Stamcelleterapi for mikrovaskulær skade assosiert med iskemisk nefropati

edmund.chen@wecistanche.com

Abstrakt:Iskemisk nefropati reflekterer det progressive tapet avnyrefunksjonpå grunn av store kar aterosklerotisk okklusiv sykdom. Nyere studier indikerer at denne prosessen er preget av mikrovaskulær sjeldenhet, økt vevshypoksi og aktivering av inflammatoriske prosesser med vevsskade. Denne gjennomgangen oppsummerer begrunnelsen og anvendelsen av funksjonell MR-avbildning for å evaluere oksygenering av vev hos mennesker som definerer grensene for nyretilpasning til en reduksjon i blodkar, utvikling av stadig mer alvorlig vevshypoksi og rekruttering av inflammatoriske skadeveier ved iskemisk nefropati. Humane mesenkymale stromale/stamceller (MSC) er i stand til å modifisere angiogene veier og immunresponser, men styrken til disse effektene varierer mellom individer og ulike kliniske egenskaper, inkludert alder og kroniskenyresykdomog nivåer av hypoksi. Vi oppsummerer nylig fullførte first-in-human-studier som bruker en intrarenal infusjon av autolog fettavledet MSC hos mennesker med iskemisk nefropati som viser en økning i blodfølging og reduksjon i vevshypoksi i samsvar med delvis reparasjon av mikrovaskulær skade, selv uten gjenoppretting. hovednyrearterieblodstipendiat. Inflammatoriske biomarkører i nyrevenen til poststenotisknyrerfalt etter MSC-infusjon. Disse endringene var assosiert med beskjedne, men signifikante doserelaterte økninger inyrefunksjon.Disse dataene støtter en rolle for autolog MSC i reparasjon av mikrovaskulær skade assosiert med vevshypoksi.

CISTANCHE VIL FORBEDRE NYRE-/NYREFUNKSJONEN

IntroduksjonEpidemiologiske studier identifiserer tap avnyrefunksjonsom en stor risikofaktor for kardiovaskulære hendelser og død. Behandlingsmuligheter for mange former for akutt og kronisknyresykdom(CKD) er begrenset utover tiltak for å redusere systemisk blodtrykk og unngå hyperfiltrasjonsskade. Nyere studier i gnagermodeller indikerer et bemerkelsesverdig potensial for mesenkymale stromale/stamcellebaserte terapier for å gunstig påvirkenyreallograft overlevelse og utvinning fra akuttnyreskade(AKI) og noen former for kroniskenyresykdominkludert diabetes og lupus nefritis, som har blitt gjennomgått [1]. De unike egenskapene tilnyremikrosirkulasjon gjørenyrespesielt utsatt for iskemisk skade. Hvordan disse dataene oversettes til menneskelige lidelser er fortsatt dårlig forstått. Målet med denne gjennomgangen var å oppsummere de første studiene med autolog MSC hos mennesker med iskemisk nefropati på grunn av aterosklerotisk vaskulær sykdom inyre

Nøkkelord:iskemisk nefropati; nyrearteriestenose; oksygenering av vev; Kronisk nyre sykdom;nyrefunksjon

Renovaskulær sykdom og mikrovaskulær skadeStorkar aterosklerotisk renovaskulær sykdom (ARVD) er svært utbredt i eldre populasjoner som følge av nyrearteriestenose. Denne prosessen utvikler seg gradvis over mange år og akselereres av dyslipidemi, diabetes, hypertensjon, røyking og andre aterosklerotiske risikofaktorer. Når lumenokklusjon når en "kritisk" terskel, vanligvis identifisert som mer enn 70–80 prosent karokklusjon, begynner distale perfusjonstrykk og blodkarer å falle målbart [2] (Figur 1). En rik litteratur om hypertensjon har koblet tap av nyreperfusjonstrykk med aktivering av flere pressorveier som produserer og akselererer renovaskulær hypertensjon, inkludert renin-angiotensin-aldosteron-systemet [3]. Mens revaskularisering av hovednyrearterie tidligere var den primære metoden for å behandle ARVD og renovaskulær hypertensjon, har fremskritt innen antihypertensiv medikamentell behandling de siste årene gjort optimalisert medisinsk terapi til bærebjelken i behandlingen og kan ofte oppnå målblodtrykk med suksess. En konsekvens av vellykket medisinsk behandling har vært en markant reduksjon i revaskulariseringsprosedyrer. Som et resultat blir mange individer nå utsatt for redusert nyreblod- og distale perfusjonstrykk i lengre perioder, noen ganger mange år. Vedvarende tap av blodkar og påfølgende tap avnyrefunksjonhar blitt betegnet som "iskemisk nefropati".

