Mass Spectrometry imaging: an integrative molecular histology approach to assess severity of acute and chronic kidney injury

Het in kaart brengen van vroegtijdige histologische en microvasculaire afwijkingen in acute en chronische nierschade door veranderingen in stofwisselingsmoleculen te bestuderen met behulp van Mass Spectrometry imaging.

Er is dringend behoefte aan biomarkers (signaalstoffen) om de ontwikkeling van acuut en chronisch nierfalen in een vroege fase te detecteren. Acuut nierfalen treedt op als gevolg van een verminderde doorbloeding van de nier, bijvoorbeeld na een hartinfarct of een niertransplantatie, en geeft een verhoogd risico op een verminderde nierfunctie op de korte en lange termijn. Patiënten met chronisch nierfalen hebben al in een vroege fase een hogere kans op sterfte en ziekte als gevolg van hart- en vaatziekten.

Het ontstaansmechanisme van acuut en chronisch nierfalen is nog niet volledig opgehelderd, maar eerder onderzoek heeft laten zien dat schade aan de kleine bloedvaten in de nier (capillairen) een belangrijke rol speelt. Recent is aangetoond dat deze schade al in een vroeg stadium ontstaat en geassocieerd is met een verstoorde interactie van endotheelcellen (binnenbekleding van bloedvaten) met andere cellen in de nier. Nieuwe technieken zijn nodig om de onderliggende biologische processen te bestuderen en nieuwe biomarkers te ontwikkelen voor een vroegtijdige diagnose en behandeling van nierziekte.

De verwachting is dat vroegtijdige moleculaire veranderingen in nierweefsel te detecteren zijn met behulp van de nieuwe methode Mass Spectrometry imaging (MSi). MSi maakt het mogelijk om een breed scala aan stofwisselingsmoleculen tegelijkertijd in weefsel te meten en toe te wijzen aan specifieke weefselcompartimenten of zelfs celtypen. Dit project zal de techniek toepassen om te bepalen op welke manier stofwisselingsproducten een rol spelen bij de ontwikkeling van een verstoorde interactie tussen endotheelcellen en andere cellen in de nier. Met deze informatie kan vervolgonderzoek starten om specifieke moleculen te onderzoeken die kunnen dienen als doelwit voor diagnose en gerichte therapie ter voorkoming en genezing van nierziekten.

Vraagstellingen:
1. Bestudering van de stofwisseling van o.a. endotheelcellen in nierweefsel van mensen met een verschillende mate van acute ischemische schade.
2. Bestudering van de stofwisseling van o.a. endotheelcellen in nierweefsel van mensen met een verschillende mate van chronische nierschade.
3. In kaart brengen van veranderingen in stofwisselingsmoleculen en deze koppelen aan schade en klinische informatie, in relatie met metingen van capillairaantal.

Deze studie geeft inzicht in de logistieke en technische uitdagingen om MSi toe te passen in toekomstig onderzoek naar nierziekten en implementatie van deze techniek in de klinische praktijk. Zo bleek dat de kwaliteit van de bevroren nierweefsel tegen viel. Toch kon in de helft van het materiaal succesvol gebruikt worden om MSi toe te passen. Deze techniek leidde alleen niet tot identificatie van signaalstoffen in menselijk nierweefsel met een kleine hoeveelheid chronische nierschade.

De techniek had meer succes in het nierweefsel met zuurstoftekort (zoals optreedt voor transplantatie). In een experimenteel diermodel zijn afwijkingen in de cardiolipines en fosfolipiden aangetroffen. Dit zijn belangrijke bestandsdelen van mitochondriën (celcompartimenten die functioneren als de energiecentrale van een cel). In de literatuur is bekend dat schade aan de cardiolipines in mitochondriën tot verlies van capillairen leidt. Het detecteren van de afwijkingen in het nierweefsel met behulp van de MSi methode was mogelijk in twee uur. Dit is een acceptabel periode om te bepalen hoe levensvatbaar een nier is vóór de transplantatie. Toekomstig onderzoek moet uitwijzen of verhoogde aanwezigheid van deze stoffen in de nier gepaard gaan met een slechtere prognose, en of dit een aangrijpingspunt kan zijn voor nieuwe behandelingen.

Het gebruikte materiaal in dit onderzoek bleek niet optimaal, waardoor de subdoelstellingen niet geheel bereikt zijn. Desondanks blijkt uit de resultaten dat MSi uitvoerbaar is op patiëntenmateriaal. Vervolgonderzoek is nodig om de toepassing van de MSi-methode te optimaliseren en om specifieke moleculen te onderzoeken die kunnen dienen als doelwit voor diagnose en gerichte therapie ter voorkoming en genezing van nierziekten.

Soort: Patiëntenmateriaal; fundamenteel, klinisch, niet-toegepast
Onderwerp: Mass Spectrometry imaging, acute nierschade, chronische nierschade, vroegopsporing