Terapia con cellule staminali per lesioni microvascolari associate a nefropatia ischemica

edmund.chen@wecistanche.com

Astratto:La nefropatia ischemica riflette la progressiva perdita difunzione renalea causa della malattia occlusiva aterosclerotica dei grandi vasi. Studi recenti indicano che questo processo è caratterizzato da rarefazione microvascolare, aumento dell'ipossia tissutale e attivazione di processi infiammatori di danno tissutale. Questa recensione riassume il razionale e l'applicazione dell'imaging RM funzionale per valutare l'ossigenazione dei tessuti nei soggetti umani che definisce i limiti dell'adattamento renale a una riduzione del sangue simile, allo sviluppo di un'ipossia tissutale sempre più grave e al reclutamento di percorsi di danno infiammatorio nella nefropatia ischemica. Le cellule mesenchimali stromali/staminali (MSC) umane sono in grado di modificare le vie angiogeniche e le risposte immunitarie, ma la potenza di questi effetti varia tra gli individui e le varie caratteristiche cliniche, tra cui l'età e la cronicamalattie renalie livelli di ipossia. Riassumiamo i primi studi sull'uomo recentemente completati applicando un'infusione intrarenale di MSC di derivazione adiposa autologa in soggetti umani con nefropatia ischemica che dimostrano un aumento del follow-up ematico e una riduzione dell'ipossia tissutale coerente con la riparazione parziale del danno microvascolare, anche senza ripristino principale sangue arterioso renale. Biomarcatori infiammatori nella vena renale del post-stenoticoreniè caduto dopo l'infusione di MSC. Questi cambiamenti sono stati associati a incrementi dose-correlati modesti ma significativi infunzione renale.Questi dati forniscono supporto al ruolo delle MSC autologhe nella riparazione del danno microvascolare associato all'ipossia tissutale.

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introduzioneStudi epidemiologici identificano la perdita difunzione renalecome un importante fattore di rischio per eventi cardiovascolari e morte. Opzioni di trattamento per molte forme di acuta e cronicamalattie renali(CKD) sono limitati oltre le misure per ridurre la pressione sanguigna sistemica ed evitare danni da iperfiltrazione. Studi recenti su modelli di roditori indicano un notevole potenziale per le terapie a base di cellule staminali mesenchimali stromali/staminali di influenzare favorevolmenterenesopravvivenza dell'allotrapianto e recupero da acutodanno renale(AKI) e alcune forme di cronicomalattie renalicompreso il diabete e la nefrite da lupus, come è stato rivisto [1]. Le caratteristiche uniche direnemicrocircolazione rende ilreneparticolarmente suscettibile al danno ischemico. Il modo in cui questi dati si traducono in disturbi umani rimane poco compreso. Lo scopo di questa rassegna era riassumere gli studi iniziali che utilizzavano MSC autologhe in soggetti umani con nefropatia ischemica dovuta a malattia vascolare aterosclerotica delrene

Parole chiave:nefropatia ischemica; stenosi dell'arteria renale; ossigenazione dei tessuti; malattia renale cronica;funzione renale

Malattie renovascolari e lesioni microvascolariLa malattia renovascolare aterosclerotica dei grandi vasi (ARVD) è altamente prevalente nelle popolazioni più anziane a causa della stenosi dell'arteria renale. Questo processo si sviluppa gradualmente nel corso di molti anni ed è accelerato da dislipidemia, diabete, ipertensione, fumo e altri fattori di rischio aterosclerotico. Quando l'occlusione del lume raggiunge una soglia "critica", solitamente identificata come un'occlusione del vaso superiore al 70-80 percento, le pressioni di perfusione distali e i borsiti del sangue iniziano a diminuire in modo misurabile [2] (Figura 1). Una ricca letteratura sull'ipertensione ha collegato la perdita della pressione di perfusione renale con l'attivazione di molteplici vie pressorie che producono e accelerano l'ipertensione renovascolare, incluso il sistema renina-angiotensina-aldosterone [3]. Mentre la rivascolarizzazione dell'arteria renale principale in precedenza era il mezzo principale per il trattamento dell'ARVD e dell'ipertensione renovascolare, i progressi nella terapia farmacologica antipertensiva negli ultimi anni hanno reso la terapia medica ottimizzata il cardine della gestione e spesso possono raggiungere con successo la pressione sanguigna target. Una conseguenza del successo della terapia medica è stata una marcata riduzione delle procedure di rivascolarizzazione. Di conseguenza, molti individui ora sono soggetti a una ridotta pressione sanguigna del sangue e di perfusione distale per periodi di tempo prolungati, a volte molti anni. Perdita prolungata di sangue compagno e conseguente perdita difunzione renaleè stata designata "nefropatia ischemica".

