Motivazione e progettazione del progetto di medicina di precisione renale.

Astratto

La malattia renale cronica (CKD) e il danno renale acuto (AKI) sono malattie comuni, eterogenee e morbose. La caratterizzazione meccanicistica di CKD e AKI nei pazienti può facilitare un approccio di medicina di precisione alla prevenzione, alla diagnosi e al trattamento. Il progetto Kidney Precision Medicine mira a ottenere in modo etico e sicuro biopsie renali da partecipanti con CKD o AKI, creare un atlante renale di riferimento e caratterizzare sottogruppi di malattie per stratificare i pazienti in base alle caratteristiche molecolari della malattia, alle caratteristiche cliniche e agli esiti associati. Un ulteriore obiettivo è identificare cellule, percorsi e bersagli critici per nuove terapie e strategie preventive. Questo progetto è uno studio di coorte prospettico multicentrico di adulti con CKD o AKI sottoposti a biopsia renale protocollare a fini di ricerca.

Questa indagine si concentra sulle malattie renali che sono più diffuse e quindi gravano in modo sostanziale sulla salute pubblica, tra cui CKD attribuito a diabete o ipertensione e AKI attribuito a lesioni ischemiche e tossiche. Saranno valutati anche tessuti renali di riferimento (ad esempio, biopsie di donatori di rene viventi). La patologia tradizionale e digitale sarà combinata con l'analisi trascrittomica, proteomica e metabolomica del tessuto renale, nonché la fenotipizzazione clinica approfondita per l'analisi di sottogruppi supervisionata e non supervisionata e l'analisi della biologia dei sistemi. I partecipanti saranno seguiti in modo prospettico per dieci anni per accertare i risultati clinici. I tipi, le posizioni e le funzioni delle cellule saranno caratterizzati in salute e malattia in un atlante del tessuto renale aperto, ricercabile e online. Tutti i dati del Kidney Precision Medicine Project saranno resi prontamente disponibili per un ampio utilizzo da parte di scienziati, medici e pazienti.

La lesione renale acuta è l'improvviso deterioramento della funzione renale dovuto a vari fattori. Ciò può essere causato da fattori come infezione, farmaci, blocco renale, reazione trasfusionale, trauma, ischemia renale, ecc. Con un trattamento tempestivo, la funzione renale di solito ritorna, ma se i reni sono gravemente danneggiati, possono svilupparsi sintomi di malattia renale cronica. Nella nostra scoperta, Cistanche colpisce il danno renale acuto, Cistanche contiene anche una varietà di composti naturali e aminoacidi, che possono proteggere la struttura e la funzione delle cellule tubulari renali e promuovere la riparazione e la rigenerazione delle cellule tubulari renali, promuovendo così il recupero e riparazione del rene.

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Divulgazioni

IHdB riferisce consulenza per Boehringer-Ingelheim, Cyclerion Therapeutics, George Clinical, Goldfinch Bio e Ironwood. JK riporta consulenza per Aethlon; AM farmaceutica; Astute Medical/bioMérieux; Astella; Trapianto di Balmes; Baxter; Citosorbenti; GE; Lavaggio Hepa; Indalo Therapeutics; Jafron; Lowell Therapeutics; Mallinckrodt; MDSG; Nxstage; Oncogna; Oxford PG; Fotofago; Potrero; Senso renale; TES Pharma e partecipazione azionaria in PhotoPhage. Comitato consultivo del rapporto KK per Goldfinch Bio, Boston. Comitato consultivo del rapporto SR per Bayer. JS riporta una relazione con Maze e Goldfinch Bio. KS segnala l'equità in SygnaMap. KT riporta consulenza per Eli Lilly, Boehringer-Ingelheim, AstraZeneca, Goldfinch Bio, Gilead, Novo Nordisk e Bayer. SW riferisce rapporti con Harvard Clinical Research Institute/Baim, Cerus, Strataca, Venbio, Taekda, CVS, JNJ, Mass Medical International, GSK, Allena, Wolters Kluewer, Oxidien, Kantum, BioMarin. JH (Himmelfarb) riferisce di consulenza per Pfizer, il comitato consultivo di RenalytixAI, Maze Therapeutics, Akebia, Chinook Therapeutics e fondatore di AKTIV-X.

