Multiparametrisk MRT i en potentiell kohort av levande njurdonatorer, mottagare och friska kontroller: korrelationer med markörer för njurfunktion, fibros och åldrande (MpRenal)

Utveckling av njurfibros är en karakteristisk slutpunkt för olika njursjukdomar och förutsäger oberoende negativa njurresultat. (1-3) Den vanligaste orsaken till njurtransplantatsvikt efter 1 år är kronisk allotransplantatnefropati som kännetecknas av interstitiell fibros och tubulär atrofi. (4) För närvarande är guldstandarden och den enda metoden för att kvantifiera njurfibros genom att utföra en njurbiopsi. Även om risken för komplikationer är relativt låg är proceduren invasiv, vilket begränsar dess användning för upprepade bedömningar i en klinisk miljö. Dessutom, eftersom endast njurbarken vanligtvis provtas och på grund av den minimala mängden vävnad som erhålls finns det problem med provtagningsbias och information om total njurfibros är begränsad. Uppskattad glomerulär filtrationshastighet (eGFR) används ofta för att övervaka njurfunktionen men är okänslig för att upptäcka allotransplantatfibros. (5)

Epidemiologiska data tyder på att levande njurdonatorer (LKD) löper ökad risk för njursjukdom i slutstadiet jämfört med matchade icke-donatorer. (6,7) Lägre predonationsnjurfunktion och högre ålder accentuerar risken. I en nyligen genomförd prospektiv studie förutspådde volymen av njurbarken njurutfallet efter 1 år i LKD. (8)

Under de senaste åren har det skett en snabb utveckling inom njurmagnetisk resonanstomografi (MRI) tekniker, vilket möjliggör bedömning av total njurmorfologi, mikrostruktur, hemodynamik, syresättning och diffusion av vatten. (9,10) Multiparametrisk MRT (mpMRI) avser kombinationen av flera MRT-baserade mätningar som är känsliga för olika biofysiska vävnadsegenskaper i en enda skanningssession. Den erhållna informationen skulle möjligen kunna ge ett sätt att karakterisera flera aspekter av njurfunktion och morfologi. (11)

De MRT-baserade mått som visar störst löfte för klinisk tillämpning är longitudinell relaxationstid (T1), diffusionsviktad avbildning (DWI), blodsyrenivåberoende avbildning (BOLD) och arteriell spinnmärkning (ASL). (12) I en tvärsnittsstudie av Buchanan et al, utvärderades patienter med kronisk njursjukdom (n=22) och friska frivilliga (n=22) med MRT-baserade mätningar och njurbiopsi. MRT-baserade mätningar var reproducerbara och korrelerade med för närvarande använda metoder för att mäta njurfunktion. (13) Signifikanta skillnader hittades i T1-kartläggning, skenbar diffusionskoefficient (ADC) och ASL hos personer med låg och hög grad av njurfibros. I en tvärsnittsstudie av Berchtold et al. (n = 164) den kortikomedullära ADC-skillnaden var starkt korrelerad till och oberoende associerad med njurfibros i både naturliga njurar och allotransplantat. (14) I en nyare prospektiv studie av samma författare, var den kortikomedullära ADC-skillnaden förutsägande för njurfunktionsnedgång och dialysinitiering hos transplanterade mottagare och patienter med CKD. Minskad syresättning bestämd av låg BOLD förutspådde progressionshastigheten för kronisk njursjukdom i en studie av Sugiyama et al. (15) Intressant nog fann Berchtold et al att diffusionsbaserade MRI-mätningar upptäckte en ökning av allograftfibros före uppenbara förändringar i den uppskattade glomerulära filtrationshastigheten. (16)

Innan mpMRI av njurarna kan användas i den kliniska miljön finns det ett behov av utveckling av en större evidensbas. Hittills har kliniska studier med MRT-baserade mätningar varit mestadels tvärsnittsstudier. Hittills har endast ett fåtal studier utförts på levande njurdonatorer (LKD) och njurtransplanterade. Så vitt vi vet har inga studier utförts med långtidsuppföljning inklusive upprepad mpMRI, njurbiopsier och noggrann mätning av glomerulär filtrationshastighet med DTPA-clearance. Upprepad avbildning är nödvändig för att fastställa hur MRT-baserade mått förändras över tid i samband med idag använda guldstandardmetoder för att kvantifiera njurfunktion och fibros. (17)

