Multiparametrisk MR i en potensiell kohort av levende nyredonorer, mottakere og friske kontroller: korrelasjoner med markører for nyrefunksjon, fibrose og aldring (MpRenal)

Utvikling av nyrefibrose er et karakteristisk endepunkt for ulike nyresykdommer og forutsier uavhengig uønskede nyreutfall. (1-3) Den vanligste årsaken til nyreallograftsvikt etter 1 år er kronisk allograftnefropati som er preget av interstitiell fibrose og tubulær atrofi. (4) For tiden er gullstandarden og eneste metode for å kvantifisere nyrefibrose ved å utføre en nyrebiopsi. Selv om risikoen for komplikasjoner er relativt lav, er prosedyren invasiv, noe som begrenser bruken for gjentatte vurderinger i en klinisk setting. Videre, siden bare nyrebarken vanligvis tas prøver og på grunn av den minimale mengden vev som oppnås, er det problemer med prøvetakingsskjevhet og informasjon om total nyrefibrose er begrenset. Estimert glomerulær filtrasjonshastighet (eGFR) er mye brukt for å overvåke nyrefunksjonen, men er ufølsom for å oppdage allograft fibrose. (5)

Epidemiologiske data tyder på at levende nyredonorer (LKD) har økt risiko for nyresykdom i sluttstadiet sammenlignet med matchede ikke-donorer. (6,7) Lavere predonasjonsnyrefunksjon og høyere alder fremhever risikoen. I en nylig prospektiv studie spådde nyrebarkvolum nyreutfall etter 1 år i LKD. (8)

I de senere årene har det vært en rask utvikling innen renal magnetisk resonans imaging (MRI) teknikker, som tillater vurdering av total nyremorfologi, mikrostruktur, hemodynamikk, oksygenering og diffusjon av vann. (9,10) Multiparametrisk MR (mpMRI) refererer til kombinasjonen av flere MR-baserte mål som er følsomme for ulike biofysiske vevsegenskaper i en enkelt skanneøkt. Den innhentede informasjonen kan muligens gi et middel til å karakterisere flere aspekter ved nyrefunksjon og morfologi. (11)

De MR-baserte målene som viser størst løfte for klinisk anvendelse er longitudinell avslapningstid (T1), diffusjonsvektet avbildning (DWI), blodoksygennivåavhengig avbildning (BOLD) og arteriell spinnmerking (ASL). (12) I en tverrsnittsstudie av Buchanan et al, ble pasienter med kronisk nyresykdom (n=22) og friske frivillige (n=22) vurdert med MR-baserte tiltak og nyrebiopsi. MR-baserte mål var reproduserbare og korrelerte med nåværende brukte metoder for måling av nyrefunksjon. (13) Signifikante forskjeller ble funnet i T1-kartlegging, tilsynelatende diffusjonskoeffisient (ADC) og ASL hos personer med lav og høy grad av nyrefibrose. I en tverrsnittsstudie av Berchtold et al. (n = 164) den kortikomedullære ADC-forskjellen var sterkt korrelert til og uavhengig assosiert med nyrefibrose i både innfødte nyrer og allografter. (14) I en nyere prospektiv studie av samme forfatter, var den kortikomedullære ADC-forskjellen prediktiv for nedsatt nyrefunksjon og dialysestart hos transplanterte og pasienter med CKD. Redusert oksygenering bestemt av lav BOLD spådde progresjonshastigheten for kronisk nyresykdom i en studie av Sugiyama et al. (15) Interessant nok fant Berchtold et al at diffusjonsbaserte MR-tiltak oppdaget en økning i allograftfibrose før tilsynelatende endringer i den estimerte glomerulære filtrasjonshastigheten. (16)

Før mpMRI av nyrene kan tas i bruk i klinisk setting er det behov for utvikling av et større evidensgrunnlag. Til dags dato har kliniske studier som benytter MR-baserte tiltak vært for det meste tverrsnitt. Så langt er det kun utført få studier hos levende nyredonorer (LKD) og nyretransplanterte. Så vidt vi vet, er det ikke utført studier med langtidsoppfølging inkludert gjentatt mpMRI, nyrebiopsier og nøyaktig måling av glomerulær filtrasjonshastighet med DTPA-clearance. Gjentatt bildediagnostikk er nødvendig for å fastslå hvordan MR-baserte mål endrer seg over tid i tilknytning til dagens brukte gullstandardmetoder for å kvantifisere nyrefunksjon og fibrose. (17)

Akselerert nyrealdring gjennom aktivering av p16INK4a-veien, som fører til cellulær senescens, er involvert i utviklingen av nyrefibrose. (18) Aldrende celler er karakterisert ved irreversibel vekststans og uttrykker en pro-inflammatorisk og pro-fibrotisk senescerende assosiert sekretorisk fenotype (SASP). (19) Dette biokjemiske fotavtrykket kan påvises ved immunhistokjemi og kan være prediktivt for nyrefibrose ved kronisk nyresykdom og nyretransplantasjon. (20)

Serumuromodulin (sUmod) og urin epidermal vekstfaktor (uEGF) stammer fra nyretubuli og kan reflektere funksjonell nefronmasse og er assosiert med nedsatt nyrefunksjon og fibrose. (21-24)

Klotho, som opprinnelig var kjent som et anti-aldringsgen, kommer til uttrykk på celleoverflatemembranene til proksimale og distale tubuli. Reduserende nivåer av løselig klotho følger med kronisk nyresykdom og har vært knyttet til utvikling av nyrefibrose. (25,26)

Det overordnede målet med denne prospektive oppfølgingsstudien er å undersøke nytten av gjentatte mpMRI og biomarkører for å overvåke nyrefunksjonen og for å oppdage utvikling av fibrose i nyreallotransplantater. MR-baserte mål og biomarkører for nyrealdring og fibrose vil bli sammenlignet med gjeldende gullstandardmetoder for å karakterisere og kvantifisere nyrefunksjon og fibrose i en kohort av LKD, mottakere og friske kontroller.

Dette er en utforskende studie. Et nytt og ustandardisert MR-plaster bestående av flere MR-baserte tiltak utført i en enkelt skanning vil bli brukt. Spesifikke data for å informere estimater av nøyaktighet og varians for denne metoden er ikke tilgjengelig. Beregninger av effekt og utvalgsstørrelse er dermed utfordrende å utføre. Videre er publiserte data om sammenhenger mellom MR-baserte mål og fibrose heterogene når det gjelder metodene som brukes for å kvantifisere fibrose histologisk og terskler for fibrose.

Prevalensen av fibrose i nyreallotransplantater, som er av primær interesse, forventes å øke fra baseline til siste besøk. Basert på tidligere arbeid forventer vi at 40-50 % av nyreallotransplantater vil ha signifikante nivåer av fibrose etter 2 år (27,28). Det er imidlertid mulig at nåværende nivåer av fibrose i allografter er lavere enn tidligere på grunn av optimaliserte immunsuppressive regimer.

Det er utført flere effektberegninger. Effektstørrelser er basert på tidligere publiserte data om forskjellen og variansen mellom ASL- og ADC-verdier hos pasienter med ulike nivåer av fibrose. Med en potens på 0,8 og en alfa på 0,05 anslår vi at en prøvestørrelse n = 32 vil være tilstrekkelig til å oppdage fibrose ved en terskel på 40 %.

I inklusjonsperioden vil LKD og mottakere fra Aalborg- og Aarhus Universitetssykehus få tilbud om å delta i studien. For tiden transplanteres omtrent 30-35 levende donorpar årlig. I løpet av inkluderingsperioden på 2 år har vi som mål å inkludere 40 levende givere og mottakere. Med et forventet frafall på 20 % forventes 32 levende givere og mottakere å fullføre studien.

Multiparametrisk MR mpMRI vil bli utført i henhold til standard operasjonsprosedyre i Avdeling for bildediagnostikk ved de deltakende sykehusene.

mpMRI-skanningsprotokollen vil bli utført på en 3 Tesla MR-skanner (General Electrics (GE) Healthcare) og inkluderer følgende MR-tiltak:

• Strukturell T2- og/eller T1-vektet nyre-MR (for volumetrisk måling)
• Diffusjonsvektet bildebehandling (DWI) med b-verdier 0, 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 200, 300, 400, 500, 800 s/mm2
• T1- og T2-kartlegging
• FET MR med T2*
• ASL perfusjon
• Magnetisk resonansangiografi uten kontrast
• Kvantitative strømningsmålinger i nyrearteriene

Skannetiden er omtrent 60 minutter. I løpet av denne tiden vil deltakerne bli pålagt å ligge stille i ryggleie. Deltakerne må faste i 3 timer før skanningen og vil bli bedt om å drikke 1 l vann.