È importante sottolineare che l'ARVD di vasi grandi porta a disturbi microvascolari distali con perdita di vasi di diametro medio e piccolo e, infine, con fibrosi parenchimale [5,6] (Figura 2). La perdita dell'integrità della microvascolatura renale è stata identificata come una via finale comune per gli altrireneanche malattie, tra cui nefropatia diabetica, obesità e nefrosclerosi [7]. Mentre l'ARVD inizialmente si manifesta come un disturbo emodinamico che a volte può essere invertito con il ripristino della pervietà del vaso, il successivo rimodellamento microvascolare e la rarefazione alla fine non sono reversibili. Un'osservazione corollaria è che anche la riparazione endovascolare con dilatazione arteriosa e stenting spesso non riesce a ripristinare i livelli completi del flusso sanguigno e recuperare la filtrazione glomerulare [8,9]. Mancato recuperofunzione renaledopo la rivascolarizzazione è associata alla sopravvivenza sedotta a lungo termine e all'aumentata necessità di terapia sostitutiva renale come la dialisi e/o il trapianto [90]. Negli ultimi decenni, l'ARVD è stato associato più comunemente alla malattia renale allo stadio terminale (ESRD) e marcato

Nefropatia ischemica e ossigenazione renaleA differenza del cuore o del cervello, l'intero rene è sostanzialmente troppo profumato rispetto al suo fabbisogno energetico metabolico [13]. Di conseguenza, molteplici meccanismi regolatori intrarenali limitano sia l'ossigenazione all'interno dei segmenti corticali (p. es., a causa di shunt arterovenosi e restrizioni locali per la diffusione dell'ossigeno) sia determinano gradienti locali funzionali. Lo shunt arterovenoso riduce le tensioni di ossigeno all'interno della corteccia renale verso livelli di 55-60 mm Hg, un netto stepdown da 85-90 mm Hg nell'arteria renale normale [14,15]. Il normale funzionamento del rene mostra livelli regionali di ossigenazione dei tessuti marcatamente diversi a causa del limitato flusso sanguigno post-glomerulare al midollo e del maggiore consumo di ossigeno associato al trasporto tubulare del soluto dipendente dall'energia [15,16]. L'ossigenazione midollare può arrivare a 10-15 mm Hg in uno stato di normale funzionamento, il che secondo alcuni lo rende particolarmente suscettibile alle malattie acutedanno renalequando si sovrappongono insulti nefrotossici [17]. Il riconoscimento di queste caratteristiche di perfusione e che l'ARVD è altamente prevalente ha portato alcuni autori a designare la perdita della funzione renale al di là di una lesione stenotica come nefropatia ischemica18], assumendo che la perdita di flusso sanguigno debba indurre danno ipossico tissutale [19].

La valutazione funzionale dell'ossigenazione del tessuto renale nei soggetti umani è stata possibile solo dall'introduzione della risonanza magnetica dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD MRI) [20] (Figura 1). Questo metodo dipende dalla proprietà paramagnetica dell'emoglobina deossigenata che modifica il riallineamento magnetico dopo un'interruzione del Fifield, mentre l'emoglobina ossigenata non ha momento magnetico attivo [21]. Quindi, il tasso di riallineamento misurato (espresso come R2*) è un riflesso diretto della proporzione di emoglobina deossigenata all'interno del sangue specifico contenente voxel. I livelli normali di ossigenazione all'interno del rene variano nei segmenti più ripidi della curva di dissociazione dell'emoglobina, rendendolo uno strumento particolarmente adatto per questo organo. Gli studi che utilizzano BOLD MRI sottolineano la necessità di una stretta standardizzazione relativa all'assunzione di sodio, all'uso di diuretici e all'ingestione di acqua poiché anche variazioni modeste di questi parametri hanno effetti misurabili sui livelli locali di deossigenazione dei tessuti. Questi riflettono le alterazioni del consumo di ossigeno associate al trasporto di soluto e acqua nei segmenti midollari [22-24]. Con un'attenta attenzione a tali fattori, l'imaging BOLD consente di identificare i cambiamenti dell'ossigenazione renale corticale e midollare associati amalattie renali[25,26], malattia occlusiva vascolare, terapia farmacologica, danno renale acuto dopo iniezione di contrasto e altre condizioni [27,28].