Accelererat njuråldrande genom aktivering av p16INK4a-vägen, vilket leder till cellulär åldrande, är involverad i utvecklingen av njurfibros. (18) Åldrande celler kännetecknas av irreversibel tillväxtstopp och uttrycker en pro-inflammatorisk och pro-fibrotisk senescentassocierad sekretorisk fenotyp (SASP). (19) Detta biokemiska fotavtryck kan detekteras med immunhistokemi och kan förutsäga njurfibros vid kronisk njursjukdom och njurtransplantation. (20)

Serumuromodulin (sUmod) och urin epidermal tillväxtfaktor (uEGF) kommer från njurtubuli och kan reflektera funktionell nefronmassa och är associerade med njurfunktionsnedgång och fibros. (21-24)

Klotho, som från början var känd som en anti-aging-gen, uttrycks på cellytmembranen i proximala och distala tubuli. Minskande nivåer av lösligt klotho åtföljer kronisk njursjukdom och har kopplats till utvecklingen av njurfibros. (25,26)

Det övergripande syftet med denna prospektiva uppföljningsstudie är att undersöka användbarheten av upprepad mpMRI och biomarkörer för att övervaka njurfunktionen och för att detektera utvecklingen av fibros i njurallotransplantat. MRT-baserade mätningar och biomarkörer för njuråldring och fibros kommer att jämföras med nuvarande guldstandardmetoder för att karakterisera och kvantifiera njurfunktion och fibros i en kohort av LKD, mottagare och friska kontroller.

Detta är en explorativ studie. Ett nytt och ostandardiserat MRT-plåster som består av flera MRT-baserade åtgärder utförda i en enda skanning kommer att användas. Specifika data för att informera om uppskattningar av noggrannhet och varians för denna metod är inte tillgänglig. Beräkningar av effekt och urvalsstorlek är därför utmanande att utföra. Vidare är publicerade data om sambanden mellan MRT-baserade mätningar och fibros heterogena vad gäller de metoder som används för att kvantifiera fibros histologiskt och trösklar för fibros.

Prevalensen av fibros i njurallotransplantat, vilket är av primärt intresse, förväntas öka från baslinjen till det sista besöket. Baserat på tidigare arbete förväntar vi oss att 40-50 % av njurtransplantat kommer att ha signifikanta nivåer av fibros efter 2 år (27,28). Det är emellertid möjligt att nuvarande nivåer av fibros i allotransplantat är lägre än tidigare på grund av optimerade immunsuppressiva regimer.

Flera effektberäkningar har utförts. Effektstorlekar har baserats på tidigare publicerade data om skillnaden och variansen mellan ASL- och ADC-värden hos patienter med olika nivåer av fibros. Med en potens på 0,8 och en alfa på 0,05 uppskattar vi att en provstorlek n = 32 kommer att vara tillräcklig för att upptäcka fibros vid en tröskel på 40 %.

Under inklusionsperioden kommer LKD och mottagare från Aalborg- och Aarhus Universitetssjukhus att erbjudas att delta i studien. För närvarande transplanteras cirka 30-35 levande donatorpar årligen. Under inkluderingsperioden på 2 år siktar vi på att inkludera 40 levande givare och mottagare. Med ett förväntat avhopp på 20 % förväntas 32 levande givare och mottagare slutföra studien.

Multiparametrisk MR mpMRI kommer att utföras enligt standardoperationsproceduren vid avdelningen för bilddiagnostik på de deltagande sjukhusen.

mpMRI-skanningsprotokollet kommer att utföras på en 3 Tesla MRI-skanner (General Electrics (GE) Healthcare) och inkluderar följande MRT-åtgärder:

• Strukturell T2- och/eller T1-vägd njur-MR (för volymetrisk mätning)
• Diffusionsviktad avbildning (DWI) med b-värden 0, 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 200, 300, 400, 500, 800 s/mm2
• T1- och T2-mappning
• FET MRI med T2*
• ASL perfusion
• Magnetisk resonansangiografi utan kontrast
• Kvantitativa flödesmätningar i njurartärerna

Skanningstiden är cirka 60 minuter. Under denna tid kommer deltagarna att behöva ligga stilla i ryggläge. Deltagarna kommer att behöva fasta i 3 timmar före skanningen och kommer att instrueras att dricka 1 l vatten.

Efterbehandling av MR-data kommer att göras med hjälp av kommersiellt tillgänglig mjukvara och analysmjukvara som utvecklats internt i samarbete med Aalborg- och Aarhus Universitetssjukhus och Aarhus universitet.

99mTc-DTPA clearance är en metod för att noggrant mäta GFR. DTPA-clearancen kommer att utföras enligt standardoperationsprocedur vid avdelningarna för bilddiagnostik på de deltagande sjukhusen.

Allotransplantatbiopsi Biopsier kommer att erhållas med 18G nål och fixeras i fosfatbuffrad 4% formaldehyd och inbäddad i paraffin och färgas med hematoxylin och eosin, perjodsyra-Schiff och Masson-trikrom.

Kvantitativ histologisk utvärdering kommer att användas för att utvärdera biopsier med hjälp av ett Olympus BX50 ljusmikroskop (Olympus Danmark, Ballerup, Danmark) utrustat med en tidigare motoriserad scen, och Olympus DP70 digitalkamera ansluten till en PC med kommersiellt tillgänglig newCAST-mjukvara (Visiopharm, Hørsholm, Danmark ).

Omfattningen av fibros kommer att kvantifieras genom systematisk utvärdering av spridda testpunkter (≈100) över Masson-trikromfärgade sektioner med hjälp av en x4-lins (NA 0,13) (29).

Dessutom kommer biopsier att utvärderas för markörer för njuråldring och fibros:

• p16INK4a-vägaktivering
• klotho
• ytterligare markörer för njuråldring och fibros

Blod- och urinprov Hemoglobin, hematokrit, leukocyter, blodplättar, CRP, kreatinin, eGFR, urea, natrium, kalium, totalt fosfat, bikarbonat, joniserat kalcium, totalt magnesium, intakt PTH, alkaliskt fosfatas, glukos, lösligt klmodoto och sU.

Ett punkturinprov kommer att användas för bestämning av förhållandet u-albumin/kreatinin, glukos, leukocyter, nitrit, blod och uEGF.

Referenser

1. Nath KA. Tubulointerstitiell förändring som en viktig faktor i utvecklingen av njurskada. American Journal of Kidney Diseases. 1992;20(1):1-17.
2. Eknoyan G, McDonald MA, Appel D, Truong LD. Kronisk tubulo-interstitiell nefrit: Korrelation mellan strukturella och funktionella fynd. Kidney Int. 1990;38(4):736-43.
3. Park WD, Griffin MD, Cornell LD, Cosio FG, Stegall MD. Fibros med inflammation efter ett år förutsäger transplantationsfunktionsnedgång. Journal of the American Society of Nephrology. 2010 nov;21(11):1987-97.
4. Vadivel N, Tullius SG, Chandraker A. Chronic Allograft Nephropathy. Semin Nephrol. 2007 jul;27(4):414-29.
5. Uslu A, Hür E, Şen Ç, Şen S, Akgün A, Taşli FA, et al. I vilken utsträckning uppskattad eller uppmätt GFR kunde förutsäga subklinisk transplantatfibros: En jämförande prospektiv studie med protokollbiopsier. Transplant International. 1 maj 2015;28(5):575-81.
6. Mjøen G, Hallan S, Hartmann A, Foss A, Midtvedt K, Øyen O, et al. Långsiktiga risker för njurdonatorer. Kidney Int. 2014;86(1):162-7.
7. O'Keeffe LM, Ramond A, Oliver-Williams C, Willeit P, Paige E, Trotter P, et al. Medellång och lång sikt hälsorisker hos levande njurdonatorer. Ann Intern Med [Internet]. 2018 feb 20;168(4):276. Tillgänglig från: http://annals.org/article.aspx?doi=10.7326/M17-1235
8. Buus NH, Nielsen CM, Skov K, Ibsen L, Krag S, Nyengaard JR. Förutsägelse av njurfunktion hos levande njurdonatorer och mottagare av levande donatornjurar med hjälp av kvantitativ histologi. Transplantation. 1 januari 2023;107(1):264-73.
9. Cox EF, Buchanan CE, Bradley CR, Prestwich B, Mahmoud H, Taal M, et al. Multiparametrisk njurmagnetisk resonanstomografi: Validering, interventioner och förändringar vid kronisk njursjukdom. Front Physiol. 2017 14 september; 8(SEP).
10. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM. Funktionell magnetisk resonanstomografi av njurarna: var står vi? Perspektivet för den europeiska COST-åtgärden PARENCHIMA. Vol. 33, Nefrologi, dialys, transplantation: officiell publikation av European Dialysis and Transplant Association - European Renal Association. NLM (Medline); 2018.
11. Simms R, Sourbron S. Nya fynd om den kliniska nyttan av biomarkörer för njurmagnetisk resonanstomografi. Nefrologisk dialystransplantation. 1 juni 2020;35(6):915-9.
12. Francis ST, Selby NM, Taal MW. Magnetisk resonanstomografi för att utvärdera njurstruktur, funktion och patologi: Moving Towards Clinical Application. American Journal of Kidney Diseases [Internet]. 2023 maj; Tillgänglig från: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0272638623006303
13. Buchanan CE, Mahmoud H, Cox EF, McCulloch T, Prestwich BL, Taal MW, et al. Kvantitativ bedömning av njurstrukturella och funktionella förändringar vid kronisk njursjukdom med hjälp av multiparametrisk magnetresonanstomografi. Nefrologisk dialystransplantation. 2020 1 juni;35(6):955-64.
14. Berchtold L, Friedli I, Crowe LA, Martinez C, Moll S, Hadaya K, et al. Validering av den kortikomedullära skillnaden i magnetisk resonansavbildning härledd skenbar diffusionskoefficient för njurfibrosdetektering: en tvärsnittsstudie. Nefrologisk dialystransplantation. 1 juni 2020;35(6):937-45.
15. Sugiyama K, Inoue T, Kozawa E, Ishikawa M, Shimada A, Kobayashi N, et al. Minskad syresättning men inte fibros definierad av funktionell magnetisk resonanstomografi förutsäger den långsiktiga utvecklingen av kronisk njursjukdom. Nefrologisk dialystransplantation. 2020 1 juni;35(6):964-70.
16. Berchtold L, Crowe LA, Friedli I, Legouis D, Moll S, de Perrot T, et al. Diffusionsmagnetisk resonanstomografi detekterar en ökning av interstitiell fibros tidigare än nedgången i njurfunktionen. Nefrologi Dialystransplantation [Internet]. 1 juli 2020;35(7):1274-6. Tillgänglig från: 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. Biomarkörer för magnetisk resonanstomografi för kronisk njursjukdom: ett positionsdokument från European Cooperation in Science and Technology Action PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplantation. 2018 sep 1;33(2):ii4-14.
18. Docherty MH, O'Sullivan ED, Bonventre JV, Ferenbach DA. Cellulär senescens i njuren. Vol. 30, Journal of the American Society of Nephrology. American Society of Nephrology; 2019. sid. 726-36.
19. Van Deursen JM. Åldrande cellers roll i åldrandet. Vol. 509, Natur. Nature Publishing Group; 2014. sid. 439-46.
20. Melk A, Schmidt BMW, Vongwiwatana A, Rayner DC, Halloran PF. Ökat uttryck av senescensassocierad cellcykelinhibitor p16/INK4a i försämrade njurtransplantationer och sjuka inhemska njurar. American Journal of Transplantation. 2005 Jun;5(6):1375-82.
21. Chan J, Svensson M, Tannæs TM, Waldum-Grevbo B, Jenssen T, Eide IA. Associationer av serum uromodulin och urinvägs epidermal tillväxtfaktor med uppmätt glomerulär filtrationshastighet och interstitiell fibros vid njurtransplantation. 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 tillväxtfaktor/kreatininförhållande och transplantatsvikt hos njurtransplanterade mottagare: 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 associerar med en vanlig UMOD-variant och risk för incident CKD. Journal of the 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 markör för njurfunktion och renal parenkymal integritet. I: Nephrology Dialysis Transplantation. Oxford University Press; 2018. sid. 284-95.
25. Cho NJ, Han DJ, Lee JH, Jang SH, Kang JS, Gil HW, et al. Löslig klotho som markör för njurfibros och podocytskador i mänskliga njurar. PLoS One. 2018 mars 1;13(3).
26. Buchanan S, Combet E, Stenvinkel P, Shiels PG. Klotho, åldrande och den sviktande njuren. 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 naturliga historien om kronisk allograftnefropati. New England Journal of Medicine [Internet]. 2003 Dec 11;349(24):2326-33. Tillgänglig från: http://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa020009
28. Stegall MD, Park WD, Larson TS, Gloor JM, Cornell LD, Sethi S, et al. Histologin för ensamma njurallotransplantat vid 1 och 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. Förutsägelse av njurfunktion hos levande njurdonatorer och mottagare av levande donatornjurar med hjälp av kvantitativ histologi. Transplantation. 1 januari 2023;107(1):264-73.