Nové strategie v nefrologii: Co očekávat od budoucnosti?

ABSTRAKTNÍChronické onemocnění ledvin(CKD) se do roku 2040 stane pátým celosvětovým případem úmrtí. Největší dopad má na předčasnou úmrtnost, ale počet osob sselhání ledvindramaticky narůstá také potřeba renální substituční terapie (RRT). Současná RRT je suboptimální kvůli nedostatku dárců ledvin a tristním výsledkům spojeným s hemodialýzou i peritoneální dialýzou. Péče o ledviny potřebuje revoluci. V tomto přehledu poskytujeme aktuální informace o nově se objevujících znalostech a technologiích, které umožní včasnější diagnostiku CKD, řeší současné takzvané slepé skvrny (např. zobrazování a biomarkery) a zlepšují terapie náhrady ledvin (nositelné umělé ledviny, xenotransplantace, kmenové buněčné terapie, bioinženýrské a bioumělé ledviny).

klíčová slova:umělá ledvina, bioinženýrství,chronické onemocnění ledvin, indukované pluripotentní kmenové buňky, xenotransplantace

KLIKNĚTE ZDE A ZNÁTE CISTANCHE PRO LÉČBU CKD

ÚVOD

V současnosti je na světě 850 milionů lidí schronické onemocnění ledvin(CKD) aČKDpředpovídá se, že se do roku 2040 stane pátou celosvětovou příčinou smrti a do roku 2100 druhou příčinou smrti v okresech s dlouhou očekávanou délkou života [1]. Kromě toho je CKD hlavním chronickým onemocněním se zvýšeným výskytem, ​​prevalencí a celkovým zdravotním dopadem. Terminální stadium CKD označované jako konečné stadium renálního onemocnění (ESRD) nebo selhání ledvin je definováno odhadovanou rychlostí glomerulární filtrace (eGFR) pod 15 ml/min/1,73 m2 podle studie Kidney Disease: Improving Global Outcomes (KDIGO) postihující přibližně 800 000 pacientů v USA (71 % na dialýze a 29 % po transplantaci ledviny) [2], zatímco v Evropě je odhadovaná populace ESRD více než 1 milion lidí, se značnými rozdíly mezi jednotlivými zeměmi [3, 4].

Transplantace ledviny byla poprvé provedena v roce 1954 doktorem Josephem Murrayem a je současným zlatým standardem léčby. Dárců je však stále méně než neúprosně se prohýbajících čekacích listin [5]. Chronická hemodialýza byla zavedena v roce 1960 Dr. Beldingem Scribnerem, a přestože je hlavní formou renální substituční terapie (RRT), je spojena s četnými krátkodobými i dlouhodobými komplikacemi. Důležité je, že délka života dialyzovaných pacientů ve věku 20 let je o 40 let kratší než u běžné populace [6]. Peritoneální dialýza je využívána méně často a kromě specifických komplikací (peritonitida, celulitida, metabolické poruchy) je limitována téměř neúprosným selháním membrány [7], kratší než u běžné populace [6]. Peritoneální dialýza je méně využívaná a kromě specifických komplikací (peritonitida, celulitida, metabolické poruchy) je limitována téměř neúprosným selháním membrány [7].

Obrázek 1: Obecný přehled nových strategií v nefrologii. (Diagnostika bude podrobněji rozvedena na obr. 2.)

Celkově tedy léčba pacientů s ESRD zůstává suboptimální kvůli nedostatku dárců ledvin a četným významným komplikacím spojeným s oběma způsoby dialýzy, ačkoli v průběhu let bylo zvažováno několik alternativ. Některé z nedávných vývojů mají potenciál způsobit revoluci v oblasti nefrologie v nadcházejících desetiletích. Kromě toho velká část pacientů s CKD, zejména těch s CKD 2. a 3. stadia, jsou starší jedinci, kteří nikdy nebudou potřebovat žádnou formu renální substituční terapie, zejména proto, že tito pacienti umírají dříve na kardiovaskulární onemocnění. Skutečný nárůst potřeby RRT je tedy mnohem menší. Hlavní přínosy nových léků, jako jsou inhibitory sodno-glukózového kotransportéru 2 (SGLT2) a antagonisté mineralokortikoidních receptorů (MRA), jsou v této skupině pacientů s onemocněním ledvin.

