Klinische toepassing van niet-invasieve diagnostische biomerkers voor humorale rejectie en de integratie ervan in de risicostratificatie van niertransplantatie.

In vergelijking met dialyse blijft niertransplantatie de optimale behandelingswijze gelet op de gunstigere resultaten en betere levenskwaliteit voor de patiënt en de lagere kosten. Er blijven niettemin hinderpalen die het succes van transplantatie in de weg staan. Een belangrijk obstakel is het aanzienlijke functieverlies van de transplantnier na verloop van tijd na de transplantatie. Een beter inzicht in de oorzaken van transplantnierfalen is de eerste stap naar betere resultaten. Er zijn echter weinig studies die dit in detail hebben geanalyseerd. Naast de traditionele risicofactoren die ook gelden voor natieve nieren, hebben transplantnieren te lijden onder transplantatie-specifieke factoren. Deze factoren omvatten zowel niet-immunologische factoren, zoals donor- en procedure-gerelateerde kenmerken, als allo-immune factoren. Allo-immuunschade wordt gekenmerkt door afstoting, geclassificeerd als T cel-gemedieerde afstoting (TCMR), en antilichaam-gemedieerde afstoting (ABMR), geïnduceerd door anti-HLA donorspecifieke antilichamen (HLA-DSA).

Dit doctoraatsproject had in de eerste plaats tot doel de oorzaken van transplantnierfalen en de rol daarin van allo-immuniteit te bepalen, en het aandeel van allo-immune vs. niet-immune risicofactoren in de histologische ontsteking in vroegtijdige biopsies te onderzoeken.

In het eerste deel van het proefschrift stelden we vast dat de oorzaken van transplantnierfalen complex zijn, en vaak niet toe te schrijven zijn aan één enkele oorzaak. Allo-immuun oorzaken werden geïdentificeerd als belangrijke oorzaken van transplantnierfalen in deze cohorte. We stelden ook vast dat ontsteking vaak aanwezig is in biopten genomen in de eerste twee weken na de transplantatie, en eerder toe te schrijven was aan allo-immune oorzaken dan aan niet-immune. Deze gegevens wijzen op het belang van allo-immuniteit bij transplantnierontsteking en -falen, zelfs met de huidige krachtige immunosuppressieve behandeling. De belangrijkste oorzaak voor het transplantverlies bleek echter het overlijden van de ontvanger met een functionerende transplantnier te zijn De belangrijkste doodsoorzaken, d.w.z. hart- en vaatziekten, maligniteit en infectie, worden versterkt door immunosuppressieve geneesmiddelen. Alles bij elkaar genomen suggereert dit dat het huidige "one size fits all"-beleid van immunosuppressieve behandeling aan herziening toe is. Terwijl sommige patiënten ondanks deze behandelingen allo-immuunschade kunnen oplopen en mogelijk op een andere of krachtigere immunosuppressie moeten overstappen, kunnen anderen hinder ondervinden van overimmunosuppressie met alle nadelige gevolgen vandien. Een meer gepersonaliseerde manier om de werkelijke behoefte aan immunosuppressie per patiënt te bepalen, is daarom aangewezen. Afgezien van het immunologische basisrisico dat wordt bepaald door de HLA-mismatch tussen donor en ontvanger en de donorspecifieke antilichamen, zijn de bestaande bewakingsinstrumenten voor allo-immuniteit na de transplantatie tamelijk archaïsch. Al vanaf het begin van transplantatie zijn die bewakingsstrategieën serumcreatinine en het uitvoeren van een biopsie. Deze strategieën leiden tot een late opsporing van schade aan de transplantnier, met mogelijk onomkeerbare schade tot gevolg. Daarom is er een dringende behoefte aan nieuwe, bij voorkeur niet-invasieve markers om allo-immuunschade tijdig te kunnen opsporen. Deze nood aan niet-invasieve biomarkers voor het monitoren van niertransplantafstoting gaf aanleiding tot een overvloed aan studies over biomerkers. Er moeten echter nog belangrijke hindernissen worden overwonnen vooraleer deze markers in de klinische praktijk kunnen worden toegepast. Ook worden deze merkers momenteel op een statische manier bestudeerd, terwijl zij waarschijnlijk in de loop van de tijd binnen dezelfde patiënt zullen evolueren. Daarom zullen modellen nodig zijn die rekening houden met deze dynamische ontwikkelingen.

Het tweede hoofddoel van mijn doctoraatsproject was het valideren van de in de literatuur voorgestelde niet-invasieve markers voor afstoting en het voorzien van de gebruikscontext die nodig is voor een eventuele klinische implementatie. We hebben ons ook gericht op het ontwikkelen en valideren van een nieuwe mRNA biomerker in perifeer bloed voor antilichaam-gemedieerde afstoting. Ten slotte onderzochten we de toepassing van artificiële intelligentie-modellen om niet-invasieve markers in de tijd te modelleren, met eGFR als voorbeeld.