Parole chiave

malattia renale cronica; danno renale acuto; medicina di precisione; diabete; ipertensione.

introduzione

La malattia renale cronica (CKD) e il danno renale acuto (AKI) sono malattie morbose comuni che comportano oneri significativi per i pazienti, le loro famiglie e la società. Tra gli adulti negli Stati Uniti, la prevalenza di CKD raggiunge il 14% (37 milioni di persone), con una prevalenza del 25% o più per quelli con diabete o ipertensione.1,2 L'AKI colpisce il 10-15% di tutti i ricoverati pazienti, con tassi di incidenza particolarmente elevati tra i pazienti con sepsi e altre condizioni che richiedono il ricovero in unità di terapia intensiva.3,4 CKD e AKI possono entrambi progredire verso l'insufficienza renale e le persone con CKD e AKI presentano tassi elevati di eventi cardiovascolari, infezioni e mortalità.4–7 A livello globale, di conseguenza, CKD e AKI sono associati a un'enorme morbilità.6

Notevoli progressi sono stati fatti nella nostra comprensione della fisiopatologia di CKD e AKI. Ad esempio, numerosi percorsi sono stati implicati nello sviluppo della CKD dovuta al diabete, il genotipo APOL1 è stato identificato come un forte determinante della CKD negli afroamericani e sono stati delineati percorsi molecolari che mediano il danno renale ischemico.8-11

Tuttavia, poche terapie hanno dimostrato di prevenire la malattia renale cronica o la sua progressione e attualmente non esiste un approccio di gestione comprovato per prevenire o migliorare il decorso dell'AKI.6 I modelli animali, sebbene fondamentali per valutare i meccanismi di lesione, spesso non ricapitolano fedelmente la malattia umana e gli interventi efficaci in questi modelli non si estendono necessariamente agli esseri umani.12,13 Negli esseri umani, gli stati patologici individuali e le vie interessate sono raramente noti, in parte perché il tessuto renale non viene regolarmente ottenuto per l'analisi nella cura clinica. Insieme, questi ostacoli rendono difficile dare la priorità agli obiettivi per lo sviluppo di farmaci, implementare sperimentazioni cliniche efficaci di nuovi agenti terapeutici e trasferire le conoscenze alla salute dei reni umani.14-17

Il razionale per la medicina di precisione renale

CKD e AKI sono diagnosticati e classificati in modo approssimativo, basandosi principalmente sulla velocità di filtrazione glomerulare stimata (eGFR) e sull'escrezione proteica urinaria per CKD e variazioni a breve termine della creatinina sierica e della produzione di urina per AKI.4,18,19 Sebbene utili per la stadiazione e l'epidemiologia , queste valutazioni cliniche mancano di una visione granulare dei meccanismi molecolari sottostanti o del danno strutturale che contribuisce all'eterogeneità di CKD e AKI, comprese le differenze che possono contribuire alle note disparità razziali ed etniche nel rischio di malattia renale.

La mancanza di una base meccanicistica nell'attuale tassonomia delle malattie renali ha conseguenze significative per l'identificazione di nuovi meccanismi patologici, lo sviluppo di bersagli terapeutici e l'assistenza clinica di routine. Ad esempio, importanti meccanismi molecolari della malattia renale umana possono essere difficili da scoprire se presenti in un sottogruppo relativamente piccolo di pazienti. Inoltre, se una terapia si rivolge efficacemente a un meccanismo molecolare rilevante, il beneficio di tale trattamento in uno studio clinico o nella pratica clinica può essere diluito tra pazienti con diversi percorsi patologici non presi di mira dall'intervento.20 Questo enigma fornisce una motivazione per lo sviluppo di nuove definizioni di malattia basate sui meccanismi molecolari, consentendo una terapia mirata agli specifici processi molecolari responsabili del danno renale e della sua progressione in un paziente o in un sottogruppo di pazienti con fenotipi di malattia molecolare simili.

La medicina di precisione si riferisce a strategie di prevenzione e trattamento che tengono conto della variabilità individuale.21 Quando l'ex presidente Barack Obama ha annunciato la Precision Medicine Initiative nel 2015, ha fatto riferimento alla medicina di precisione come "fornire i trattamenti giusti, al momento giusto, ogni volta al persona giusta.22" Questo approccio richiede una comprensione dettagliata delle basi molecolari della salute e della malattia. I progressi tecnologici offrono ora un'opportunità senza precedenti per interrogare cellule e percorsi critici utilizzando la fenotipizzazione molecolare profonda, inclusa l'analisi di DNA, RNA, proteine ​​e metaboliti.

Nel 2016, il National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK) ha organizzato un seminario per esplorare se e come la medicina di precisione potesse essere utilizzata per migliorare la diagnosi e la gestione di CKD e AKI. Nel workshop, pazienti, medici, ricercatori accademici, esperti di bioetica e rappresentanti del settore hanno discusso di opportunità, risorse e barriere per ottenere e interrogare tessuti renali umani per far progredire la medicina di precisione renale. Nello stesso anno, il NIDDK ha rilasciato una serie di richieste di candidatura per il Kidney Precision Medicine Project (KPMP), iniziato nell'autunno del 2017.