V tomto přehledu se snažíme popsat nové diagnostické metody v nefrologii, jako jsou pokroky v zobrazování ledvin a modality používané k odhadu renálních funkcí, stejně jako nové terapeutické přístupy u onemocnění ledvin, včetně nositelných umělých ledvin, xenotransplantací, odvozených z kmenových buněk. terapie, bioinženýrské modely a léky na vzestupu (obr. 1).

NOVÉ DIAGNOSTICKÉ METODY

Nové diagnostické metody, které by umožnily časnější diagnostiku CKD, jsou neuspokojenou klinickou potřebou. Spoléhání se na aktuální práh eGFR při diagnostice CKD znamená, že v době, kdy je CKD diagnostikováno, je ztraceno více než 50 % funkční hmoty ledvin a kombinované riziko progrese CKD a předčasného úmrtí se již zvýšilo o přibližně 2- až 7-násobně, zatímco současné intervence snižují riziko nežádoucích výsledků o 20 %–40 % [8, 9]; jinými slovy, diagnóza je příliš pozdě. Zatímco CKD může být diagnostikováno dříve na základě vysokých hodnot albuminurie, většina pacientů progreduje do CKD kategorie G3 při fyziologické albuminurii, jak dokazují epidemiologická data, která ukazují, že G3 je nejčastější kategorií CKD [10], tj. albuminurie neumožnila časnější diagnóza (tj. G1 nebo G2) u většiny pacientů, kteří progredovali do G3. Toto subklinické stadium progrese CKD, potenciálně trvající desítky let, jak dokládají ty formy CKD, u kterých máme nástroj umožňující časnější diagnostiku (např. sonografie u autozomálně dominantní polycystické choroby ledvin), je ve skutečnosti slepým místem pro diagnostiku CKD [11 –13]. Studuje se několik přístupů k řešení slepé skvrny u CKD, zejména pomocí zobrazování a hodnocení biomarkerů v biologických tekutinách (obr. 2).

Zobrazování: hodnocení počtu nefronů jako determinantu onemocnění ledvin a fibrózy ledvin

Zobrazovací techniky mají výhodu v tom, že jsou neinvazivní, a proto je lze bezpečně opakovat k vyhodnocení změn, poskytují informace pro obě ledviny a potenciálně kombinují funkční s morfologickými informacemi. Nejzajímavější pokroky se týkají odhadu počtu nefronů, celkových funkcí ledvin, fibrózy a nového funkčního zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), stejně jako ultrazvukových technik, jako je difuzně vážená MRI (DWI nebo DW-MRI), úroveň okysličení krve –závislá MRI (BOLD-MRI), perfuzní MRI, hyperpolarizovaná (HP) uhlíková 13 MRI (13C MRI) a kontrastní ultrazvuk (CEUS).

Funkční počet nefronů je považován za důležitý determinant zdraví ledvin a náchylnosti k onemocnění po celý život [14, 15]. U lidí se počet nefronů značně liší a nízký počet nefronů při narození a/nebo ztráta nefronů během života je silně spojena s onemocněním ledvin [15]. Nové technologie měření počtu nefronů jsou ve vývoji a funkční počet nefronů má potenciál být použit jako klinický biomarker [14]. Nefronové číslo, pokud je použito jako biomarker, by mohlo poskytnout důležité informace týkající se progrese onemocnění ledvin a poskytnout včasnou detekci nástupu CKD nebo posouzení zotavení po akutním poškození ledvin, zlepšit hodnocení a hodnocení dárcovských orgánů, předpovídat doby přežití štěpu, předpovídat riziko nefrotoxicity vyvolané léky a pomáhají vyvinout strategie dávkování a testování toxicity pro širokou škálu terapeutických léků [14].