In het tweede deel van het proefschrift ontdekten we dat een van de eerder beschreven bloed biomerkers voor afstoting, de kSORT assay, slecht presteerde in een multicenter cohort, representatief voor de prevalentie in de dagelijkse praktijk. We hebben verder de waarde van de urinaire chemokines CXCL9 en CXCL10 voor de diagnose van afstoting gevalideerd, een context van gebruik in de klinische praktijk gegeven en aangetoond dat deze merkers klaar zijn voor klinische implementatie, waar ze naar verwachting van groot belang kunnen zijn voor het sturen van ons biopsiebeleid. Vervolgens ontwikkelden en valideerden we een nieuwe 8-gen mRNA-bloed biomerker voor ABMR, met veelbelovend klinisch potentieel voor de detectie van ABMR. Voorts onderzochten we nog de toepassing van een Sequence-to-Sequence deep learning model voor het voorspellen van patiënt-specifieke evolutie van eGFR.

Ten slotte formuleerden we de hypothese dat de veranderingen die in het perifere bloed worden waargenomen, een weerspiegeling kunnen zijn van enkele van de moleculaire veranderingen op het ogenblik van de afstoting. Dit houdt verband met het idee dat immuuncellen die de transplantnier infiltreren, zich door de circulatie verplaatsen voordat zij de transplantnier infiltreren. Aangezien de pathofysiologie achter acute afstoting nog niet volledig is opgehelderd, kunnen de veranderingen in het perifere bloed verder bijdragen tot de ontrafeling van relevante afstotingsmechanismen. Ten slotte zijn deze observaties gericht op het gedrag van immuuncellen, terwijl het gedrag van structurele niercellen (d.w.z. endotheel- en epitheelcellen) in het alloimmuunproces veel minder is bestudeerd. Er wordt beweerd dat de structurele niercellen niet alleen passieve doelwitten van de allo-immuunschade zijn, maar ook actief deelnemen aan het afstotingsproces. Een beter begrip van deze processen bij transplantatie is dus nodig om mechanistische inzichten in afstoting te verkrijgen en nieuwe wegen voor therapie te openen.

Het derde hoofddoel van dit doctoraatsproject was ten slotte het verwerven van nieuwe inzichten in de pathofysiologie van het alloimmuunproces, zowel vanuit het perifere bloed als vanuit de structurele cellen in de nier.

In deze fase van het onderzoek constateerden we bij afstoting polyomavirus-geassocieerde nefropathie verrijking van immuunprocessen in het bloed. Deze signalen weerspiegelden de moleculaire veranderingen die optreden in de niertransplantbiopsie. Bovendien waren deze veranderingen herleidbaar tot de immuuncellen die in de transplantnier waren geïnfiltreerd. In het perifere bloed werden eerder veranderingen in de activeringstoestand van de immuuncellen bij afstoting waargenomen dan grote veranderingen in de distributie van de immuuncellen. In een volgende studie, stelden we ook een sterke associatie vast tussen pro-inflammatoire cytokines in het bloed en de aanwezigheid van HLA-DSA. Dit was zelfs het geval in afwezigheid van histologische ontsteking, wat wijst op de aanwezigheid van ontsteking die niet kan worden gedetecteerd door klassieke lichtmicroscopie histologie. Wij traceerden deze pro-inflammatoire cytokines tot secretie door de immuuncellen in de transplantnier, met name de NK en niet-klassieke monocyten , die drager zijn van de Fcγ-receptor, en bevestigden secretie van deze eiwitten door deze cellen in in vitro modellen van antilichaam-afhankelijke cellulaire cytotoxiciteit, één van de onderliggende mechanismen van antilichaam-gemedieerde schade. Bovendien bleek dat ook endotheelcellen deze pro-inflammatoire cytokines tot expressie brengen op het moment van ABMR. Deze structurele cellen worden doorgaans beschouwd als doelwitcellen bij afstoting, terwijl sommige studies hun actieve deelname aan het afstotingsproces hebben gesuggereerd.

Daarom bestudeerden wij in een laatste studie de expressieveranderingen in structurele cellen op het moment van afstoting. In het bijzonder werden afstoting en ontsteking geassocieerd met overexpressie van immuun-specifieke genen in endotheel- en epitheelcellen, wat wijst op een actieve deelname van deze cellen in het afstotingsproces. Er werd ook een belangrijke downregulatie van metabole processen waargenomen, vooral in epitheelcellen, wat wijst op een uitschakeling van het celmetabolisme als respons op het inflammatoir proces. Deze waarnemingen openen perspectieven voor nieuw onderzoek en nieuwe behandelingsmogelijkheden die verder gaan dan de huidige focus op immuuncellen.