CISTANCHE MIGLIORERA' LA DIALISI RENALE/RENALE

Il nostro gruppo di ricerca ha impiegato l'imaging BOLD sistematico del rene in soggetti umani con ARVD e con ipertensione essenziale, in particolare per esaminare il livello di ischemia associato all'ARVD. Questi studi hanno anche consentito misurazioni ripetute di sangue corticale e midollare per ciascun rene utilizzando l'imaging TC con contrasto venoso centrale come descritto in precedenza [29] Gli studi iniziali su soggetti umani con ipertensione essenziale e ARVD sono stati intrapresi in condizioni di protocollo di ricerca ricoverate con condizioni giornaliere fisse assunzione di sodio e somministrazione standardizzata di farmaci [30,31]. Complessivamentefunzione renaleera moderatamente ridotto con un limite superiore della creatinina sierica inferiore a 2,5 mg/dl, in parte a causa della perdita asimmetrica di tessuto renale associata a ipertrofia compensatoria e iperfiltrazione nel rene controlaterale. Abbiamo anticipato che una riduzione dei borsisti del sangue avrebbe amplificato il danno ipossico misurabile, in particolare all'interno delle regioni midollari profonde note per avere una ridotta ossigenazione in condizioni normali. In qualche modo inaspettatamente, questi studi hanno stabilito una notevole gamma di adattamento con gradienti di ossigeno preservati all'interno dei reni post-stenotici, nonostante le sostanziali riduzioni dei borsiti del sangue sia nella corteccia che nel midollo, il volume parenchimale renale inferiore e la filtrazione del soluto ridotta. Sia le misurazioni dell'ossigenazione corticale che quella midollare erano ben conservate nonostante le riduzioni dei compagni di sangue fino al 40 percento [31]. In parte, ciò rifletteva abbondanti riserve di ossigenazione all'interno delle strutture corticali e un ridotto consumo di ossigeno midollare come risultato della minore filtrazione e trasporto del soluto. Questi dati forniscono una conferma fisiologica della resilienza all'interno di un normale rene umano che consente lo sviluppo di una compromissione emodinamica graduale con un'integrità strutturale preservata nonostante la perdita graduale progressiva della funzione renale associata all'ARVD. Queste osservazioni sono state confermate ed estese con biopsie transgiugulari di reni post-stenotici che hanno dimostrato strutture tubulari e glomerulari notevolmente intatte, sebbene le misurazioni del volume glomerulare confermino una ridotta perfusione [32]. Questi dati sperimentali forniscono una base fisiologica per l'osservazione che molti pazienti con ARVD moderata possono essere gestiti per molti anni con CKD stabile senza danno progressivo [8,33].

Questa adattabilità ha dei limiti, tuttavia. Quando i borsisti post-stenotici scendono a livelli più gravi, sia il volume renale che le strutture microvascolari si riducono. Gli studi che utilizzano l'imaging BOLD confermano lo sviluppo dell'ipossia tissutale patologica nella corteccia renale e la deossigenazione midollare espansa con perdita critica di blood fellow e dimensioni del parenchima renale [34]. Quando sono in atto severe restrizioni per periodi prolungati, il ripristino del sangue dei grandi vasi segue da dilatazione endovascolare e il posizionamento di stent non riesce a ripristinare le strutture microvascolari e/o GFR negli studi sperimentali [35]. La Figura 2 illustra questo punto in un modello suino di ARVD che si sviluppa lentamente nell'arco di 6-12 settimane in un modo simile all'ARVD umano. Queste osservazioni rafforzano l'incapacità di ripristinare la GFR in modo coerente negli studi umani di rivascolarizzazione [8,36]. Presi insieme, questi dati indicano che la malattia macrovascolare e la perdita della perfusione renale parenchimale portano alla fine alla rarefazione delle strutture microvascolari all'interno del rene che riducono la funzione renale, spesso in modo irreversibile.