Byly navrženy nové metody pro měření počtu nefronů ex vivo v intaktní ledvině: kationizovaná feritinem vylepšená MRI (CFE-MRI) [16], mikroskopie na světelném plátu po optickém pročištění [17] a počítačová tomografie (CT) [18]. Využití těchto nástrojů in vivo a na klinikách však vyžaduje, aby byly nedestruktivní a relativně neinvazivní, a dosud se in vivo používá pouze CFE-MRI [14].

CFE-MRI využívá feritin plněný oxidem železa [14]. Po intravenózní injekci je feritin kationizován a navázán na glomerulární bazální membránu. Akumulace feritinu v glomerulech umožňuje jeho detekci, mapování celé ledviny in vivo a společnou lokalizaci glomerulů s jinými strukturami, jako je mikrovaskulatura. Pro podporu použití nefronového čísla jako klinického parametru byla kationizovaná molekula feritinu CFE-MRI upravena tak, aby vytvořila radioaktivně značený kationtový feritin (RadioCF), radioindikátor používaný v pozitronové emisní tomografii (PET) k mapování funkčních glomerulů in vivo v ledviny [19]. RadioCF-PET přesně kvantifikuje hmotnost nefronu u zvířat a měl potenciál pro klinickou translaci [19]. Radio-CF vzniká integrací radioizotopu Cu-64 do kationtového feritinu (CF) a bylo prokázáno, že při intravenózním podání váže funkční glomeruly [19]. RadioCF PET dokáže mapovat a měřit oblasti funkční ztráty nefronů, což z něj činí diagnostický nástroj, který může také předpovídat progresi CKD [14].

Obrázek 2: Nové diagnostické metody v nefrologii. CFE-MRI: MRI s kationizovaným feritinem; RadioCF-PET: radioaktivně značená kationtová feritin-pozitronová emisní tomografie; CKD: chronické onemocnění ledvin; AKI:akutní poškození ledvin; GBM: glomerulární bazální membrána; KRIS: Zánětlivý podpis rizika ledvin; THSD7A: doména throm bospondinu typu-1 obsahující protilátky 7A; NAD: nikotinamid adenindinukleotid; FAT1: glomerulární antigen-protokadherin FAT1; ESRD: konečné stádium onemocnění ledvin; DKD: diabetické onemocnění ledvin; HST: transplantace hematopoetických kmenových buněk; PCX: podokalyxin; KIM-1: molekula poškození ledvin 1; TNF-: tumor nekrotizující faktor-; 8-OHdG: 8-oxo-7,8-dihydro- 2-deoxyguanosin; L-FABP: protein vázající mastné kyseliny jaterního typu; IGFBP-7: inzulinu podobný růstový faktor vázající protein-7; TIMP-2: tkáňový inhibitor metaloproteázy-2; DIKI: poškození ledvin vyvolané léky; CNA35-CT: kolagen vázající adhezní protein-35 CT; MRI založená na ESMA: MRI kontrastní látky specifické pro elastin; DW-MRI: difuzně vážená MRI; BOLD-MRI: MRI závislá na hladině kyslíku v krvi; HP-13C MRI: MRI s hyperpolarizovaným uhlíkem 13; znaménko plus: výhody; znaménko mínus: nevýhody/omezení (označeno červenou barvou).

MRI byla použita k posouzení funkčního stavu obou ledvin. Multiparametrická MRI může hodnotit různé aspekty funkce ledvin a vaskularizace [20]. Novou zobrazovací modalitou je sodíková MRI. Ve srovnání s „normálním MRI“, což je mapa atomů vodíku v těle, je MRI sodíku mapou atomů sodíku v těle. Ledvina má základní gradient koncentrací sodíku z kortexu do dřeně (kortikomedulární sodíkový gradient) [21, 22]. První studie sodíkové MRI na lidských ledvinách prokázala, že gradient sodíku se lineárně zvyšuje od kůry k dřeni, což je následováno lineárním poklesem až do ledvinné pánvičky [23, 24]. Ačkoli změny v gradientu sodíku byly prokázány v četných klinických a předklinických studiích, technika sodíkové MRI není ani zdaleka integrována do klinické praxe [25–27], a to především kvůli nákladům a technickým faktorům, které se podílejí na rekalibraci a operaci MRI. . Další velkou překážkou této techniky je prozatím nedostatečná charakterizace nálezů v různých stádiích CKD a u různých onemocnění ledvin.

