden Berchtold et al. heraus, dass diffusionsbasierte MRT-Messungen einen Anstieg der Allotransplantatfibrose erkennen ließen, bevor sich Veränderungen in der geschätzten glomerulären Filtrationsrate zeigten. (16)

Bevor die mpMRT der Nieren im klinischen Umfeld eingesetzt werden kann, muss eine umfassendere Evidenzbasis entwickelt werden. Bisher handelte es sich bei klinischen Studien, bei denen MRT-basierte Messungen zum Einsatz kamen, überwiegend um Querschnittsstudien. Bisher wurden nur wenige Studien an lebenden Nierenspendern (LKD) und Nierentransplantatempfängern durchgeführt. Nach unserem besten Wissen wurden keine Studien mit Langzeit-Follow-up einschließlich wiederholter mpMRT, Nierenbiopsien und genauer Messung der glomerulären Filtrationsrate mit DTPA-Clearance durchgeführt. Wiederholte Bildgebung ist notwendig, um festzustellen, wie sich MRT-basierte Messungen im Laufe der Zeit in Verbindung mit derzeit verwendeten Goldstandardmethoden zur Quantifizierung von Nierenfunktion und Fibrose verändern. (17)

Eine beschleunigte Nierenalterung durch Aktivierung des p16INK4a-Signalwegs, die zu zellulärer Seneszenz führt, ist an der Entwicklung von Nierenfibrose beteiligt. (18) Seneszierende Zellen zeichnen sich durch einen irreversiblen Wachstumsstopp aus und weisen einen proinflammatorischen und profibrotischen seneszenten assoziierten sekretorischen Phänotyp (SASP) auf. (19) Dieser biochemische Fußabdruck kann durch Immunhistochemie nachgewiesen werden und kann auf eine Nierenfibrose bei chronischer Nierenerkrankung und Nierentransplantation hinweisen. (20)

Serum-Uromodulin (sUmod) und epidermaler Wachstumsfaktor im Urin (uEGF) stammen aus Nierentubuli und können die funktionelle Nephronmasse widerspiegeln und mit einer Verschlechterung der Nierenfunktion und Fibrose verbunden sein. (21-24)

Klotho, das ursprünglich als Anti-Aging-Gen bekannt war, wird auf den Zelloberflächenmembranen der proximalen und distalen Tubuli exprimiert. Sinkende Mengen an löslichem Klotho gehen mit einer chronischen Nierenerkrankung einher und wurden mit der Entwicklung von Nierenfibrose in Verbindung gebracht. (25,26)

Das übergeordnete Ziel dieser prospektiven Folgestudie besteht darin, den Nutzen wiederholter mpMRT und Biomarker bei der Überwachung der Nierenfunktion und zur Erkennung der Entwicklung von Fibrose bei Nieren-Allotransplantaten zu untersuchen. MRT-basierte Messungen und Biomarker der Nierenalterung und -fibrose werden mit aktuellen Goldstandardmethoden zur Charakterisierung und Quantifizierung von Nierenfunktion und -fibrose in einer Kohorte aus LKD, Empfängern und gesunden Kontrollpersonen verglichen.

Dies ist eine explorative Studie. Es wird ein neuartiges und nicht standardisiertes MRT-Pflaster verwendet, das aus mehreren MRT-basierten Messungen besteht, die in einem einzigen Scan durchgeführt werden. Spezifische Daten zur Schätzung der Genauigkeit und Varianz dieser Methode sind nicht verfügbar. Berechnungen der Trennschärfe und der Stichprobengröße sind daher eine Herausforderung. Darüber hinaus sind die veröffentlichten Daten zu den Beziehungen zwischen MRT-basierten Messungen und Fibrose hinsichtlich der Methoden zur histologischen Quantifizierung der Fibrose und der Schwellenwerte für Fibrose heterogen.

Es wird erwartet, dass die Prävalenz von Fibrose bei Nieren-Allotransplantaten, die von vorrangigem Interesse ist, vom Ausgangswert bis zum letzten Besuch ansteigen wird. Basierend auf früheren Arbeiten gehen wir davon aus, dass 40–50 % der Nieren-Allotransplantate nach 2 Jahren ein erhebliches Maß an Fibrose aufweisen werden (27,28). Es ist jedoch möglich, dass die derzeitigen Fibrosewerte bei Allotransplantaten aufgrund optimierter immunsuppressiver Therapien niedriger sind als früher.