Obiettivi complessivi

Il KPMP cerca di ridefinire CKD e AKI integrando fenotipi molecolari profondi con caratteristiche cliniche, patologia digitale ed esiti clinici. Nello specifico, gli obiettivi generali del KPMP sono (1) ottenere biopsie renali in modo etico e sicuro da partecipanti con CKD o AKI, (2) creare un atlante renale di riferimento, (3) caratterizzare sottogruppi di malattie per stratificare i pazienti in base ai meccanismi molecolari della malattia e risultati associati e (4) identificare cellule, percorsi e bersagli critici per nuove terapie. In definitiva, questo approccio può consentire la diagnosi di percorsi chiave della malattia a livello individuale, identificare obiettivi promettenti per l'intervento, facilitare la valutazione di nuovi interventi attraverso studi clinici mirati, aiutare a convalidare i biomarcatori per la diagnosi e il trattamento e promuovere l'applicazione della medicina di precisione a pazienti con CKD e AKI.

Il raggiungimento degli obiettivi di KPMP richiede tessuto renale da esseri umani con forme comuni di CKD e AKI. I pazienti che hanno CKD attribuito a diabete o ipertensione o AKI attribuito a danno ischemico o tossico raramente vengono sottoposti a biopsia renale, o lo fanno solo quando la loro presentazione clinica è insolita. Di conseguenza, gli studi sulle biopsie renali clinicamente indicate possono rappresentare in modo eccessivo le cause insolite della malattia o non riuscire a identificare i meccanismi patologici più comuni. Valutare efficacemente l'eterogeneità delle presentazioni di CKD e AKI, quindi, richiede l'arruolamento di una nuova coorte di persone disposte a donare tessuto renale che altrimenti non sarebbero probabilmente sottoposte a biopsie renali come parte della normale assistenza clinica. Di conseguenza, il primo obiettivo del KPMP è ottenere tessuti in modo etico e sicuro da tali partecipanti allo studio.

Un risultato chiave del KPMP è un atlante renale che traccia i tipi di cellule e le funzioni in condizioni di salute e malattia. L'atlante sarà uno strumento interattivo che integrerà i dati molecolari con la presentazione clinica, i dati di imaging e gli esiti clinici. Sarà sviluppata una nomenclatura renale standardizzata e interpretabile automaticamente (ontologia) per supportare la condivisione e l'integrazione dei dati e la costruzione di nuovi strumenti per l'analisi dei dati. I dati molecolari generati da nuovi test sviluppati, ottimizzati e implementati dai ricercatori KPMP saranno integrati con la patologia digitale e i fenotipi clinici utilizzando un approccio di biologia dei sistemi per generare nuovi sottotipi di malattia e obiettivi per la terapia (Figura 1).23,24

Organizzazione dello studio

Il KPMP è ampiamente comprensivo di pazienti, nefrologi, radiologi, patologi, fornitori di cure primarie, intensivisti, coordinatori della ricerca, project manager, esperti di etica, informatici, ricercatori di diverse discipline e altri che hanno investito nel miglioramento della salute delle persone con malattie renali. I siti di reclutamento e i siti di interrogatorio dei tessuti sono collegati e organizzati da un hub centrale che contiene un nucleo amministrativo, un centro di coordinamento dei dati e un centro di visualizzazione dei dati (https://kpmp.org/consortium-members/). Lo studio è supervisionato da tre organismi indipendenti, tra cui un Data Safety Monitoring Board, un Institutional Review Board centrale (Washington University, St. Louis) e un gruppo di esperti esterni convocato dal NIDDK.

I pazienti guidano il KPMP

Una caratteristica distintiva del KPMP è stata la creazione di una partnership equa con i pazienti affetti da malattie renali. I pazienti sono stati coinvolti integralmente nel KPMP per l'intera durata e a tutti i livelli del processo di progettazione.25 I pazienti con malattie renali sono stati inclusi nel seminario NIDDK 2016 sulla medicina di precisione renale per guidare un approccio etico e fattibile alle biopsie renali incentrate sulla ricerca . Anche i pazienti di tutti i siti KPMP sono stati invitati a partecipare alla prima riunione del comitato direttivo KPMP, e successivamente i pazienti iniziali hanno lavorato con i ricercatori per reclutare altri rappresentanti per esemplificare la diversità delle popolazioni target KPMP.

Con lo sviluppo del protocollo di ricerca, i pazienti hanno informato lo studio sulle migliori pratiche per l'impegno e hanno partecipato alla stesura del modulo di consenso informato KPMP (Tabella 1). Lo sviluppo del protocollo è stato influenzato dalle prospettive dei pazienti sui meriti e gli oneri delle procedure di studio. I pazienti hanno sostenuto con forza l'arruolamento di una popolazione di studio diversificata e rappresentativa, coinvolgendo i partecipanti allo studio iscritti come partner di ricerca e restituendo i risultati dello studio in modo completamente trasparente e tempestivo. I pazienti sono rappresentati in ogni comitato KPMP, incluso il comitato direttivo, dove partecipano attivamente e guidano come pari. Questi contributi hanno contribuito a rendere il protocollo di ricerca appropriato per i potenziali partecipanti ea garantire che i prodotti finali del KPMP saranno orientati in modo ottimale verso i valori e le preferenze dei pazienti.

Progettazione dello studio

Il KPMP è uno studio di coorte prospettico multicentrico di persone con CKD o AKI che si sottopongono a una biopsia renale protocollare all'ingresso nello studio. Il protocollo completo dello studio e i manuali dettagliati delle procedure sono disponibili gratuitamente su kpmp.org/researcher-resources. Il KPMP si concentra sulle malattie renali che sono più diffuse e quindi gravano in modo sostanziale sulla salute pubblica. Per CKD, queste sono presentazioni attribuite clinicamente a diabete, ipertensione o entrambi. Per l'AKI, si tratta di manifestazioni attribuite a sepsi, ischemia o danno tossico. Alcuni pazienti a cui è stata offerta una biopsia renale per indicazione clinica possono scegliere di partecipare al protocollo di ricerca KPMP invece di una biopsia clinica standard e fornire tessuto aggiuntivo per scopi di ricerca. Tuttavia, si prevede che la maggior parte dei partecipanti che si offriranno volontari per partecipare al KPMP non sarebbero stati altrimenti sottoposti a biopsia renale.

Le strategie di iscrizione includono il reclutamento da incontri di assistenza clinica (ad esempio clinica, pronto soccorso o degenza ospedaliera), risorse di informazioni sanitarie elettroniche (ad esempio registri esistenti e cartelle cliniche elettroniche) e reti di comunità e sensibilizzazione. Gli approcci specifici del sito ottimizzano le strategie di reclutamento in base alle loro impostazioni sanitarie locali e alla popolazione di studio target. Il centro di coordinamento dei dati KPMP monitora le caratteristiche demografiche e patologiche dei partecipanti iscritti, confronta queste caratteristiche con quelle delle popolazioni target sottostanti e invia questi dati ai siti di reclutamento per stabilire la priorità degli sforzi di reclutamento secondo necessità. A tal fine, i comitati consultivi della comunità in ogni sito di reclutamento facilitano il coinvolgimento delle popolazioni di pazienti locali e dei gruppi di difesa.

Il consenso informato è visto come un processo longitudinale che include pazienti, consulenti di fiducia dei pazienti, operatori clinici e personale KPMP addestrato e si estende da giorni (per AKI) a settimane (per CKD), a seconda della presentazione clinica. Il processo include la fornitura dell'accesso a materiali didattici estesi oltre al consenso informato scritto ed è progettato per garantire che i partecipanti comprendano appieno l'ambito dello studio e i suoi possibili rischi.

I criteri di inclusione sono stati progettati per arruolare una popolazione ampiamente rappresentativa di queste condizioni cliniche, comprese le presentazioni cliniche precoci (Tabella 2). Per CKD, i partecipanti sono limitati a quelli con GFR stimato maggiore o uguale a 30 ml/min/1,73 m2 per aumentare la probabilità di identificare anomalie che avviano e propagano la malattia relativamente presto, fornendo la maggiore opportunità di intervento.

Per l'AKI, i criteri di ammissibilità sono progettati per selezionare i partecipanti con una CKD sottostante minima, che potrebbe confondere l'identificazione dei meccanismi specifici dell'AKI. I pazienti sottoposti a biopsia renale percutanea devono inoltre avere un'elevata creatinina sierica sostenuta o accompagnata da evidenza di lesione parenchimale,26 mentre i pazienti sottoposti a biopsia renale laparotomica (di solito nel reparto di emergenza acuta) hanno un insieme più ampio di criteri di inclusione progettati per includono AKI precoce o alto rischio di AKI imminente. Vengono arruolate anche popolazioni speciali. Per la CKD, le persone con diabete di tipo 1 di lunga data senza evidenza di CKD (resistenze alla malattia renale diabetica) vengono valutate per cercare percorsi associati alla protezione dalla CKD. Per AKI, le persone sottoposte a laparotomia esplorativa che hanno evidenza di disfunzione renale precoce o sono ad alto rischio di sviluppare AKI postoperatorio vengono sottoposte a una biopsia aperta al momento dell'intervento.

I criteri di esclusione sono stati progettati principalmente per proteggere la sicurezza dei partecipanti. Questi criteri di esclusione erano basati sulla letteratura pubblicata e sull'esperienza clinica e si concentravano principalmente sulla riduzione del rischio di sanguinamento (Tabella 2). Ulteriori criteri escludono le persone con malattie renali già oggetto di indagine da altri ampi studi di coorte (ad esempio persone con disturbi glomerulari e malattia del rene policistico) e quelle con scenari clinici insoliti per i quali anomalie uniche possono essere alla base della malattia ma per le quali verrebbe reclutato un numero insufficiente di partecipanti trarre conclusioni significative sulla patogenesi.

I partecipanti vengono seguiti per 10 anni dal momento della biopsia renale attraverso una combinazione di visite di studio annuali di persona e visite remote a intervalli per documentare eventi clinicamente importanti, tra cui perdita della funzionalità renale, insufficienza renale, ricoveri a intervalli, eventi cardiovascolari e mortalità. Tabella 3). I partecipanti arruolati per AKI hanno un'ulteriore visita di studio di persona tre mesi dopo la biopsia renale per stabilire una base clinica post-AKI. La sorveglianza delle cartelle cliniche elettroniche e dei database nazionali come lo United States Renal Data System e il National Death Index integrerà questi approcci, soprattutto per il follow-up a lungo termine. Un ampio biorepository di siero, plasma e leucociti circolanti conservati per l'analisi del DNA e dell'RNA, campioni di urina temporizzati e spot e campioni di feci vengono raccolti al momento della biopsia renale e delle visite di studio di persona. I campioni del biorepository vengono conservati per progetti futuri volti a comprendere meglio la patogenesi della malattia ea sviluppare e convalidare biomarcatori che riflettano l'eterogeneità della malattia. Al momento non ci sono piani per ripetere le biopsie renali nel KPMP, ma questo potrebbe essere preso in considerazione in futuro.

Biopsia renale

Il fulcro del protocollo di ricerca KPMP è la biopsia renale, che viene utilizzata per generare una diagnosi tradizionale basata sull'istologia e nuovi fenotipi molecolari. La condotta etica delle biopsie renali è un requisito assoluto del KPMP ed è stata oggetto di discussione durante la pianificazione e lo sviluppo. In generale, durante il processo di pianificazione, i medici e gli scienziati ritenevano che mentre le biopsie renali nelle popolazioni pianificate potevano occasionalmente fornire informazioni utili per la diagnosi o la prognosi, era improbabile che la maggior parte dei singoli partecipanti beneficiasse direttamente della biopsia.

I rappresentanti dei pazienti hanno espresso un concetto più ampio di potenziali benefici, valorizzando la conoscenza del loro processo patologico anche se non altera la terapia medica, nonché l'opportunità di contribuire altruisticamente alle loro comunità attraverso le scoperte. Indipendentemente dai potenziali benefici, le biopsie renali comportano rischi intrinseci, incluso il rischio di gravi complicanze come la necessità di trasfusioni di sangue, ospedalizzazione, perdita renale e morte.27,28 Il KPMP ha eseguito una revisione sistematica delle complicanze della biopsia renale per quantificare queste rischi per i potenziali partecipanti e i loro fornitori.29 Inoltre, il KPMP mira a ridurre al minimo questi rischi ea divulgarli attraverso un processo di consenso informato completo che sia trasparente e rispetti l'autonomia individuale. Inoltre, il KPMP raccoglierà dati prospettici sia sui benefici (per i partecipanti e gli operatori clinici) sia sui rischi per perfezionare il consenso informato nel tempo e quantificare meglio i risultati della biopsia per la comunità più ampia.

Il principio guida nell'esecuzione della biopsia renale è l'ottimizzazione della sicurezza del paziente. La sicurezza è stata enfatizzata in tutto il KPMP sviluppando una cultura della sicurezza, specifici protocolli orientati alla sicurezza e procedure per monitorare e adattare il protocollo secondo necessità (Tabella 4). Molti elementi del protocollo di biopsia renale KPMP sono standardizzati, mentre alcuni elementi sono flessibili per adattarsi alle competenze procedurali dei singoli siti di reclutamento KPMP.

Tutte le biopsie renali percutanee vengono eseguite da operatori esperti e certificati KPMP utilizzando 16-aghi di calibro e indicazioni di imaging in tempo reale. Gli operatori certificati KPMP devono dimostrare di aver completato 35 biopsie negli ultimi due anni con un tasso di complicanze maggiori inferiore al 10% e l'85% delle biopsie deve essere stato adeguato per la diagnosi. È consentito un massimo di cinque passaggi per raggiungere un obiettivo di tre nuclei di biopsia. Gli operatori possono essere nefrologi o radiologi. Per i partecipanti sottoposti a laparotomia aperta, i chirurghi eseguiranno biopsie utilizzando 16- aghi di calibro con visualizzazione diretta del rene. Le liste di controllo vengono utilizzate per garantire che tutte le biopsie vengano eseguite solo in condizioni appropriate, inclusa la garanzia che i segni vitali e i parametri di laboratorio rientrino nei limiti di sicurezza. Gli eventi avversi vengono accertati e monitorati in modo prospettico da un comitato interno per la sicurezza e l'aggiudicazione di KPMP, nonché da un comitato esterno per il monitoraggio della sicurezza dei dati e da un unico comitato di revisione istituzionale.

Elaborazione e analisi del tessuto renale

Una delle principali sfide per KPMP è massimizzare l'uso del tessuto renale limitato disponibile sia per la diagnosi patologica tradizionale che per le valutazioni molecolari multiple. A tal fine, patologi, ricercatori e nefrologi che coprono tutti i siti KPMP hanno intrapreso uno sforzo collaborativo per progettare un protocollo di consenso per elaborare il tessuto della biopsia renale (Figura 2). Il protocollo è stato informato da una serie di studi pilota e incorpora un rigoroso controllo di qualità in ogni fase. Il tessuto della biopsia renale viene valutato da un patologo nella suite di biopsia e il nucleo di biopsia più ottimale viene selezionato per la valutazione istologica tradizionale utilizzando gli algoritmi disponibili su kpmp.org/researcher-resources/. Questo nucleo diagnostico viene elaborato localmente presso il sito di reclutamento per la microscopia ottica, l'immunofluorescenza e la microscopia elettronica e viene generato un rapporto di patologia clinica basato su questo nucleo e restituito al partecipante e al team di assistenza clinica. Qualsiasi tessuto rimanente da questo nucleo viene quindi inviato a un biorepository centrale per uso di ricerca da mettere a disposizione dei siti di interrogazione dei tessuti per studi di imaging multiplex. Altri due nuclei vengono elaborati rapidamente per la fenotipizzazione molecolare profonda e congelati per il trasporto in un biorepository centrale presso l'Università del Michigan.

Tutti i siti dimostrano formalmente di essere pronti per la biopsia renale e la conservazione dei tessuti, inclusa la certificazione per mantenere la competenza. Tutti i reagenti e le forniture vengono spediti come kit standardizzati e preetichettati dal biorepository centrale. I vetrini generati nei siti di reclutamento vengono scansionati centralmente per la visualizzazione e l'analisi digitali, e il tessuto destinato agli studi di ricerca viene inviato al biodeposito centrale e quindi distribuito ai siti di interrogazione dei tessuti.

Tecnologie applicate all'imaging, alla trascrittomica, alla proteomica e alla metabolomica spaziale del tessuto renale (Figura 2). Queste tecnologie dovrebbero evolversi e verranno aggiunte altre tecnologie. Il controllo della qualità è enfatizzato durante l'elaborazione e l'analisi, inclusa una grande attenzione alle condizioni preanalitiche come la manipolazione e la conservazione dei tessuti, l'affidabilità del test, i confronti tra le tecnologie e lo spostamento e la deriva dei test nel tempo.

Riferimento tessuti renali

I tessuti renali di riferimento interrogati utilizzando le tecnologie KPMP sono necessari per popolare un atlante renale in salute e fornire un contesto per le malattie renali. La nefrectomia e i tessuti renali di donatori deceduti sono stati utilizzati negli studi pilota KPMP per ottimizzare il protocollo e sviluppare una versione iniziale di un atlante di riferimento. contenuto nei tessuti. Pertanto, il KPMP sta sviluppando partenariati e protocolli per ottenere fonti migliori di tessuti renali sani di riferimento da donatori di rene viventi e da persone senza malattia renale clinicamente evidente che si sottopongono a procedure renali invasive, ad esempio nefrolitotomia percutanea per nefrolitiasi isolata. Questi tessuti di riferimento saranno processati e interrogati utilizzando i protocolli KPMP e inclusi nell'atlante dei tessuti KPMP.

Risultati dello studio

Il KPMP accerta una serie di risultati coerenti con i suoi obiettivi generali (Tabella 3). Questi iniziano con la valutazione dei rischi e dei benefici della stessa biopsia renale perché l'esperienza con le biopsie renali nelle popolazioni target è limitata. Gli esiti della biopsia renale vengono accertati attraverso questionari prospettici somministrati a partecipanti, medici e ricercatori dello studio, nonché un'attenta sorveglianza degli eventi avversi. Inoltre, lo sviluppo di un atlante del tessuto renale open-source e dei sottotipi di malattie su base molecolare sono considerati risultati espliciti del KPMP.

Il KPMP segue anche i partecipanti per gli esiti di salute più tradizionali, tra cui la progressione della malattia renale cronica, gli esiti di AKI (per i partecipanti AKI) e altri eventi di salute, come definito nella Tabella 4. I dati per questi esiti sono ottenuti attraverso la sorveglianza delle cartelle cliniche elettroniche, l'USRDS registro e l'indice nazionale di morte oltre alle visite di studio di persona e a distanza. Vengono compiuti sforzi completi per trattenere i partecipanti per il follow-up clinico, con i rappresentanti dei pazienti a livello di KPMP e i comitati consultivi della comunità del sito di reclutamento che svolgono ruoli chiave nello sviluppo e nell'attuazione di piani completi di coinvolgimento e conservazione.

Misura di prova

Attualmente, non ci sono dati sufficienti per calcolare stime di potenza affidabili o dimensioni del campione necessarie per raggiungere gli obiettivi del KPMP. Pertanto, il KPMP prevede di iscrivere 200 partecipanti, un numero giudicato sicuro e fattibile data la complessità del protocollo clinico, durante la sua prima fase (fino alla metà-2022). Le biopsie di questi partecipanti verranno utilizzate per valutare la sicurezza, generare versioni iniziali dell'atlante renale di riferimento (insieme ai tessuti di riferimento) e identificare i sottogruppi di malattia basati sul meccanismo iniziale. Inoltre, le biopsie di questi partecipanti saranno utilizzate per comprendere la variabilità all'interno delle cellule renali di lignaggio simile, tra diversi tipi di cellule, tra campioni di tessuto dello stesso individuo, tra individui con lo stesso sottotipo di malattia renale, tra sottotipi di malattia e nelle associazioni di sottotipi di malattia con esiti clinici per le popolazioni studiate e tecnologie impiegate dal KPMP. Questi dati guideranno i calcoli delle dimensioni del campione per il lavoro futuro.

Atlante renale

Un nuovo atlante del tessuto renale che caratterizza i tipi di cellule, le posizioni e le funzioni nella salute e nella malattia sarà un prodotto centrale degli sforzi del KPMP. L'atlante integrerà la patologia digitale, la trascrittomica, la proteomica e la metabolomica con i dati clinici, presenterà una serie di mappe multiscalari curate a due e tre dimensioni del tessuto renale e offrirà strumenti di analisi e visualizzazione per gli utenti (Figura 3). Verranno sviluppate ontologie per integrare semanticamente questi componenti e collegarli a risorse di dati complementari. L'atlante conterrà dati sul tessuto di riferimento clinico libero da malattia per aiutare a comprendere la struttura e la funzione del rene in nuovi dettagli, nonché set di dati contenenti i risultati dei partecipanti KPMP iscritti con CKD o AKI, definiti utilizzando la biopsia renale e caratteristiche cliniche dettagliate. Saranno impiegati algoritmi all'avanguardia per visualizzare l'istologia digitale e ricercare le caratteristiche strutturali in tempo reale. L'atlante renale sarà accessibile tramite kpmp.org e fornirà l'accesso a tutti i dati elaborati e grezzi (dopo la pulizia) generati dal KPMP. Saranno istituiti portali di ingresso per tipi di utenti comunemente previsti, inclusi medici, patologi, scienziati e pazienti.

Piattaforma opensource

Il KPMP è stato concepito come una piattaforma open source per condividere rapidamente nuovi dati con pazienti, medici e scienziati che studiano la salute e le malattie dei reni o indagano ampiamente sulla biologia umana. Pertanto, gli investigatori di KPMP si impegnano a rendere i dati disponibili al pubblico non appena superano i controlli di qualità interni, a partire dalla primavera del 2020, proteggendo al contempo la privacy dei partecipanti. A tal fine, i dati KPMP sono disponibili per il download, accessibili tramite il sito Web KPMP, kpmp.org. I dati che comportano il rischio di identificazione individuale richiedono un accordo sull'utilizzo dei dati per l'accesso che stabilisca che non verranno effettuati tentativi di reidentificazione dei partecipanti. Anche le politiche, i protocolli e i manuali delle procedure di condivisione dei dati KPMP sono disponibili gratuitamente dal sito web dello studio.

Per massimizzare l'integrazione, la diffusione e la collaborazione, il KPMP ha sviluppato e utilizza ontologie per classificare tutti i dati raccolti. Le ontologie sono sistemi che classificano sintomi, segni, condizioni e le loro relazioni. L'utilizzo di ontologie comuni può facilitare la combinazione dei dati tra gli studi.32 Il KPMP ha assunto un ruolo di leadership nello sviluppo e nel perfezionamento delle ontologie per le malattie renali. Ad esempio, il KPMP ha ospitato un incontro internazionale sull'ontologia incentrato sui reni a Seattle, WA durante l'estate del 2018.

Partnership

Il KPMP incoraggia anche nuove partnership, comprese partnership con ricercatori accademici, sistemi sanitari e industria. Tali partnership sono sollecitate attivamente attraverso richieste di annunci di opportunità di finanziamento (https://kpmp.org/opportunitypool/) e possono anche essere avviate tramite domande di studio accessorie per accedere a partecipanti o campioni KPMP. Vengono offerte sovvenzioni di viaggio competitive per presentare poster di ricerca alle riunioni del comitato direttivo del KPMP, per le quali i giovani ricercatori sono particolarmente incoraggiati a fare domanda. Inoltre, KPMP è progettato per integrarsi e creare sinergie con altri sforzi di atlante, come HuBMAP (https://commonfund.nih.gov/hubmap), GUDMAP (https://gudmap.org) e Human Cell Atlas (https: //www.humancellatlas.org/). Le politiche di collaborazione esterna e studi accessori di KPMP sono disponibili su kpmp.org.

Sfide

Le sfide iniziali del KPMP includono lo sviluppo di un nuovo protocollo che sia sicuro, etico, rigoroso, fattibile e accettabile per i partecipanti. Questo rapporto evidenzia gli aspetti di base di questo protocollo e ulteriori rapporti forniranno ulteriori dettagli sull'impegno del paziente, l'elaborazione e la patologia dei tessuti, l'interrogatorio molecolare e la visualizzazione dei dati. Rimangono numerose sfide aggiuntive. Il controllo di qualità deve essere mantenuto durante tutta la raccolta e l'analisi dei tessuti e dei dati. Quantità finite di tessuto renale devono essere suddivise tra molteplici tecnologie informative, comprese le nuove tecnologie promettenti che emergono durante lo studio. Deve essere iscritto un numero sufficiente di partecipanti per far fronte a tutte le fonti di variabilità, il cui ambito non è ancora del tutto definito. Lo stato del tessuto renale in una singola istantanea nel tempo deve essere correlato alle malattie che si evolvono nel tempo e agli esiti clinici a lungo termine. Potrebbero essere necessari dati fenotipici clinici ricchi sulla funzione renale al di sopra e oltre l'eGFR e l'albuminuria per creare nuove classificazioni delle malattie. I dati saranno resi disponibili per l'uso pubblico in un modo che promuova l'integrazione con risorse complementari, basandosi su metadati e ontologie comuni che richiedono ulteriore sviluppo.

Visione per il futuro

Il KPMP è una nuova iniziativa che cerca di ridefinire e riclassificare le malattie renali comuni combinando fenotipizzazione molecolare profonda con caratteristiche cliniche, patologia digitale innovativa e risultati clinici rilevanti. I dati generati dal KPMP miglioreranno la base di conoscenze per un'ampia gamma di ricerche all'interno e oltre la nefrologia, organizzate in un atlante del tessuto renale e divulgate attraverso una piattaforma open-source. Gli obiettivi a breve termine di questo lavoro includono lo sviluppo di nuovi sottotipi di malattie renali basati su meccanismi che sono comuni ma eterogenei e per aiutare a identificare e dare priorità agli obiettivi di intervento. Tali progressi sosterrebbero le sperimentazioni cliniche, consentendo sperimentazioni su piattaforma e altri metodi innovativi per testare nuove diagnosi e trattamenti.33

Nel processo, il KPMP mira a ridefinire la diagnosi e la comprensione sia della CKD che dell'AKI. Valuterà in modo completo il ruolo della biopsia renale nella diagnosi e nel trattamento di queste malattie renali. Si prevede che nuovi metodi di analisi molecolare, patologia digitale, tecniche di imaging e bioinformatica diventeranno standard per la diagnosi delle malattie renali e potrebbero essere sviluppati nuovi protocolli per ridurre i rischi della biopsia renale, facilitare un'adeguata selezione dei pazienti e identificare coloro che possono trarre il massimo vantaggio dalla procedura. Questi contributi dovrebbero migliorare il profilo rischio-beneficio della biopsia renale e aumentarne l'uso nella pratica clinica. I pazienti stessi possono essere autorizzati a richiedere l'opzione di una biopsia renale dai loro fornitori. Inoltre, i biomarcatori possono essere sviluppati per identificare con precisione la patologia renale. La medicina di precisione renale offre una miriade di opportunità per migliorare la scienza e la salute, e il KPMP insieme a iniziative di ricerca simili stimolerà l'interesse per la nefrologia per invogliare una nuova generazione a innovare sulla base del KPMP.

In definitiva, l'obiettivo del KPMP è quello di migliorare la salute dei pazienti con ea rischio di malattie renali, consentendo la diagnosi e il trattamento a livello individuale. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori del KPMP intendono promuovere la salute di precisione renale classificando sottogruppi di malattie per stratificare i pazienti in base ai meccanismi molecolari della malattia e identificando cellule e percorsi critici come bersagli per nuove strategie cliniche. I dati saranno visualizzati e diffusi attraverso un nuovo atlante del tessuto renale e condivisi apertamente per catalizzare nuovi approcci diagnostici e terapeutici per CKD e AKI.

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