Pro hodnocení fibrózy ledvin a její dynamiky v obou ledvinách současně in vivo byly navrženy specifické techniky [28]. Patří mezi ně fluorescenční CNA35 CT, který využívá peptid vázající kolagen, a elastin-specifická kontrastní látka založená na MRI (ESMA) molekulární MRI elastinu [28]. Například, kolagen vázající adhezní protein (CNA35), který má avysoká afinita k typuMolekuly kolagenu I a III byly využity jako nástroj k vizualizaci ukládání kolagenu u myších subjektů a mají potenciál být využity u lidských subjektů jako neinvazivní metoda hodnocení fibrózy [29, 30]. Na druhé straně bylo prokázáno, že MRI na bázi ESMA, což je malý peptid specifický pro elastin, složku extracelulární matrix, prokazuje na myších modelech fibrózu ledvin a také účinnost antifibrotických terapií [31]. Tyto techniky nakonec také otestují potenciální dopad antifibrotických terapií, což je současná neuspokojená potřeba.

Kromě toho nové techniky MRI umožňují vytvářet zobrazovací biomarkery, které mohou zlepšit léčbu onemocnění ledvin [20]. MRI umožňuje měřit objemy ledvin, průtok krve v renálních tepnách, obsah vody v ledvinách a oxygenaci tkání [20]. DWI neboli DW-MRI dokáže detekovat vytěsnění molekul vody v architektuře tkáně [20]. Tato technika může informovat o jakýchkoli změnách v mikrostruktuře ledvin, jako je renální fibróza, buněčná infiltrace (zánětlivá nebo tumorózní) nebo edém, stejně jako změny v renální perfuzi a v manipulaci s vodou v tubulárním kompartmentu [20]. BOLD-MRI, která měří hladiny deoxyhemoglobinu v renální tkáni voxel po voxelu, je slibnou technikou pro monitorování oxygenace ledvinné tkáně u lidí [32]. Umožňuje sledování změn renální oxygenace nebo změn mikrostruktury kapilárního řečiště. Kromě toho je T2 měněn několika dalšími faktory, jako je stav hydratace, dietní sodík a účinky na citlivost [20]. Kromě toho je HP 13C MRI potenciálním nástrojem, který se v současné době na klinice nepoužívá, pro neinvazivní hodnocení oxidačního stresu a aktivity mitochondriální pyruvátdehydrogenázy po renálním ischemicko-reperfuzním poškození [33].

Kromě toho je CEUS slibnou zobrazovací modalitou pro renální léze. CEUS postrádá nefrotoxicitu, ionizující záření a má schopnost rychle a v reálném čase vyhodnotit vzorec zesílení renálních lézí [34]. Některé z dobře definovaných aplikací CEUS jsou diferenciace solidních nádorů, pseudolézí a komplexních cyst; charakterizace komplexních cyst s různými maligními potenciály; a hodnocení ablace tumoru [34]. Mikrobublinové kontrastní látky jsou bezpečné se vzácnými nežádoucími reakcemi [34].

Tyto přístupy jsou slibnými nástroji pro hodnocení počtu nefronů, různých funkcí ledvin a fibrózy ledvin a mohou být převedeny na klinické použití, pokud budou stanoveny jejich bezpečnost, účinnost a regulační požadavky.

Biomarkery biologických tekutin

Proteomika a metabolomika byly nedávno testovány v oblasti nefrologie se zajímavými a slibnými výsledky. V některých případech se jako biomarkery používají samotné proteomické nebo metabolomické signatury. V jiných jsou to nástroje, které se používají k identifikaci jednotlivých biomarkerů, které jsou následně hodnoceny pomocí konvenčnějších technik. Navíc jak RNA, tak DNA v biologických tekutinách mohou sloužit jako biomarkery. Tyto biomarkery by měly dobře korelovat s onemocněním ledvin, histopatologií, progresí, výsledky nebo časným onemocněním a měly by umožňovat rychlá, neinvazivní a specifická měření s vysokou citlivostí a specificitou.