Es wurden mehrere Leistungsberechnungen durchgeführt. Die Effektgrößen basieren auf zuvor veröffentlichten Daten zum Unterschied und zur Varianz der ASL- und ADC-Werte bei Patienten mit unterschiedlichem Fibrosegrad. Mit einer Potenz von 0,8 und einem Alpha von 0,05 schätzen wir, dass eine Stichprobengröße n = 32 ausreicht, um eine Fibrose bei einem Schwellenwert von 40 % zu erkennen.

Während des Einschlusszeitraums wird LKD und Empfängern der Universitätskliniken Aalborg und Aarhus die Teilnahme an der Studie angeboten. Derzeit werden jährlich etwa 30-35 Lebendspenderpaare transplantiert. Während des Einschlusszeitraums von zwei Jahren ist es unser Ziel, 40 Lebendspender und -empfänger einzubeziehen. Bei einer erwarteten Abbrecherquote von 20 % wird erwartet, dass 32 lebende Spender und Empfänger die Studie abschließen.

Multiparametrische MRT mpMRT wird gemäß der Standardarbeitsanweisung in der Abteilung für diagnostische Bildgebung der teilnehmenden Krankenhäuser durchgeführt.

Das mpMRT-Scanprotokoll wird auf einem 3-Tesla-MRT-Scanner (General Electrics (GE) Healthcare) durchgeführt und umfasst die folgenden MRT-Messungen:

• Strukturelles T2- und/oder T1-gewichtetes Nieren-MRT (zur volumetrischen Messung)
• Diffusionsgewichtete Bildgebung (DWI) mit B-Werten 0, 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 200, 300, 400, 500, 800 s/mm2
• T1- und T2-Mapping
• BOLD-MRT mit T2*
• ASL-Perfusion
• Kontrastlose Magnetresonanzangiographie
• Quantitative Flussmessungen in den Nierenarterien

Die Scanzeit beträgt ca. 60 Minuten. Während dieser Zeit müssen die Teilnehmer ruhig in Rückenlage liegen. Die Teilnehmer müssen vor der Untersuchung 3 Stunden lang fasten und werden angewiesen, 1 l Wasser zu trinken.

Die Nachbearbeitung der MRT-Daten erfolgt mit Hilfe kommerziell erhältlicher Software und Analysesoftware, die in Zusammenarbeit mit dem Aalborg- und Aarhus-Universitätskrankenhaus und der Universität Aarhus selbst entwickelt wurde.

Die 99mTc-DTPA-Clearance ist eine Methode zur genauen Messung der GFR. Die DTPA-Freigabe wird gemäß der Standardarbeitsanweisung in den Abteilungen für diagnostische Bildgebung der teilnehmenden Krankenhäuser durchgeführt.

Allotransplantatbiopsie Biopsien werden mit einer 18G-Nadel entnommen und in phosphatgepuffertem 4 % Formaldehyd fixiert und in Paraffin eingebettet und mit Hämatoxylin und Eosin, Periodsäure-Schiff und Masson-Trichrom gefärbt.

Die quantitative histologische Auswertung wird zur Auswertung von Biopsien unter Verwendung eines Olympus BX50-Lichtmikroskops (Olympus Denmark, Ballerup, Dänemark) verwendet, das mit einem vorherigen motorisierten Tisch ausgestattet ist, und einer Olympus DP70-Digitalkamera, die mit einem PC mit handelsüblicher newCAST-Software (Visiopharm, Hørsholm, Dänemark) verbunden ist ).

Das Ausmaß der Fibrose wird durch systematische Auswertung verstreuter Testpunkte (≈100) über die mit Masson-Trichrom gefärbten Abschnitte unter Verwendung einer x4-Linse (NA 0,13) quantifiziert (29).

Darüber hinaus werden Biopsien auf Marker für Nierenalterung und Fibrose untersucht:

• Aktivierung des p16INK4a-Signalwegs
• Klotho
• zusätzliche Marker für Nierenalterung und Fibrose

Blut- und Urinproben Hämoglobin, Hämatokrit, Leukozyten, Blutplättchen, CRP, Kreatinin, eGFR, Harnstoff, Natrium, Kalium, Gesamtphosphat, Bicarbonat, ionisiertes Kalzium, Gesamtmagnesium, intaktes PTH, alkalische Phosphatase, Glucose, lösliches Klotho und Sumod.

Zur Bestimmung des U-Albumin/Kreatinin-Verhältnisses, der Glukose, der Leukozyten, des Nitrits, des Bluts und des uEGF wird eine Punkturinprobe verwendet.

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