CISTANCHE MIGLIORERA' L'INSUFFICIENZA RENALE/RENALE

Ipossia tissutale e danno infiammatorioStudi recenti sottolineano il ruolo centrale delle citochine infiammatorie e dell'infiltrazione cellulare nella malattia renale sia sperimentale che umana. È stato sospettato che l'ARVD possa essere associato a un'immunità locale e cellulare disturbata anche prima che colpisca il sangue dei reni [37]. In condizioni normali, all'interno del parenchima renale non sono visibili quasi nessuna cellula T o macrofagi identificabili. Dopo una lesione acuta, si può osservare un certo grado di infiltrazione dei macrofagi. I ruoli funzionali delle cellule infiammatorie subiscono complessi spostamenti fenotipici (descritti come variazioni di polarità da M1 a M2) che modificano la funzione cellulare da azioni strutturali fagocitiche a riparative, inclusa la formazione di nuovi microvasi e la rigenerazione tubulare [38,39]. I meccanismi che regolano le funzioni dei linfociti T e dei macrofagi sono complessi e dinamici e variano considerevolmente in condizioni diverse. Un numero crescente di prove indica che il passaggio da danno renale acuto (AKI) a cronicomalattie renali(CKD) riflette le vie infiammatorie con direzione fenotipica verso la fibrosi e la perdita dell'integrità strutturale 5ubuleglomerulare [38,40]. I nostri studi su soggetti umani con ARVD sottolineano l'associazione tra danno infiammatorio attivo in parallelo con l'approfondimento dell'ipossia tissutale in un rene post-stenotico. Studi di biopsie tissutali identificano l'infiltrazione di cellule CD68 plus nelle strutture peri-glomerulari e tubulari nei reni post-stenotici che non sono presenti nei reni normali (biopsie prelevate all'impianto da donatori di rene normali) [32]. Quando la stenosi progredisce verso l'occlusione totale, gli infiltrati infiammatori di cellule T attivate e macrofagi sono ampiamente presenti in tutto il rene ischemico [41]. Un campionamento di sangue venoso renale da singoli reni con ARVD dimostra alti livelli circolanti di citochine infiammatorie [42,43] e proangiogeniche [4]. È importante sottolineare che i livelli relativi di questi marcatori sono correlati quantitativamente alla gravità dell'ipossia tissutale misurata e alla perdita di GFR nei singoli reni [4]. Tali misurazioni rafforzano il concetto che man mano che l'occlusione microvascolare progredisce per ingrandire l'ipossia tissutale all'interno di un rene, si sviluppano percorsi di lesione infiammatoria più gravi associati alla perdita della funzione e della vitalità parenchimale.

Cellule staminali e vie di lesione nel reneRiconoscimento del legame tra rarefazione vascolare, vie infiammatorie e perdita difunzione renalesolleva la seguente domanda: "La modifica di questi percorsi può abrogare lo sviluppo della malattia renale cronica nell'ARVD?" I primi studi che utilizzavano la somministrazione intrarenale di cellule progenitrici endoteliali (EPC) nel modello suino suggerivano che la neovascolarizzazione indotta favorirebbe il miglioramento del recupero della GFR [44]. Studi sulle cellule mesenchimali stromali/staminali (MSC) dimostrano anche caratteristiche funzionali con mediatori paracrini rilasciati che favoriscono l'angiogenesi in condizioni ischemiche [45,46]. Sorprendentemente, queste MSC sono anche in grado di modificare le cellule infiammatorie a favore di fenotipi riparativi in ​​alcune condizioni [40,47,48] (Figura 3). Quindi, queste proprietà funzionali delle MSC offrono il potenziale per modellare favorevolmente la risposta intrarenale ai compagni di sangue ridotti a favore sia dell'angiogenesi che dei fenotipi immunologici riparativi. Gli studi iniziali sulla somministrazione intrarenale di MSC nel modello suino hanno confermato che queste potevano essere somministrate senza tossicità evidente e con stimolazione dell'angiogenesi nella corteccia renale ben al di sopra dei livelli osservati con il ripristino della sola pervietà dei vasi [49] (Figura 2). Il recupero della funzione renale nella malattia occlusiva renovascolare sperimentale è stato osservato anche dopo l'infusione di MSC sia nei modelli suini che nei roditori [50].

I nostri studi su soggetti umani sono stati intrapresi per esaminare questa domanda utilizzando MSC autologhe di derivazione adiposa. Abbiamo ottenuto un'autorizzazione sperimentale per un nuovo farmaco (IND 15082) basata sui dati di sicurezza nei suini e in altri modelli per espandere le cellule umane utilizzando buone pratiche di fabbricazione nel laboratorio Mayo Human Cell Therapy sotto la direzione del Dr. Allen Dietz. L'espansione cellulare ha utilizzato hum proprietario, un mezzo di crescita derivato dalle piastrine [51], test di sicurezza e criteri di rilascio come descritto in precedenza [52]. Le cellule autologhe sono state utilizzate per evitare la possibile sensibilizzazione all'HLA (antigene linfocitario umano) e/o la distruzione cellulare correlata all'incompatibilità antigenica. Numerosi studi indicano che le cellule somministrate sono ampiamente distribuite quando somministrate per via endovenosa, con la maggior parte rimossa dalla circolazione e una grande frazione localizzata nei siti vascolari polmonari [53]. Abbiamo progettato i nostri studi per richiedere la somministrazione intraarteriosa diretta nei reni post-stenotici, in particolare per valutare l'effetto del rilascio locale e per valutare il potenziale di tossicità locale correlata all'occlusione microvascolare se si verificasse. Questi studi sono stati progettati per valutare gli effetti delle MSC somministrate per via intraarteriosa sia sui mercati di tossicità nel primo periodo dopo la somministrazione (settimanale e mensile) sia sull'emodinamica e la funzione renale studiati tre mesi dopo l'infusione.

Caratteristiche funzionali delle MSC umane relative all'età e all'ipossiaL'utilizzo di MSC autologhe solleva il problema delle differenze fenotipiche e, probabilmente, epigenetiche tra gli individui in base all'età, al sesso e ad altre proprietà. Gli studi che utilizzano la fenotipizzazione dell'mRNA hanno indicato che sia l'età che il livello sottostante della funzione renale possono modificare le caratteristiche delle MSC [54]. È noto che l'ipossia, in particolare il precondizionamento ipossico, modifica molteplici proprietà funzionali di questi tipi cellulari. Se l'ambiente ipossico direnetessuto della nefropatia ischemica modifica le caratteristiche funzionali delle MSC può influire sulla loro efficacia in vivo. Abbiamo esaminato i cambiamenti indotti dall'ipossia nelle MSC derivate sia da donatori di rene normali che da individui con ARVD che differivano sia in termini di età che di livello sottostante della funzione renale. Questi dati dimostrano risposte qualitativamente simili all'ipossia sia in donatori sani che in ARVD MSC con aumenti dei tassi di crescita e dell'espressione di citochine, sebbene i livelli iniziali di espressione di citochine in vitro differissero sostanzialmente. Studi su cellule di derivazione adiposa umana ottenute prima e dopo la somministrazione di agenti senolitici indicano che i profili dei marcatori di senescenza possono essere modificati considerevolmente [54,55]. Il grado in cui i regimi di condizionamento possono modificare le attività in vivo di queste cellule è una questione importante che deve essere completamente definita.

Effetti delle cellule staminali mesenchimali in soggetti umani con nefropatia ischemicaDopo aver ottenuto l'approvazione dell'Institutional Review Board dal Mayo Clinic College of Medicine, sono stati intrapresi gli studi iniziali (primi nell'uomo) su pazienti con ARVD per valutare gli effetti di tre dosi di MSC (1 × 105, 2,5 × 105 e 5 × 105 cellule/kg) somministrato nell'arteria renale di un rene post-stenotico. Materiali e metodi. Ogni paziente è stato ricoverato presso la Clinical Trials and Research Unit (CTRU) presso il St. Mary's Hospital di Rochester, MN. L'assunzione di sodio nella dieta è stata mantenuta a 150 mEq/die ​​al giorno. Il giorno 1 includeva la misurazione del sangue e delle urine per l'escrezione di sodio e del GFR mediante la clearance dello iotalamato su tre intervalli di raccolta durante l'idratazione dell'acqua e la determinazione della microalbumina urinaria, delle proteine ​​totali e dei marker di danno renale come descritto in precedenza. Il giorno 2 includeva BOLD MRI utilizzando sia viste assiali che coronali prima e dopo la somministrazione di furosemide (20 mg EV) come descritto [9,31]. Il giorno 3 includeva un campionamento del sangue della vena renale durante il posizionamento del catetere venoso centrale per la determinazione del sangue bovino renale (RBF) mediante TC multirilevatore (MDCT) e campionamento venoso renale, che sono stati approvati dal Mayo IRB. Dopo il completamento degli studi di imaging, la MSC autologa è stata infusa nell'arteria stenotica come indicato nella Figura 4.

In studi di imaging ViroBOLD MRI ha valutato l'ossigenazione corticale e midollare e la funzione tubulare. L'acquisizione di immagini RM con tempi di eco crescenti permette di calcolare la loro regressione con il logaritmo del segnale [20], con la pendenza (R2*{2}}/T2*) relativa ai livelli di deossiemoglobina e quindi il sangue e contenuto di ossigeno tissutale rilevato al 3T L'acquisizione dell'immagine ha coinvolto tre fette transassiali sui due reni selezionati utilizzando l'acquisizione scout (serie di immagini in tre assi del corpo eseguite per la selezione delle fette) entro 15 sA gradiente sequenza multi-eco acquisita immagini T2*-pesate dei reni alla fine -expiration.TR (tempo di ripetizione) era di 100 ms e TE (tempo di eco) era compreso tra 7 e 566 ms, con un passo di 3,3 ms (per un totale di 16 immagini in 15 s ). La TCMD ha valutato l'RBF bilaterale, renale singolo, corticale e midollare, la perfusione (mL/min/g) e i volumi, nonché l'anatomia e il grado di ostruzione dell'arteria nasale stenotica. L'acquisizione di immagini ha comportato scansioni di localizzazione per identificare i livelli tomografici contenenti i reni; quattro livelli medio-ilari sono stati selezionati per gli studi di flusso. I reni sono stati scansionati a 20 × 1,2 collimazione e 0 alimentazione al tavolo, a0,5 rotazione del gantry e 0,36 s ricostruzione parziale (nocciolo B36); 45 scansioni (6- livelli mm) sono state acquisite 4 s dopo l'iniezione in bolo (05 /kg a 10 ml/s, fino a 40 cc) di iopamidolo nel catetere venoso centrale. L'analisi dei dati TC ha utilizzato il software di analisi delle immagini ANALYZE* (BiodynamicImaging Resource, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA) e MatLab. Le regioni di interesse sono state selezionate dall'aorta, dalla corteccia bilaterale e dal midollo durante la fase vascolare e le curve di attenuazione del tempo sono state analizzate utilizzando un modello matematico che abbiamo sviluppato [29. Campioni di sangue dalle vene renali e dalla yena Caya inferiore sono stati raccolti in provette EDTA durante l'angiografia renale. Le citochine e i fattori di homing sono stati misurati utilizzando pannelli Millipore Luminex per citochine/chemochine e fattori angiogenici [56].

Una dose specifica per ciascun soggetto è stata somministrata dopo studi di protocollo in condizioni standardizzate riassunte nella Figura 4. Non era noto se tale somministrazione diretta avrebbe portato a effetti avversi caratterizzati da occlusione microvascolare, danno tissutale e/o reazione sistemica. Cambiamenti di temperatura, emocromo completo, emoglobina, lattato deidrogenasi e velocità di sedimentazione sono stati seguiti per 12 settimane a intervalli regolari. Dopo tre mesi, questi individui sono tornati per ripetere le misurazioni della pressione sanguigna, dei flussi sanguigni renali individuali e dell'ossigenazione renale utilizzando BOLD MRI in condizioni standardizzate come prima. È importante sottolineare che l'assunzione di sodio e farmaci è stata mantenuta a livelli identici a quelli durante lo studio di pretrattamento. I dettagli di questo protocollo e le misurazioni individuali sono stati pubblicati [56].

Va sottolineato che questi studi di Fase la sono stati intrapresi senza dilatazione endovascolare della stenosi del grande vaso. Come previsto, lo stenoticorene 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>30s- per i reni stenotici (Figura). Interpretiamo questi risultati per suggerire che i cambiamenti microvascolari in un rene post-stenotico consentono una maggiore circolazione corticale con concomitante sollievo dell'ipossia tissutale. È importante notare che cambiamenti simili nella perfusione corticale sono stati osservati anche nel rene controlaterale che non era stato sottoposto a infusione di MSC. La perfusione corticale è aumentata, sebbene non siano stati osservati cambiamenti in R2*, che era già basso e rifletteva un'ipossia manifesta minima nei reni non stenotici. È stato osservato un leggero aumento della perfusione midollare e il flusso sanguigno renale complessivo è aumentato in misura simile a quella osservata nel rene stenotico. Queste osservazioni suggeriscono che gli effetti sistemici, probabili da mediatori paracrini e/o crosstalk renale, hanno influenzato ilrenecosì come il lato stenotico. Anche in questo caso, i cambiamenti osservati nel rene controlaterale erano diversi dopo l'infusione di MSC dai cambiamenti nei reni trattati solo con terapia medica o dal posizionamento di stent endovascolare [57.

Tutte le modifiche di cui sopra hanno indicato che la somministrazione intrarenale di MSC era associata a una ridotta ipossia tissutale, probabilmente come risultato di una migliore perfusione tissutale correlata alla riparazione microvascolare. Non è possibile accertare se questo sia stato il risultato dell'angiogenesi di nuovi vasi o del ripristino della pervietà di vasi precedentemente collassati, sebbene l'aumento della perfusione anche nei reni controlaterali con flussi sanguigni quasi normali favorirebbe i primi.

Campioni di sangue da ciascuna vena renale sono stati ottenuti sia durante gli studi di riferimento che durante gli studi di follow-up a tre mesi. Per molti di questi reni, i livelli stenotici dei biomarcatori angiogenici (angiopoietina-2, fattori di crescita dell'endotelio vascolare A. e () erano elevati rispetto ai reni non stenotici e diminuivano quando rimisurati dopo tre mesi. i marcatori delle citochine infiammatorie (lipocalina associata alla gelatinasi neutrofila (NGAL), interferone-gamma e inibitore tissutale delle metalloproteinasi 2 (TIMP-2) erano più elevati nei reni post-stenotici e diminuivano complessivamente quando le misurazioni sono state ripetute tre mesi dopo la MSC infusione.

Effetti clinici della somministrazione di MSCL'infusione di MSC ha modificato in misura significativa la funzione renale e/o gli effetti emodinamici sistemici? Le misurazioni della temperatura, dell'emocromo completo, della velocità di eritrosedimentazione e della lattato deidrogenasi durante le prime settimane e i primi mesi non hanno dimostrato alcuna tossicità clinicamente evidente correlata all'infusione arteriosa di conte cellulari fino a 5 × 105 cellule/kg, spesso vicine a 50 milioni di cellule, direttamente in il rene. È stata prestata molta attenzione per assicurare che la terapia farmacologica antipertensiva fosse invariata durante gli studi di protocollo di questo gruppo di pazienti. La pressione arteriosa sistolica complessiva è diminuita modestamente nei pazienti trattati con MSC (da 144 più 11 a 136 più 13 mmHg, p=0.04), un cambiamento che rifletteva principalmente una diminuzione dose-correlata della SBP nella coorte con la dose più alta (da 140 più 12 a 128 più 8 mm Hg, p=0.005). Allo stesso modo, i cambiamenti nel GFR misurato erano modesti ma sembravano essere correlati alla dose, in quanto il gruppo con la dose più alta è passato da 57 più 7 a 64 più 9 ml/min, p=0.045 (Figura 6). I gruppi a dose più bassa hanno avuto variazioni minime. C'era una modesta riduzione dell'escrezione di proteine ​​urinarie, ancora una volta, più evidente nella coorte con la dose più alta.

Riparazione microvascolare associata alla terapia MSC nell'uomoQuesti studi forniscono dati preliminari ma essenziali coerenti con l'aumento della perfusione microvascolare associata alla somministrazione di MSC autologhe di derivazione adiposa. Si estendono ai risultati ottenuti da soggetti umani da studi sperimentali su modelli sia di suini che di roditori e supportano il ruolo potenziale della terapia aggiuntiva basata sulle cellule nelle malattie cliniche. I precedenti studi sull'MSC allogenico come manovra protettiva contro il danno renale acuto (AKI) erano ambigui [58,59] e uno studio prospettico sull'AKI post-operatorio è stato interrotto [60]. I nostri studi si sono concentrati deliberatamente su una malattia microvascolare a lungo termine a lenta progressione oltre l'ARVD di grandi vasi noto per essere incline a indurre CKD. Hanno rafforzato l'associazione dell'ipossia tissutale che si sviluppa con la malattia avanzata e l'attivazione del danno renale sia angiogenico che infiammatorio associato alla progressiva perdita di GFR. Soprattutto, hanno fornito dati che supportano il ruolo delle MSC come coadiuvante per migliorare la perfusione tissutale locale e ridurre il danno infiammatorio. A livelli di dose elevati, i nostri dati supportano il potenziale per questi cambiamenti di aumentare modestamente la filtrazione glomerulare riducendo la pressione arteriosa e l'escrezione di proteine ​​nelle urine. Se tali effetti possano essere estesi ad altre forme di danno renale associate al danno microvascolare come il diabete [61] e/o la nefrosclerosi è una questione importante che è attualmente oggetto di studio attivo [62,63]. Queste condizioni non sono necessariamente caratterizzate da percorsi simili di ipossia tissutale come notato con grave ARVD.