Viktigere er at ARVD med store kar fører til distale mikrovaskulære forstyrrelser med tap av kar med middels og liten diameter og til slutt med parenkymal fifibrose [5,6] (Figur 2). Tap av renal mikrovaskulaturintegritet har blitt identifisert som en vanlig siste vei for andrenyresykdommer også, inkludert diabetisk nefropati, fedme og nefrosklerose [7]. Mens ARVD i utgangspunktet manifesterer seg som en hemodynamisk lidelse som noen ganger kan reverseres med gjenoppretting av fartøyets åpenhet, vil påfølgende mikrovaskulær remodellering og sjeldenhet til slutt ikke være reversibel. En følgeobservasjon er at selv endovaskulær reparasjon med arteriell dilatasjon og stenting ofte ikke klarer å gjenopprette fulle nivåer av blodstrøm og gjenopprette glomerulær filtrasjon [8,9]. Unnlatelse av å komme segnyrefunksjonetter revaskularisering er assosiert med forført langtidsoverlevelse og økt behov for nyreerstatningsterapi som dialyse og/eller transplantasjon [90]. I løpet av de siste tiårene har ARVD blitt oftere assosiert med sluttstadium nyresykdom (ESRD) og markert

Iskemisk nefropati og renal oksygeneringI motsetning til hjertet eller hjernen, er hele nyren vesentlig overparfymert i forhold til dens metabolske energibehov [13]. Som et resultat begrenser flere intrarenale reguleringsmekanismer både oksygenering innenfor de kortikale segmentene (f.eks. som et resultat av arteriovenøse shunts og lokale restriksjoner for oksygendiffusjon) og resulterer i funksjonelle lokale gradienter. Arteriovenøs shunting reduserer oksygenspenningene i nyrebarken mot nivåer på 55-60 mm Hg, en tydelig nedgang fra 85-90 mm Hg i den normale nyrearterien [14,15]. Den normalt fungerende nyren viser markant forskjellige regionale nivåer av oksygenering av vev på grunn av begrenset post-glomerulær blodstrøm til medulla og økt oksygenforbruk assosiert med energiavhengig rørformet transport av oppløste stoffer [15,16]. Medullær oksygenering kan være så lav som 10-15 mm Hg i en normalt fungerende tilstand, noe som noen hevder gjør den unikt mottakelig for akuttnyreskadenår nefrotoksiske fornærmelser legges over hverandre [17]. Erkjennelsen av disse perfusjonsegenskapene og at ARVD er svært utbredt førte til at noen forfattere betegnet tap av nyrefunksjon utover en stenotisk lesjon som iskemisk nefropati18, forutsatt at tap av blodstrøm må indusere hypoksisk vevsskade [19].

Funksjonell evaluering av oksygenering av nyrevev hos mennesker har bare vært mulig siden introduksjonen av blodoksygennivåavhengig magnetisk resonansavbildning (FET MRI) [20] (Figur 1). Denne metoden avhenger av den paramagnetiske egenskapen til deoksygenert hemoglobin som modifiserer magnetisk omstilling etter en Fifield-forstyrrelse, mens oksygenert hemoglobin ikke har noe aktivt magnetisk moment [21]. Derfor er den målte hastigheten for rejustering (uttrykt som R2*) en direkte refleksjon av andelen av oksygenert hemoglobin i spesifikt vokselholdig blod. De normale oksygeneringsnivåene i nyrene varierer over de bratteste segmentene av hemoglobin-dissosiasjonskurven, noe som gjør dette til et spesielt egnet verktøy for dette organet. Studier som bruker BOLD MRI understreker behovet for tett standardisering knyttet til natriuminntak, vanndrivende bruk og vanninntak, da selv beskjedne endringer i disse parameterne har målbare effekter på lokale nivåer av vevsdeoksygenering. Disse reflekterer endringer i oksygenforbruk assosiert med transport av løse stoffer og vann i margsegmentene [22–24]. Med nøye oppmerksomhet på slike faktorer, tillater BOLD-avbildning identifikasjon av endringer i kortikal og medullær nyreoksygenering assosiert med kronisknyresykdom[25,26], vaskulær okklusiv sykdom, medikamentell behandling, akutt nyreskade etter kontrastinjeksjon og andre tilstander [27,28].