Proteomická a metabolomická analýza pro detekci biomarkerů

Pontillo a Mischak identifikovali 273 močových peptidů, které se liší mezi pacienty s CKD a zdravými subjekty, jmenovitě marker CKD273, který zahrnuje fragmenty kolagenu a proteinů účastnících se zánětu a opravy tkáně, pomocí kapilární elektroforézy-hmotnostní spektroskopie (CE-MS) na 230 Pacienti s CKD a 379 kontrolních subjektů [35, 36]. Další studie naznačily potenciální převahu CKD73 v predikci a diagnostice CKD nad tradičními markery, což vedlo k dopisu podpory amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA). Podle průřezové studie provedené na 1990 účastnících měl CKD273 lepší výsledky než tradiční markery a lépe koreloval než albuminurie s eGFR a lépe předpovídal rychlou progresi CKD [37]. Podobné nálezy byly pozorovány v jiné studii provedené na 2087 účastnících, ve které byl CKD273 přidán k predikci CKD G3 po zohlednění výchozí eGFR, albuminurie a kovariálních veličin [38]. V randomizované kontrolované studii u diabetických pacientů bez albuminové urie předpověděl CKD273 rozvoj albuminurie [39]. Kromě toho lze stejnou analýzu CE-MS jednoho vzorku moči použít k odvození dalších peptidomických markerů, které předpovídají rychlou ztrátu eGFR lépe než albuminurie u pacientů, kteří nesplňují současná kritéria eGFR pro CKD (tj. mohou umožnit dřívější diagnózu CKD než albuminurie) [40], nebo korelují s fibrózou ledvin zjištěnou při biopsii ledvin [41] nebo poskytují informace o základní příčině CKD a její prognóze [42, 43].

Kidney Risk Inflammatory Signature (KRIS) zahrnuje 17 proteinů přímo zapojených do zánětu a koreluje s 10-ročním rizikem ESRD u diabetického onemocnění ledvin [44]. V této studii bylo hodnoceno 194 cirkulujících zánětlivých proteinů ve třech různých kohortách složených z pacientů s diabetem typu 1 a 2, což odhalilo, že 17 nových proteinů obohacených o členy superrodiny receptorů TNF je spojeno s časným a pozdním poklesem renálních funkcí vedoucím k ESRD u diabetických subjektů. . I když hlavní zdroj, o kterém se předpokládá, že jsou bílé krvinky, těchto proteinů KRIS ještě není určen, zdá se, že jejich výskyt roky před nástupem ESRD souvisí spíše s nadprodukcí než s narušenou renální clearance. Kromě své prediktivní role v ESRD poskytují proteiny KRIS potenciální terapeutický intervenční bod, jak dokazuje klinická studie provedená v jedné z těchto tří kohort, která prokázala pokles albuminurie konzistentní s poklesem proteinů KRIS v reakci na {{7} }týdenní studie se 4 mg baricitinibu, inhibitoru JAK-1/2 [45]. Některé metabolity nikotinamidadenindinukleotidu (NAD) byly navíc nedávno korelovány s rizikem akutního poškození ledvin (AKI) [46].

Probíhá několik klinických studií (NCT01550393, NCT02743273, NCT00690586, NCT04851145), které zkoumají úlohu proteomiky a metabolomiky v oblasti nefrologie. Tyto studie by však měly prokázat, že proteomické nebo metabolomické biomarkery nabízejí oproti konvenčním biomarkerům další informace, které jsou klinicky relevantní a mohou nákladově efektivním způsobem změnit terapeutické rozhodování. Je důležité zdůraznit, že studie zkoumající nové biomarkery potřebují nejen detekční kohortu, ale také nezávislou (druhou) validační kohortu.