AvvertenzeDiverse importanti avvertenze meritano enfasi e ulteriori ricerche. Alcuni di questi sono riassunti nella Tabella 1. La nostra selezione di cellule autologhe si basava sulla preoccupazione che l'introduzione di cellule con allotipi diversi rappresentasse un rischio anche di distruzione e/o allosensibilizzazione che potrebbe confondere l'interpretazione dei risultati e/o rappresentare un pericolo per il paziente. Alcuni autori sostengono che le MSC non sono immunogene e quindi relativamente protette da tali preoccupazioni [63]. In pratica, l'uso di cellule autologhe richiede tempo per quanto riguarda la raccolta, l'espansione e il test per la somministrazione. Queste caratteristiche limitano la loro considerazione per il trattamento relativo ai processi acuti. Forse la cosa più importante, le cellule autologhe sono particolarmente suscettibili alle caratteristiche del donatore associate all'età, al sesso, alla malattia sottostante (p. es., malattia aterosclerotica, diabete) e alla disfunzione renale, che probabilmente modificano la potenziale efficacia delle MSC [54]. Sebbene molte proprietà delle MSC siano flessibili e possano essere modificate dalle condizioni in cui operano, è probabile che la variabilità interindividuale giocherà un ruolo importante nel loro effettivo impatto clinico.

L'entità dei cambiamenti nel sangue e nel GFR associati all'infusione di MSC in questi studi è stata modesta. L'effetto clinico per ogni individuo dipende molto dal grado sottostante di disfunzione renale e in quale misura l'intera funzionalitàrenela massa è influenzata. Gli studi sulla rivascolarizzazione renale hanno identificato una serie di cambiamenti osservati che includono un certo miglioramento rispetto ad un certo deterioramento della GFR dopo la manipolazione vascolare. Sebbene questi cambiamenti siano complessi, un ulteriore deterioramento della GFR per qualsiasi motivo è associato a un calo della prognosi e della sopravvivenza renale a lungo termine [10]. Non è noto se i cambiamenti minori di GFR, BP e/o proteine ​​urinarie osservati nelle risposte favorevoli qui riportate si traducano in un cambiamento nella prognosi.

Ulteriori lavori dipenderanno dalla definizione della dose più efficace di MSC, dalle vie di somministrazione e dal tracciamento cellulare. È possibile che siano necessari dosaggi ripetuti per mantenere l'integrità microvascolare, poiché la durata di questi effetti non è stata ancora stabilita. Tra gli elementi più importanti ci sarà l'integrazione della terapia cellulare con altre manovre terapeutiche. Nel caso dell'ARVD, sarà essenziale valutare il ruolo delle MSC in aggiunta ad altri interventi, come la rivascolarizzazione dell'arteria renale, l'introduzione di citochine vasculogeniche e/o la protezione mitocondriale. Alcuni autori propongono l'introduzione di citochine angiogeniche (come il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) e/o i fattori di crescita degli epatociti) nella circolazione renale, i cui effetti microvascolari aumentano se tenuti in posizione con scaffolding di biopolimeri strutturali [64,65]. Entrambi questi ultimi interventi hanno dati preliminari per supportare percorsi alternativi per il ripristino delle strutture microvascolari e dell'integrità funzionale in condizioni specifiche [66,67].

Riepilogo

Nel loro insieme, questi studi dimostrano la rarefazione microvascolare come meccanismo primario associato a lesioni progressive nell'uomoreneassociato all'ARVD. Identificano i limiti dell'adattamento alla riduzione dei compagni di sangue e una transizione verso un'ipossia tissutale manifesta associata a danno infiammatorio. I nostri studi dimostrano che l'infusione intrarenale di MSC di derivazione adiposa autologa è in grado di aumentare la perfusione tissutale e le cellule del sangue senza rimuovere la stenosi dei grandi vasi, coerentemente con il ripristino di un certo grado di funzione microvascolare. Questi cambiamenti sono stati associati a una riduzione dei biomarcatori infiammatori nelle vene renali e ad incrementi dose-correlati nella filtrazione glomerulare dopo tre mesi. È nostra opinione che la terapia cellulare sarà probabilmente un'importante risorsa aggiuntiva per ripristinare l'integrità microvascolare sia nell'ARVD che in altre malattie renali associate sia alla rarefazione vascolare che al danno infiammatorio.