CISTANCHE VIL FORBEDRE NYRE/NYRE DIALYSEN

Vår forskningsgruppe har benyttet systematisk BOLD-avbildning av nyrene hos mennesker med ARVD og med essensiell hypertensjon, spesielt for å undersøke nivået av iskemi assosiert med ARVD. Disse studiene tillot også gjentatte målinger av både kortikale og medullære blodkarer for hver nyre ved bruk av sentral venøs kontrast CT-avbildning som tidligere beskrevet. natriuminntak og standardisert medisinadministrasjon [30,31]. Alt i altnyrefunksjonble moderat redusert med en øvre grense for serumkreatinin under 2,5 mg/dL, delvis på grunn av asymmetrisk tap av nyrevev assosiert med kompensatorisk hypertrofi og hyperfiltrering i den kontralaterale nyren. Vi forventet at reduserte blodkar ville forstørre målbar hypoksisk skade, spesielt innenfor dype medullære områder kjent for å ha redusert oksygenering under normale forhold. Noe uventet etablerte disse studiene et bemerkelsesverdig spekter av tilpasning med bevarte oksygengradienter i poststenotiske nyrer til tross for betydelige reduksjoner i blodprøver både til cortex og medulla, lavere nyreparenkymalt volum og redusert oppløst stofffiltrering. Både kortikale og medullære oksygeneringsmålinger var godt bevart til tross for blodkartreduksjoner på opptil 40 prosent [31]. Delvis reflekterte dette rikelige reserver av oksygenering i kortikale strukturer og redusert medullært oksygenforbruk som et resultat av lavere filtrering og transport av oppløste stoffer. Disse dataene gir fysiologisk bekreftelse på motstandskraft i en normal menneskelig nyre som tillater gradvis hemodynamisk kompromiss å utvikle seg med bevart strukturell integritet til tross for gradvis progressivt tap av nyrefunksjon assosiert med ARVD. Disse observasjonene ble bekreftet og utvidet med transjugulære biopsier av post-stenotiske nyrer som viser bemerkelsesverdig intakte tubulære og glomerulære strukturer, selv om glomerulære volummålinger bekrefter redusert perfusjon [32]. Disse undersøkelsesdataene gir et fysiologisk grunnlag for observasjonen at mange pasienter med moderat ARVD kan behandles i mange år med stabil CKD uten progressiv skade [8,33].

Denne tilpasningsevnen har imidlertid grenser. Etter hvert som poststenotiske personer faller til mer alvorlige nivåer, reduseres både nyrevolum og mikrovaskulære strukturer. Studier som bruker BOLD-avbildning bekrefter utviklingen av patologisk vevshypoksi i nyrebarken og utvidet medullær deoksygenering med kritisk tap av blodkart og renal parenkymstørrelse [34]. Når alvorlige restriksjoner er på plass i lengre perioder, følger gjenoppretting av blod fra store kar av endovaskulær dilatasjon og stentplassering klarer ikke å gjenopprette mikrovaskulære strukturer og/eller GFR i eksperimentelle studier [35]. Figur 2 illustrerer dette punktet i en svinemodell av ARVD som utvikler seg sakte over 6–12 uker på en måte som ligner på menneskelig ARVD. Disse observasjonene forsterker unnlatelsen av å gjenopprette GFR konsekvent i humane forsøk med revaskularisering [8,36]. Samlet indikerer disse dataene at makrovaskulær sykdom og tap av parenkymal nyreperfusjon til slutt fører til sjeldenheten av mikrovaskulære strukturer i nyrene som reduserer nyrefunksjonen, ofte irreversibelt.