Probíhá několik klinických studií (NCT01550393, NCT02743273, NCT00690586, NCT04851145), které zkoumají úlohu proteomiky a metabolomiky v oblasti nefrologie. Tyto studie by však měly prokázat, že proteomické nebo metabolomické biomarkery nabízejí oproti konvenčním biomarkerům další informace, které jsou klinicky relevantní a mohou nákladově efektivním způsobem změnit terapeutické rozhodování. Je důležité zdůraznit, že studie zkoumající nové biomarkery potřebují nejen detekční kohortu, ale také nezávislou (druhou) validační kohortu.

Kromě toho bylo nedávno identifikováno mnoho nových biomarkerů, někdy za použití proteomiky, i když jsou v různých fázích translace na kliniku [47]. V posledních letech se objevilo více než 40 potenciálních biomarkerů a většinu lze třídit na základě jejich asociace s rysy, jako je glomerulární poškození [podokalyxin (PCX)], tubulární poškození [poškození ledvin molekula 1 (KIM-1)], zánět [tumor necrosis factor- (TNF- ), TNF receptory-1 a -2) [48]] a oxidační stres [8-oxo- 7,8-dihydro - 2 -deoxyguanosin (8-OHdG)] [47]. Biomarkery CKD lze identifikovat řadou konvenčních metod, jako je fluorescenční imunoanalýza na pevné fázi, kapalinová chromatografie-hmotnostní spektrometrie, kapalinová chromatografie-hmotnostní spektrometrie, vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) a enzymová imunoanalýza (ELISA) [ 47]. Mikrofluidika navíc umožňuje krátké doby zpracování vzorků spolu s malým půdorysem, automatizovaným provozem a vysokým stupněm flexibility a může potenciálně nabídnout robustní, nákladově efektivní a snadno ovladatelný nástroj pro včasnou diagnostiku CKD a dalších patologických onemocnění. události [47].

Membranózní nefropatie je nejčastější příčinou nefrotického syndromu u dospělých au pacientů po transplantaci hematopoetických kmenových buněk (HST). Nedávno byl identifikován příval autoantigenů po popisu protilátek proti receptoru fosfolipázy A2 (PLA2R), biomarkeru, který podle guidelines nyní může nahradit biopsii ledvin u pacientů s membranózní nefropatií [49]. Protilátky proti protokadherinu FAT1 se nacházejí ve více než 80 % případů membranózní nefropatie po HST [50]. Pacienti s primární membránovou nefropatií negativní na anti-PLA2R protilátky mohou mít doménu antitrombospondinového typu-1 obsahující protilátky 7A [51, 52]. Kromě toho byly protilátky proti nefrinu detekovány sérologickými a imunohistochemickými studiemi u podskupiny pacientů s onemocněním s minimální změnou prokázanou biopsií [53].

Velmi aktivní je také oblast biomarkerů AKI; testování proteinu vázajícího růstový faktor podobný inzulinu-7 (IGFBP-7) a tkáňového inhibitoru metaloproteázy-2 (TIMP{5}}) jsou nyní klinicky používány pod značkou Nephrocheck [47, 54]. Poranění tubulárních ledvin vede k uvolnění biomarkerů krve a moči [55]. Močový KIM-1, protein vázající mastné kyseliny jaterního typu (L-FABP), IGFBP-7 a TIMP-2 se uvolňují z proximálního tubulu, zatímco uromodulin (UMOD) je vylučován z proximálního tubulu Henleova klička a neutrofilní lipokalin spojený s gelatinázou (NGAL) pochází z distálních tubulů [55]. Tyto biomarkery by mohly potenciálně lokalizovat specifické segmenty poraněných tubulů. Biomarkery podílející se na zánětu, reparaci a fibróze [55] by také mohly předvídat přechod z AKI na CKD, pomoci rozlišit mezi dysfunkcí ledvin a poraněním, vést k léčbě AKI a zlepšit diagnostiku onemocnění, jako je akutní intersticiální nefritida [55]. Kromě toho jsou některé biomarkery připraveny k použití v klinických studiích AKI a mohly by být vodítkem pro léčbu v určitých klinických podmínkách. Projekt Kidney Precision Medicine Project je pokračující snahou vybudovat atlas ledvinové tkáně a zvýšit používání biomarkerů k hodnocení zdraví nefronů [55].

Podpůrná služba:

E-mail:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Prodejna:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop