Unlocking the metabolomic fingerprint of nephronophthisis as a therapeutic target

Doel

Het doel van het onderzoek is om beter te begrijpen hoe DNA-schade in niercellen bijdraagt aan het ontstaan en de progressie van nefronoftise (NPH) bij kinderen. Onderzoekers hopen daarmee aanknopingspunten te vinden voor gerichte behandelingen die dit proces kunnen vertragen of stoppen.

Samenvatting

Junior Talent grant. Nefronoftise (NPH) is een zeldzame, erfelijke nierziekte die al op jonge leeftijd (vaak rond het dertiende jaar) leidt tot nierfalen bij kinderen. De ziekte veroorzaakt cysten en littekenweefsel in het laagje cellen dat de nierbuisjes van de nieren bekleedt (het nierbuis-epitheel). Daardoor gaat steeds meer nierweefsel kapot. De meeste kinderen met nefronoftise zijn ongeveer 6 jaar als ze voor het eerst bij de nefroloog komen. Hun nieren blijven achteruit gaan tot er nierfalen ontstaat, gemiddeld rond het 13e levensjaar. De enige beschikbare behandelingen zijn op dit moment dialyse of transplantatie. De ziekte wordt veroorzaakt door genetische mutaties, waarbij met name het NPHP1-gen een belangrijke rol speelt. In ongeveer de helft van de gevallen is zo’n mutatie in het NPHP1-gen terug te vinden. Onderzoekers willen te weten komen hoe DNA-schade in de niercellen bijdraagt aan het ontstaan en de progressie van nefronoftise. Ze willen het ziekteproces doorgronden en aanknopingspunten vinden voor toekomstige, gerichte behandelingen. Een centrale hypothese van dit onderzoek is dat bij nefronoftise de reactie op DNA-schade verstoord is waardoor schade zich ophoopt. Dit leidt tot veranderingen in de stofwisseling van de niercellen en zorgt ervoor dat bepaalde celprocessen zoals celdood of ciliaverlies – verlies van de trilhaartjes die belangrijk zijn voor celcommunicatie – worden beïnvloed, wat bijdraagt aan de achteruitgang van de nierfunctie. Door gebruik te maken van zogenoemde 'mini-nieren' of tubuloïden, die uit patiënturine worden gekweekt, kan het onderzoek in het laboratorium plaatsvinden zonder invasieve procedures. Deze mini-nierbuisjes bevatten cellen die zich gedragen zoals de niercellen van patiënten met nefronoftise, en stellen de onderzoekers in staat om de vroege stadia van de ziekte na te bootsen en te bestuderen. Onderzoekers gaan de stofwisselingsprocessen in gezonde en zieke nierbuisjes gedetailleerd vergelijken om het specifieke metabolische profiel van nefronoftise te achterhalen. Door DNA-schade in de gezonde tubuloïden aan te brengen, kunnen ze observeren of dezelfde ziektekenmerken ontstaan, wat meer inzicht geeft in de oorzaak-gevolgrelaties binnen het ziekteproces. Een bijkomend inzicht uit dit onderzoek zijn mogelijk ook nieuwe biomarkers die gebruikt kunnen worden voor vroegtijdige diagnose. Dit is zeer waardevol omdat genetische tests op dit moment voor maar de helft van de patiënten uitsluitsel geven. Het uiteindelijke doel is om stofwisselingsroutes te identificeren die met medicijnen kunnen worden beïnvloed om nefronoftise te vertragen of zelfs te stoppen.

Soortgelijke projecten

DIAGGRAFT: leveraging artificial intelligence technology for accurate quantitative histological diagnostic assessment of transplant renal biopsies