CISTANCHE VIL FORBEDRE NYRE-/NYREFEILT

Vevshypoksi og inflammatorisk skadeNyere studier understreker den sentrale rollen til inflammatoriske cytokiner og cellulær infiltrasjon i både eksperimentell og human nyresykdom. Det har vært mistanke om at ARVD kan være assosiert med forstyrret lokal og cellulær immunitet selv før det påvirker nyreblodkart [37]. Under normale forhold er nesten ingen identifiserbare T-celler eller makrofager synlige i nyreparenkymet. Etter en akutt skade kan det observeres en viss grad av makrofaginfiltrasjon. Funksjonelle roller til inflammatoriske celler gjennomgår komplekse fenotypiske skift (beskrevet som M1 til M2 variasjoner i polaritet) som modifiserer cellulær funksjon fra fagocytiske til reparative strukturelle handlinger, inkludert dannelsen av nye mikrokar og tubulær regenerering [38,39]. Mekanismene som styrer T-celle- og makrofagfunksjoner er komplekse og dynamiske, og varierer betydelig under forskjellige forhold. En voksende mengde bevis indikerer at overgangen fra akutt nyreskade (AKI) til kronisknyresykdom(CKD) reflekterer inflammatoriske veier med fenotypisk retning til fifibrose og tap av 5ubuleglomerulær strukturell integritet [38,40]. Våre studier på mennesker med ARVD understreker assosiasjonen til aktiv inflammatorisk skade parallelt med utdyping av vevshypoksi i en poststenotisk nyre. Studier av vevsbiopsier identifiserer infiltrasjon av CD68 pluss-celler i peri-glomerulære og tubulære strukturer i poststenotiske nyrer som ikke er tilstede i normale nyrer (biopsier tatt ved implantasjon fra normale nyredonorer) [32]. Når stenose utvikler seg til total okklusjon, er inflammatoriske infiltrater av aktiverte T-celler og makrofager vidt tilstede i hele den iskemiske nyren [41]. En prøvetaking av renalveneblod fra individuelle nyrer med ARVD viser høye sirkulerende nivåer av både inflammatoriske [42,43] og proangiogene cytokiner [4]. Det er viktig at de relative nivåene av disse markørene er kvantitativt relatert til alvorlighetsgraden av målt vevshypoksi og tap av GFR i individuelle nyrer [4]. Slike målinger forsterker konseptet om at etter hvert som mikrovaskulær okklusjon utvikler seg for å forstørre vevshypoksi i en nyre, utvikles det mer alvorlige inflammatoriske skadeveier som er assosiert med tap av parenkymal funksjon og levedyktighet.

Stamceller og skadeveier i nyreneAnerkjennelse av sammenhengen mellom vaskulær sjeldenhet, inflammatoriske veier og tap avnyrefunksjonreiser følgende spørsmål: "Kan modifikasjon av disse banene oppheve utviklingen av kronisk nyresykdom ved ARVD?" Tidlige studier ved bruk av intrarenal administrering av endotel-progenitorceller (EPC) i svinemodellen antydet at indusert neovaskularisering ville favorisere forbedret utvinning av GFR [44]. Studier av mesenkymale stromale/stamceller (MSC) viser også funksjonelle egenskaper med frigjorte parakrine mediatorer som favoriserer angiogenese under iskemiske forhold [45,46]. Bemerkelsesverdig nok er disse MSC også i stand til å modifisere inflammatoriske celler til fordel for reparative fenotyper under noen forhold [40,47,48] (Figur 3). Derfor tilbyr disse funksjonelle egenskapene til MSC potensialet til å gunstig forme den intrarenale responsen til redusert blodkar til fordel for både angiogenese og reparative immunologiske fenotyper. Innledende studier av intrarenal administrering av MSC i svinemodellen bekreftet at disse kunne administreres uten åpenbar toksisitet og med stimulering av angiogenese i nyrebarken godt over nivåene observert med gjenoppretting av fartøyets åpenhet alene [49] (Figur 2). Gjenoppretting av nyrefunksjonen ved eksperimentell renovaskulær okklusiv sykdom ble også observert etter MSC-infusjon både i svine- og gnagermodellene [50].

Våre studier på mennesker ble utført for å undersøke dette spørsmålet ved å bruke autolog fettavledet MSC. Vi oppnådde en ny undersøkelsesgodkjenning (IND 15082) basert på sikkerhetsdata i svin og andre modeller for å utvide menneskelige celler ved å bruke god produksjonspraksis i Mayo Human Cell Therapy-laboratoriet under ledelse av Dr. Allen Dietz. Cellekspansjon benyttet proprietært hum et blodplate-avledet vekstmedium [51], sikkerhetstesting og frigjøringskriterier som tidligere beskrevet [52]. Autologe celler ble brukt for å unngå mulig HLA (humant lymfocyttantigen) sensibilisering og/eller celleødeleggelse relatert til antigen inkompatibilitet. Tallrike studier indikerer at administrerte celler er vidt distribuert når de gis intravenøst, hvor de fleste blir fjernet fra sirkulasjonen og en stor fraksjon lokalisert til pulmonale vaskulære steder [53]. Vi designet våre studier for å kreve direkte intraarteriell administrering i post-stenotiske nyrer, spesielt for å evaluere effekten av lokal levering og for å vurdere potensialet for lokal toksisitet relatert til mikrovaskulær okklusjon dersom det skulle oppstå. Disse studiene ble designet for å evaluere effekten av intraarterielt administrert MSC både på toksisitet på markeder i den tidlige perioden etter administrering (ukentlig og månedlig) og på nyrehemodynamikk og funksjon når de ble studert tre måneder etter infusjon.

Funksjonelle kjennetegn ved menneskelig MSC relatert til alder og hypoksiBruk av autolog MSC reiser spørsmålet om fenotypiske og sannsynligvis epigenetiske forskjeller mellom individer basert på alder, kjønn og andre egenskaper. Studier som bruker mRNA-fenotyping indikerte at både alder og det underliggende nivået av nyrefunksjon kan endre MSC-karakteristikker [54]. Hypoksi - spesielt hypoksisk prekondisjonering - er kjent for å modifisere flere funksjonelle egenskaper til disse celletypene. Hvorvidt det hypoksiske miljøet avnyrevev av iskemisk nefropati endrer de funksjonelle egenskapene til MSC kan påvirke deres effektivitet in vivo. Vi undersøkte endringene indusert av hypoksi i MSC avledet både fra normale nyredonorer og fra individer med ARVD som avviker både når det gjelder alder og det underliggende nivået av nyrefunksjon. Disse dataene viser kvalitativt lignende responser på hypoksi hos både friske givere og ARVD MSC med økninger i veksthastigheter og cytokinekspresjon, selv om de innledende nivåene av cytokinekspresjon in vitro var vesentlig forskjellig. Studier av humane fettavledede celler oppnådd før og etter administrering av senolytiske midler indikerer at profiler av senescensmarkører kan modifiseres betraktelig [54,55]. I hvilken grad kondisjoneringsregimer kan endre in vivo-aktivitetene til disse cellene er et viktig spørsmål som gjenstår å være fullt definert.

Mesenkymale stamcelleeffekter hos mennesker med iskemisk nefropatiEtter å ha innhentet godkjenning fra Institutional Review Board fra Mayo Clinic College of Medicine, ble de første (først-i-menneskelige) studiene av pasienter med ARVD utført for å evaluere effekten av tre doser MSC (1 × 105, 2,5 × 105 og 5). × 105 celler/kg) administrert i nyrearterien til en poststenotisk nyre. Materialer og metoder. Hver pasient ble innlagt på Clinical Trials and Research Unit (CTRU) ved St. Mary's Hospital i Rochester, MN. Diettinntak av natrium ble opprettholdt på 150 mEq/d daglig. Dag 1 inkluderte måling av blod og urin for natriumutskillelse og av GFR ved iothalamatclearance over tre oppsamlingsintervaller under vannhydrering og bestemmelse av urin mikroalbumin, totalt protein og markører for nyreskade som tidligere beskrevet. Dag 2 inkluderte FET MRI ved bruk av både aksiale og koronale visninger før og etter administrering av furosemid (20 mg IV) som beskrevet [9,31]. Dag 3 inkluderte en prøvetaking av renal veneblod under plassering av det sentrale venekateteret for bestemmelse av renal blood fellow (RBF) ved bruk av multidetektor CT (MDCT) og renal venøs prøvetaking, som ble godkjent av Mayo IRB. Etter fullføring av bildebehandlingsstudier ble autolog MSC infundert i den stenotiske arterien som angitt i figur 4.