Etterbehandling av MR-data vil skje ved hjelp av kommersielt tilgjengelig programvare og analyseprogramvare utviklet internt i samarbeid med Aalborg- og Aarhus Universitetssykehus og Aarhus Universitet.

99mTc-DTPA-klaring er en metode for nøyaktig måling av GFR. DTPA-klareringen vil bli utført i henhold til standard operasjonsprosedyre ved avdelingene for bildediagnostikk ved de deltakende sykehusene.

Allograftbiopsi Biopsier vil bli tatt med 18G nål og fiksert i fosfatbufret 4% formaldehyd og innebygd i parafin og farget med hematoksylin og eosin, periodic acid-Schiff og Masson trichrome.

Kvantitativ histologisk evaluering vil bli brukt til å evaluere biopsier ved å bruke et Olympus BX50 lysmikroskop (Olympus Danmark, Ballerup, Danmark) utstyrt med en tidligere motorisert scene, og Olympus DP70 digitalkamera koblet til en PC med kommersielt tilgjengelig newCAST-programvare (Visiopharm, Hørsholm, Danmark ).

Omfanget av fibrose vil kvantifiseres ved systematisk evaluering av spredte testpunkter (≈100) over de Masson-trikromfargede seksjonene ved bruk av en x4-linse (NA 0,13) (29).

I tillegg vil biopsier bli evaluert for markører for nyrealdring og fibrose:

• p16INK4a-veiaktivering
• klotho
• ytterligere markører for nyrealdring og fibrose

Blod- og urinprøver Hemoglobin, hematokrit, leukocytter, blodplater, CRP, kreatinin, eGFR, urea, natrium, kalium, totalt fosfat, bikarbonat, ionisert kalsium, totalt magnesium, intakt PTH, alkalisk fosfatase, glukose, løselig klmodotho og sU.

En punkturinprøve vil bli brukt for å bestemme u-albumin/kreatinin-forhold, glukose, leukocytter, nitritt, blod og uEGF.