Success accelerator grant. Afstoting vormt een belangrijk probleem voor patiënten met een donornier. Vroegtijdige vaststelling van een mogelijke afstoting is essentieel, en de meest betrouwbare methode om dit te doen is via een nierbiopsie. Bij een nierbiopsie wordt er met een naald een klein stukje nierweefsel ter grootte van een halve lucifer weggehaald voor onderzoek. Dit stukje weefsel (biopt) wordt beoordeeld onder de microscoop door een patholoog, aan de hand van de Banff-classificatie: een internationaal scoringssysteem waarbij een aantal items wordt beoordeeld, zoals de mate van verlittekening van de nier en het beoordelen van de aanwezigheid, locatie en hoeveelheid ontstekingscellen. Het Banff classificatie-systeem is echter niet goed reproduceerbaar en kan, in zijn huidige vorm, niet goed voorspellen of er op lange termijn risico is op afstoting van de donornier. De patholoog bepaalt ook welk type afstoting er plaatsvindt. Dit is belangrijke informatie bij het kiezen van de juiste behandeling, waarmee de kans wordt vergroot om de donornier te kunnen behouden. De onderzoekers willen in DIAGGRAFT door het gebruik van kunstmatige intelligentie (AI) de beoordeling van nierbiopten verbeteren. Het doel van DIAGGRAFT is om een computeralgoritme te ontwikkelen dat meerdere items van de Banff-classificatie nauwkeurig en reproduceerbaar automatisch kan beoordelen, zodat de zorg voor transplantatiepatiënten kan worden verbeterd. DIAGGRAFT bestaat uit 3 deelprojecten. Omdat we computersoftware willen ontwikkelen die een biopt betrouwbaar kan analyseren, onafhankelijk van in welk ziekenhuis, land of zelfs werelddeel het biopt verkregen of bewerkt werd, zullen we in fase één 100 nierbiopten van Radboudumc laten bewerken en digitaliseren in ziekenhuizen in verschillende landen. Deze biopten worden vervolgens in Radboudumc nog extra bewerkt, om betrouwbaar de aanwezige ontstekingscellen te kunnen herkennen. De digitale beelden met de door de computer herkende ontstekingscellen dienen als voorbeeld om vervolgens het computeralgoritme in fase 2 te ontwikkelen. In fase 2 vindt de ontwikkeling van het computeralgoritme plaats. We maken hierbij gebruik van ‘crowdsourcing’, een model van ontwikkeling van kunstmatige intelligentie dat in het verleden uitstekende resultaten heeft opgeleverd. In een zogenaamde ‘grand challenge’ worden onderzoekers wereldwijd uitgedaagd om met een goede oplossing te komen voor ons probleem; Met deze opzet wordt er op grote schaal, met meerdere AI-experts, toegewerkt naar de ontwikkeling van het best functionerende computeralgoritme. De voorbeelden uit fase 1 worden beschikbaar gesteld op een website (grand-challenge.org). Zij kunnen met behulp van deze data een algoritme op basis van kunstmatige intelligentie trainen, dat ontstekingscellen in nierbiopten kan herkennen. In fase 3 zal het computeralgoritme uit fase 2 getoetst worden. Hierbij worden 300 nierbiopten, afkomstig uit 6 ziekenhuizen, beoordeeld door meerdere internationale pathologen. Biopten worden e´e´n keer met, en e´e´n keer zonder hulp van het computermodel beoordeeld door de pathologen. De resultaten worden vergeleken om te kijken of de beoordeling verbetert met behulp van het ontwikkelde computeralgoritme. Doelstellingen: 1. Ontwikkelen van een computeralgoritme dat meerdere items van de Banff-classificatie nauwkeurig en reproduceerbaar kan beoordelen. 2. Valideren van het computeralgoritme op een ruime hoeveelheid nierbiopten afkomstig uit internationale ziekenhuizen. 3. Evalueren van de prognostische waarde van meerdere items van de Banff-classificatie aan de hand van de beoordeling middels het computeralgoritme.

Sex hormones and chronic kidney disease: closing the gap in sex-specific outcomes

Kolff+ Senior Talent grant. Het onderzoeksproject TRANSFORM richt zich op het ontrafelen van de rol van geslachtshormonen in het ontstaan van chronische nierziekte (CKD). De snellere achteruitgang van nierfunctie tot eindstadium nierfalen bij mannen vergeleken met vrouwen kan mogelijk mede veroorzaakt worden door negatieve effecten van het mannelijke geslachtshormoon testosteron en de beschermende werking van het vrouwelijke geslachtshormoon estradiol. Dit onderzoek streeft ernaar de invloed van deze hormonen op de nierfysiologie en de uitkomsten bij CKD-patiënten te bestuderen, om de verschillen in ziekteprogressie tussen geslachten beter te begrijpen. Recent onderzoek, waaronder studies bij transgender mannen en vrouwen die geslachtshormonen van het andere biologische geslacht gebruiken, wijst uit dat testosteron de nierfunctie kan verminderen terwijl oestradiol deze kan verbeteren. Vooral de interactie tussen geslachtshormonen en nierbeschermende medicijnen is een belangrijk onderzoeksgebied. Tot nu toe zijn nierbeschermende geneesmiddelen veelal onderzocht onder mannen; niet onder vrouwen. Onderzoeksresultaten voor mannen worden vaak geëxtrapoleerd naar vrouwen en het is zeer de vraag of dit terecht is. De doelstellingen van het project zijn gericht op: 1. Het evalueren van de effecten van geslachtshormonen op nierstructuur en -functie door middel van geavanceerde multi-omics technologieën; het in kaart brengen van geslachtsspecifieke gen- en eiwitexpressie in bloed en nierweefsel. 2. Het beoordelen van de invloed van geslachtshormonen op glomerulaire en tubulaire functies in de mens. Dit deel van het onderzoek meet ook of de respons op nierbeschermende medicijnen beïnvloed wordt door geslachtshormonen; hierbij wordt gebruik gemaakt van nier-organoïden. 3. Het relateren van geslachtshormoonconcentraties aan CKD-uitkomsten in een grootschalig cohortonderzoek (HELIUS cohort studie in Amsterdam). De uitkomsten van dit onderzoek zijn belangrijk voor het opzetten van toekomstige klinische studies en behandelingen die rekening houden met geslachtsspecifieke verschillen. Door beter te begrijpen hoe geslachtshormonen de nierfunctie beïnvloeden, kunnen gepersonaliseerde behandelplannen ontwikkeld worden die niet alleen rekening houden met het biologische geslacht van de patiënt, maar ook met veranderingen gerelateerd aan bijvoorbeeld de menopauze.

Untangling mechanisms and therapeutic targets in kidney allograft fibrotic disease

Senior Talent grant. Niertransplantaatfalen op de lange termijn is een van de belangrijkste onopgeloste problemen bij niertransplantatie, met als gevolg dat transplantatiepatiënten gemiddeld na 10 tot 15 jaar opnieuw een transplantaat nodig hebben. Nierfibrose (littekenvorming in de nier) is het eindresultaat van vrijwel alle vormen van chronische schade aan de nieren. Nierfibrose is aanwezig in ongeveer 40% van de niertransplantaten op 3 tot 6 maanden na transplantatie en in meer dan 60% op 2 jaar na transplantatie. De hypothese van dit onderzoek is dat fibrose in niertransplantaten de belangrijkste oorzaak is van lange termijn transplantaatfalen is. Het aanpakken van fibrose in het niertransplantaat is daarom een veelbelovende strategie om de langetermijnoverleving van het niertransplantaat te verbeteren. In dit voorgestelde project wordt een reeks experimenten uitgevoerd om de processen van fibrose in niertransplantaten te ontrafelen. Doelstellingen Doel 1: Het in kaart brengen van niertransplantaatfibrose door middel van single cell genomics om nieuwe therapeutische doelwitten te identificeren. Met innovatieve technieken worden genen geïdentificeerd die betrokken zijn bij de ontwikkeling van fibrose. Deze technieken maken het mogelijk om op single celniveau analyses uit te voeren. De technieken worden toegepast op biopten van transplantaten met verschillende gradaties van fibrose, afgenomen binnen 2 jaar na niertransplantatie. Deze worden vergeleken met nierbiopten zonder schade. De geïdentificeerde genetische processen zullen worden gevalideerd in een groot cohort van transplantatiebiopten. Doel 2: Een organoi¨denplatform ontwikkelen met de belangrijkste kenmerken van transplantatiefibrose. Nieren kunnen buiten het lichaam niet in leven gehouden worden in het lab. Daarom worden vanuit stamcellen geproduceerde mini-nieren gebruikt, zogenaamde nierorganoïden. Doel 3: Validatie van therapeutische doelen in organoïde transplantatiemodellen. Fibrotische en niet-fibrotische organoïden worden onder de huid geïmplanteerd in muizen zonder immuunsysteem en vervolgens worden menselijke immuuncellen toegediend. Na 2 maanden worden de organoïden verwijderd. Hiermee wordt humane nierfibrose bestudeerd in een transplantatiesetting met een menselijk immuunsysteem. Daarna volgen interventiestudies met behulp van hierboven geïdentificeerde genetische aanpassingen of werkzame stoffen.

Bekijk alle projecten