In Viro Imaging StudiesFET MRI vurderte kortikal og medullær oksygenering og tubulær funksjon. Innhenting av MR-bilder med økende ekkotider gjør det mulig å beregne deres regresjon med signallogaritmen [20], med helningen (R2*=1/T2*) relatert til deoksyhemoglobinnivået og derfra blodet og oksygeninnhold i vev oppdaget ved 3T Bildeopptak involverte tre transaksiale skiver over de to nyrene valgt ved bruk av speiderinnsamling (bildeserier i tre kroppsakser utført for skivevalg) innenfor 15 sA gradient multi-ekkosekvens ervervet T2*-vektede bilder av nyrene på slutten -expiration.TR (repetisjonstid) var 100 ms, og TE (ekkotid) var fra 7 til 566 ms, med et 3,3 ms-trinn (totalt 16 bilder over 15 s ). MDCT vurderte bilateral, enkelt nyre, kortikal og medullær RBF, perfusjon (mL/min/g) og volumer, samt anatomi og grad av obstruksjon i den stenotiske naale arterie. Bildeanskaffelse involverte lokaliseringsskanninger for å identifisere tomografiske nivåer som inneholder nyrene; fire mid-hilar-nivåer ble valgt for flytstudier. Nyrene ble skannet ved 20 × 1,2 kollimering og 0 bordmating, 0,5 portalrotasjon og 0,36 s delvis rekonstruksjon (B36-kjerne); 45 skanninger (6- mm nivåer) ble tatt 4 s etter bolusinjeksjon (05 /kg kl. 10 mL/s, opptil 40 cc) iopamidol inn i det sentrale venekateteret. CT-dataanalyse brukte bildeanalyseprogramvaren ANALYZE*(BiodynamicImaging Resource, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA) og MatLab. Regioner av interesse ble valgt fra aorta, bilateral cortex og medulla under den vaskulære fasen, og tidsdempningskurver ble analysert ved hjelp av en matematisk modell som vi utviklet [29. Blodprøver fra nyrevener og inferior yena Caya ble samlet i EDTA-rør under nyreangiografi. Cytokiner og homingfaktorer ble målt ved bruk av Millipore Luminex-paneler for cytokiner/kjemokiner og angiogene faktorer [56].

En spesifikk dose for hvert individ ble administrert etter protokollstudier under standardiserte forhold oppsummert i figur 4. Hvorvidt slik direkte administrering ville føre til uønskede effekter karakterisert ved mikrovaskulær okklusjon, vevsskade og/eller systemisk reaksjon var ukjent. Endringer i temperatur, fullstendig blodtelling, hemoglobin, laktatdehydrogenase og sedimentasjonshastighet ble fulgt over 12 uker med jevne mellomrom. Etter tre måneder kom disse personene tilbake for gjentatte målinger av blodtrykk, individuelle nyreblodstrømmer og oksygenering av nyrene ved bruk av BOLD MRI under standardiserte forhold som før. Viktigere, natrium- og medisininntak ble opprettholdt på nivåer identiske med de under forbehandlingsstudien. Detaljene i denne protokollen og individuelle målinger ble publisert [56].

Det bør understrekes at disse fase la-studiene ble utført uten endovaskulær utvidelse av storkarstenosen. Som forventet ble stenosennyre was characterized by reduced cortical and medullary volumes and substantially reduced renal blood flows They wer also characterized by more widespread evidence of tissue hypoxia (measured as the fraction of kidney tissue with R2* levels above 30 [28) as compared with the contralateral kidneys. Several notable changes were seen after three months. In particular, the level of cortical perfusion (blood flow/cubic mL of tissue) rose from 23(1.4-2.5)to2.6 (1.6-32) ml/mi/α tissue,p=003.No changes in the measured volumes were observed,but the cortical and total renal blood flows rose 15-20% in the stenotic kidney due to increased perfusion (from 164±99 to 190±126 mL/min,p=0.007). No such changes were observed in the patients undergoing the identical protocol studies without MSC administration [56,7[. Importantly, BOLD measurements after three months demonstrated reductions in the fractional hvypoxia>30-årene for de stenotiske nyrene (figur). Vi tolker disse funnene for å antyde at mikrovaskulære endringer i en post-stenotisk nyre tillater økt kortikal sirkulasjon med samtidig lindring av vevshypoksi. Det er viktig å merke seg at lignende endringer i kortikal perfusjon også ble observert i den kontralaterale nyren som ikke hadde gjennomgått MSCinfusjon. Kortikal perfusjon steg, selv om ingen endringer i R2* ble sett, som allerede var lav og reflekterte minimal åpenbar hypoksi i de ikke-stenotiske nyrene. En liten økning i medullær perfusjon ble observert, og den generelle renale blodstrømmen økte i samme grad som den som ble observert i den stenotiske nyren. Disse observasjonene tyder på at systemiske effekter, sannsynligvis fra parakrine mediatorer og/eller nyrekrysstale, påvirket den kontralateralenyreså vel som den stenotiske siden. Igjen var de observerte endringene i den kontralaterale nyren forskjellige etter MSC-infusjon fra endringer i nyrene behandlet med kun medisinsk behandling eller endovaskulær stentplassering [57.