Referanser

1. Nath KA. Tubulointerstitielle endringer som en viktig determinant i utviklingen av nyreskade. American Journal of Kidney Diseases. 1992;20(1):1-17.
2. Eknoyan G, McDonald MA, Appel D, Truong LD. Kronisk tubulo-interstitiell nefritt: Korrelasjon mellom strukturelle og funksjonelle funn. Nyre Int. 1990;38(4):736-43.
3. Park WD, Griffin MD, Cornell LD, Cosio FG, Stegall MD. Fibrose med betennelse etter ett år forutsier transplantasjonsfunksjonell nedgang. 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 hvilken grad estimert eller målt GFR kunne forutsi subklinisk graftfibrose: En sammenlignende prospektiv studie med protokollbiopsier. Transplant International. 1. mai 2015;28(5):575-81.
6. Mjøen G, Hallan S, Hartmann A, Foss A, Midtvedt K, Øyen O, et al. Langsiktig risiko 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. Midt- og langsiktig helserisiko hos levende nyredonorer. Ann Intern Med [Internett]. 20. februar 2018;168(4):276. Tilgjengelig fra: http://annals.org/article.aspx?doi=10.7326/M17-1235
8. Buus NH, Nielsen CM, Skov K, Ibsen L, Krag S, Nyengaard JR. Prediksjon av nyrefunksjon hos levende nyredonorer og mottakere av levende donornyrer ved bruk av kvantitativ histologi. Transplantasjon. 1. januar 2023;107(1):264-73.
9. Cox EF, Buchanan CE, Bradley CR, Prestwich B, Mahmoud H, Taal M, et al. Multiparametrisk nyremagnetisk resonansavbildning: Validering, intervensjoner og endringer i kronisk nyresykdom. Front Physiol. 14. september 2017; 8. september (SEP).
10. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM. Funksjonell magnetisk resonansavbildning av nyrene: hvor står vi? Perspektivet til European COST Action PARENCHIMA. Vol. 33, Nefrologi, dialyse, transplantasjon: offisiell publikasjon av European Dialysis and Transplant Association - European Renal Association. NLM (Medline); 2018.
11. Simms R, Sourbron S. Nylige funn om den kliniske nytten av biomarkører for nyremagnetisk resonansavbildning. Nefrologisk dialysetransplantasjon. 1. juni 2020;35(6):915-9.
12. Francis ST, Selby NM, Taal MW. Magnetisk resonansavbildning for å evaluere nyrestruktur, funksjon og patologi: Moving Towards Towards Clinical Application. American Journal of Kidney Diseases [Internett]. mai 2023; Tilgjengelig 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 av renale strukturelle og funksjonelle endringer i kronisk nyresykdom ved bruk av multiparametrisk magnetisk resonansavbildning. Nefrologisk dialysetransplantasjon. 1. juni 2020;35(6):955-64.
14. Berchtold L, Friedli I, Crowe LA, Martinez C, Moll S, Hadaya K, et al. Validering av den kortikomedullære forskjellen i magnetisk resonansavbildning-avledet tilsynelatende diffusjonskoeffisient for påvisning av nyrefibrose: En tverrsnittsstudie. Nefrologisk dialysetransplantasjon. 1. juni 2020;35(6):937-45.
15. Sugiyama K, Inoue T, Kozawa E, Ishikawa M, Shimada A, Kobayashi N, et al. Redusert oksygenering, men ikke fibrose definert av funksjonell magnetisk resonansavbildning, forutsier langsiktig progresjon av kronisk nyresykdom. Nefrologisk dialysetransplantasjon. 1. juni 2020;35(6):964-70.
16. Berchtold L, Crowe LA, Friedli I, Legouis D, Moll S, de Perrot T, et al. Diffusjonsmagnetisk resonansavbildning oppdager en økning i interstitiell fibrose tidligere enn nedgangen i nyrefunksjonen. Nefrologisk dialysetransplantasjon [Internett]. 1. juli 2020;35(7):1274-6. Tilgjengelig 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 resonansavbildning biomarkører for kronisk nyresykdom: et posisjonspapir fra European Cooperation in Science and Technology Action PARENCHIMA. Nephrol-skivetransplantasjon. 1. september 2018;33(2):ii4-14.
18. Docherty MH, O'Sullivan ED, Bonventre JV., Ferenbach DA. Cellulær senescens i nyrene. Vol. 30, Journal of the American Society of Nephrology. American Society of Nephrology; 2019. s. 726-36.
19. Van Deursen JM. Rollen til senescentceller i aldring. Vol. 509, Natur. Nature Publishing Group; 2014. s. 439-46.
20. Melk A, Schmidt BMW, Vongwiwatana A, Rayner DC, Halloran PF. Økt ekspresjon av senescensassosiert cellesyklushemmer p16/INK4a ved forverrede nyretransplantasjoner og syke innfødte 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. Assosiasjoner av serum uromodulin og urin epidermal vekstfaktor med målt glomerulær filtrasjonshastighet og interstitiell fibrose ved nyretransplantasjon. 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 vekstfaktor/kreatinin-forhold og graftsvikt hos nyretransplanterte: En prospektiv kohortstudie. J Clin Med. 1. oktober 2019; 8(10).
23. Köttgen A, Hwang SJ, Larson MG, Van Eyk JE, Fu Q, Benjamin EJ, et al. Uromodulinnivåer assosieres med en vanlig UMOD-variant og risiko for 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 nyrefunksjon 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. Løselig klotho som en markør for nyrefibrose og podocyttskader i menneskelige nyrer. PLoS One. 1. mars 2018;13(3).
26. Buchanan S, Combet E, Stenvinkel P, Shiels PG. Klotho, aldring og den sviktende nyren. Vol. 11, Frontiers in Endocrinology. Frontiers Media S.A.; 2020.
27. Nankivell BJ, Borrows RJ, Fung CLS, O'Connell PJ, Allen RDM, Chapman JR. Naturhistorien til kronisk allograft nefropati. New England Journal of Medicine [Internett]. 11. desember 2003;349(24):2326-33. Tilgjengelig 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 til solitære nyreallotransplantater 1 og 5 år etter transplantasjon. American Journal of Transplantation. 2011 april;11(4):698-707.
29. Buus NH, Nielsen CM, Skov K, Ibsen L, Krag S, Nyengaard JR. Prediksjon av nyrefunksjon hos levende nyredonorer og mottakere av levende donornyrer ved bruk av kvantitativ histologi. Transplantasjon. 1. januar 2023;107(1):264-73.