Alle endringene ovenfor indikerte at intrarenal MSC-administrasjon var assosiert med redusert vevshypoksi, sannsynligvis som et resultat av forbedret vevsperfusjon relatert til mikrovaskulær reparasjon. Hvorvidt dette var et resultat av angiogenese av nye kar eller gjenoppretting av åpenhet fra tidligere kollapsede kar kan ikke fastslås, selv om økningen i perfusjon selv i de kontralaterale nyrene med nesten normal blodstrøm ville favorisere førstnevnte.

Blodprøver fra hver nyrevene ble tatt under både baseline- og tremåneders oppfølgingsstudier. For mange av disse nyrene var de stenotiske nivåene av angiogene biomarkører (angiopoietin-2, vaskulære endotelvekstfaktorer A. og () forhøyet sammenlignet med ikke-stenotiske nyrer og falt når de ble målt på nytt etter tre måneder. Tilsvarende renal venøs markører for inflammatoriske cytokiner (nøytrofil gelatinase-assosiert lipokalin (NGAL), interferon-gamma og vevshemmer av metalloproteinaser 2(TIMP-2) var høyere i poststenotiske nyrer og falt totalt når målingene ble gjentatt tre måneder etter MSC infusjon.

Kliniske effekter av MSC-administrasjonModifiserte MSC-infusjon nyrefunksjonen og/eller systemiske hemodynamiske effekter i en meningsfull grad? Målinger av temperatur, fullstendige blodtellinger, erytrocyttsedimenteringshastigheter og laktatdehydrogenase i løpet av de første ukene og månedene viste ingen klinisk tydelig toksisitet relatert til arteriell infusjon av celletall opp til 5 × 105 celler/kg, ofte nærmer seg 50 millioner celler, direkte inn i nyren. Betydelig forsiktighet ble tatt for å sikre at antihypertensiv medikamentbehandling var uendret under protokollstudiene av denne pasientgruppen. Det totale systoliske blodtrykket falt beskjedent hos de MSC-behandlede pasientene (144 pluss 11 til 136 pluss 13 mm Hg, p=0.04), en endring som hovedsakelig reflekterte et doserelatert fall i SBP i den høyeste dosekohorten (140 pluss 12 til 128 pluss 8 mm Hg, p=0.005). Tilsvarende var endringer i målt GFR beskjedne, men så ut til å være doserelaterte, i den grad den høyeste dosegruppen steg fra 57 pluss 7 til 64 pluss 9 ml/min, p=0.045 (Figur 6). De lavere dosegruppene hadde minimale endringer. Det var en beskjeden reduksjon i proteinutskillelse i urin, igjen, mest tydelig i kohorten med høyeste dose.

Mikrovaskulær reparasjon assosiert med MSC-terapi hos menneskerDisse studiene gir foreløpige, men viktige data i samsvar med økt mikrovaskulær perfusjon assosiert med administrering av autolog fettavledet MSC. De strekker seg til menneskers resultater fra eksperimentelle studier i både svin- og gnagermodeller og støtter den potensielle rollen for cellebasert tilleggsterapi ved klinisk sykdom. De tidligere studiene av allogen MSC som en beskyttende manøver mot akutt nyreskade (AKI) var tvetydige [58,59], og en prospektiv studie i postoperativ AKI ble avsluttet [60]. Våre studier var bevisst fokusert på en sakte progredierende langsiktig mikrovaskulær sykdom utover store kar ARVD kjent for å være utsatt for å indusere CKD. De forsterket assosiasjonen til vevshypoksi som utvikler seg med avansert sykdom og aktivering av både angiogen og inflammatorisk nyreskade assosiert med progressivt tap av GFR. Det viktigste er at de ga data som støtter MSCs rolle som et supplement for å forbedre lokal vevsperfusjon og redusere inflammatorisk skade. Ved høye dosenivåer støtter våre data potensialet for at disse endringene kan øke glomerulær filtrasjon moderat, samtidig som arterielt trykk og urinproteinutskillelse reduseres. Hvorvidt slike effekter kan utvides til andre former for nyreskade assosiert med mikrovaskulær skade som diabetes [61] og/eller nefrosklerose er en viktig sak som for tiden er under aktiv studie [62,63]. Disse tilstandene er ikke nødvendigvis preget av lignende veier for vevshypoksi som bemerket med alvorlig ARVD.

AdvarslerFlere viktige forbehold fortjener vektlegging og videre forskning. Noen av disse er oppsummert i tabell 1. Vårt utvalg av autologe celler var basert på bekymringen om at introduksjon av celler med forskjellige allotyper innebar en risiko for enten også ødeleggelse og/eller allosensibilisering som kan forvirre tolkningen av resultatene og/eller utgjøre en fare for pasienten. Noen forfattere hevder at MSC er ikke-immunogene og derfor relativt beskyttet mot disse bekymringene [63]. Rent praktisk er bruk av autologe celler tidkrevende med hensyn til høsting, utvidelse og testing for administrering. Disse egenskapene begrenser deres hensyn til behandling knyttet til akutte prosesser. Kanskje viktigst, autologe celler er spesielt utsatt for donoregenskaper assosiert med alder, kjønn, underliggende sykdom (f.eks. aterosklerotisk sykdom, diabetes) og nyredysfunksjon, som alle sannsynligvis endrer den potensielle effekten av MSC [54]. Mens mange egenskaper til MSC er fleksible og kan modifiseres av forholdene de opererer under, er det sannsynlig at interindividuell variasjon vil spille en stor rolle i deres faktiske kliniske virkning.

Størrelsen på endringer i blodkar og GFR assosiert med MSC-infusjon i disse studiene var beskjeden. Den kliniske effekten for ethvert individ avhenger mye av den underliggende graden av nyredysfunksjon og i hvilken grad hele funksjonellenyremassen påvirkes. Studier av nyrevaskularisering har identifisert en rekke observerte endringer som inkluderer en viss forbedring versus en viss forverring av GFR etter vaskulær manipulasjon. Selv om disse endringene er komplekse, er ytterligere forverring av GFR uansett årsak assosiert med et fall i langsiktig nyreprognose og overlevelse [10]. Hvorvidt de mindre endringene i GFR, BP og/eller urinprotein observert i de gunstige responsene som er rapportert her, oversettes til en endring i prognose er fortsatt ukjent.

Videre arbeid vil avhenge av å definere den mest effektive dosen av MSC, administrasjonsveier og cellesporing. Det er mulig at gjentatt dosering vil være nødvendig for å opprettholde mikrovaskulær integritet, siden holdbarheten til disse effektene ennå ikke er fastslått. Blant de viktigste elementene vil være integrering av cellebasert terapi med andre terapeutiske manøvrer. Når det gjelder ARVD, vil det være essensielt å evaluere rollen til MSC som et supplement til andre intervensjoner, slik som nyrearterierevaskularisering, introduksjon av vaskulogene cytokiner og/eller mitokondriell beskyttelse. Noen forfattere foreslår å introdusere angiogene cytokiner (som vaskulær endotelial vekstfaktor (VEGF) og/eller hepatocyttvekstfaktorer) i nyresirkulasjonen, hvis mikrovaskulære effekter øker når de holdes på plass med strukturelle biopolymerstillaser [64,65]. Begge de sistnevnte intervensjonene har foreløpige data for å støtte alternative veier for å gjenopprette mikrovaskulære strukturer og funksjonell integritet under spesifikke forhold [66,67].

Sammendrag

Til sammen viser disse studiene mikrovaskulær sjeldenhet som en primær mekanisme assosiert med progressiv skade hos menneskernyreassosiert med ARVD. De identifiserer grensene for tilpasning til redusert blodkar og en overgang til åpen vevshypoksi assosiert med inflammatorisk skade. Våre studier viser at intrarenal infusjon av autolog fettavledet MSC er i stand til å øke vevsperfusjon og blodkar uten å fjerne store karstenose, i samsvar med å gjenopprette en viss grad av mikrovaskulær funksjon. Disse endringene var assosiert med reduserte inflammatoriske biomarkører i nyrevenene og doserelaterte økninger i glomerulær filtrasjon etter tre måneder. Det er vårt syn at cellebasert terapi sannsynligvis vil være en viktig tilleggsressurs for å gjenopprette mikrovaskulær integritet i både ARVD og andre nyresykdommer assosiert med både vaskulær sjeldne behandling og inflammatorisk skade.