Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL): Ein neuer Biomarker zur frühen Detektion der akuten Nierentransplantatschädigung

Abstract

Patienten, die an einer terminalen Niereninsuffizienz (ERDS) leiden, bedürfen einer regelmäßigen Nierenersatztherapie. Eine Alternative zur chronischen Nierenersatztherapie ist die Nierentransplantation. Diese ist aufgrund eines mangelnden Organangebots nicht für alle Patienten durchführbar. Um dem steigenden Bedarf an Transplantaten nachzukommen, werden zunehmend Nieren von Donoren mit erweiterten Spenderkriterien akzeptiert. Diese sogenannten „marginalen“ Organe haben ein erhöhtes Risiko für eine verminderte und/oder verspätet einsetzende Transplantatfunktion. Der Anteil der Organe mit erweiterten Spenderkriterien macht mittlerweile ca. 15-20 % des Donorpools aus. Es wäre wünschenswert, bereits vor der Transplantation marginale Spenderorgane zu identifizieren, die mit hoher Wahrscheinlichkeit eine schlechte Funktion zeigen, um einerseits Kosten für eine erfolglose Transplantation einsparen zu können und andererseits die Lebensqualität der Rezipienten zu verbessern. Da die bislang verfügbaren Parameter eine Einschätzung der Transplantatfunktion prä explantationem nur unzureichend gewährleisten können, ist es nötig, nach neuen Biomarkern zu suchen, die eine genauere Einschätzung der späteren Transplantatfunktion ermöglichen können. Daher beschäftigt sich die vorliegenden Arbeit mit Neutrophil gelatinase- associated lipocalin (NGAL) als einem spezifischen und sensitiven Biomarker zur frühen Detektion einer Nierenschädigung, der ggf. auch eine bessere Auswahl von (kritischen) Spenderorganen im Rahmen der NTx erlaubt. Es wurden 5 Patientenkollektive in dieser Arbeit untersucht: Eine gesunde Kontrollgruppe (Gruppe 1), hirntote Organ-/Nierenspender auf der Intensivstation vor Organentnahme (Gruppe 2), gesunde Lebendnierenspender (Gruppe 3), Nierentransplantatrezipienten von hirntoten Spendern (Gruppe 4) sowie Nierentransplantatrezipienten von Lebendspenden (Gruppe 5). Es wurden prä- und postinterventionell in den Gruppen 3-5 sowie einmalig in den Gruppen 1 und 2 Blut- und Urinproben asserviert. Die Vollblutproben wurden nach Abnahme zentrifugiert, das Serum asserviert und wie die Urinproben bei -80°C gelagert, bevor eine batch Analyse mittels quantitativem Sandwich Elisa erfolgte. Dabei konnten folgende Ergebnisse beobachtet werden: Es besteht eine positive Korrelation zwischen NGAL Werten im Urin und Serum und der eGFR in der gesunden Kontrollgruppe sowie in der Gruppe der hirntoten Nierenspender und Lebendnierenspender. Es wurde gezeigt, dass sich uNGAL Werte (und Cystatin C) in hirntoten Nierenspendern, deren Transplantate in korrespondierenden Rezipienten eine initiale Transplantatfunktion aufwiesen, signifikant von hirntoten Nierenspendern unterschieden, deren Transplantate eine spätere DGF aufwiesen. Das Kreatinin sowie das sNGAL erlauben keine signifikante Differenzierung dieser Gruppen. Es wurden gleichsinnige Veränderungen für Kreatinin, Cystatin C, sNGAL und uNGAL nach Nephrektomie bei gesunden Lebendnierenspendern am 1. und 3. postoperativen Tag gefunden. Nachdem Kreatinin und eGFR am 5. postoperativen Tag Ausgangsniveau erreicht hatten, erlaubten die NGAL Werte im Serum und Urin auch am 5. postoperativen Tag eine differenziertere Beurteilung der Anpassung der Nierenfunktion nach Nephrektomie im Spender. uNGAL konnte als signifikanter Prädiktor für eine spätere initiale Funktion bzw. verzögerte Transplantatfunktion identifiziert werden. Je höher die Werte von NGAL im Urin vor Explantation waren, desto wahrscheinlicher war eine verzögerte Transplantatfunktion bei dem korrespondierenden Rezipienten. Signifikante Unterschiede ergaben sich des weiteren in der vergleichenden statistischen Analyse von Rezipienten, die eine Niere von einem Lebendspender erhielten, im Vergleich zu denen, die eine Niere von einem hirntoten Spender erhielten. Die postoperativen Werte für NGAL im Urin unterschieden sich zu allen Untersuchungszeitpunkten (bis t =120 h). Zusammengefasst lässt sich festhalten, dass NGAL einen viel versprechenden Biomarker zur Detektion einer AKI darstellt. Es konnte gezeigt werden, dass NGAL mit den herkömmlichen Laborparametern korreliert und in Situationen, in denen herkömmliche Parameter keine weitere Differenzierung und/oder Prädiktion erlauben, einerseits eine sehr frühe Detektion einer AKI ermöglicht und dass uNGAL im Kontext der Nierentransplantation eine hohe Prädiktionsstärke für das Auftreten einer DGF aufweist und es dadurch ermöglicht, marginale Spenderorgane bereits prä explantationem zu identifizieren. Diese Ergebnisse stellen einen neuen und wichtigen Beitrag zur Evaluierung marginaler Spenderorgane dar und belegen, dass weitere Untersuchungen in diesem Kontext nützlich sind.

Patients with an end stage renal disease (ERDS) are addicted to renal replacement therapy. Alternatively there is the option for kidney transplantation but the donor pool for kidney transplantation worldwide has plateaued in recent years. Expansion of the donor pool by inclusion of donors who previously would not have been accepted for kidney transplantation and living related donations are actually the only options to increase the number of kidney transplantation. However, data on donor-specific parameters to predict success or failure of kidney transplantation and thus prevent a higher risk to the recipient are limited. Moreover, donorspecific biochemical markers to predict outcome after kidney transplantation would help to avoid graft failure and persistent hemodialysis. This dissertation indicates that NGAL (neutrophil gelatinase-associated lipocalin) represents a novel, sensitive Biomarker for the early detection of acute kidney injury (AKI), which might help to take a better choice of marginal grafts in the setting of kidney transplantation. MATERIAL and METHOD 5 groups where reviewed: A healthy control-group (group-1), brain-dead multiple-organ donors on ICU before organ procurement (group-2), healthy living kidney donors (group-3), kidney recipients from brain-dead kidney donors (group-4), kidney recipients from living kidney donors (group-5). Samples from urine and serum were collected: in groups 3-5 before and after intervention, in group1 and 2 once only. The blood samples were centrifugated, the serum was asservated and as the urine samples stored by -80°C. NGAL was than analyzed by a sandwich ELISA. RESULTS There is a negative correlation between NGAL levels in urine and serum and the eGFR in the control-group, in brain-dead multiorgan donors and the healthy living-group. It could be proven that uNGAL levels (and cystatin C leveles) differ significantly among the brain-dead kidney donors which grafts showed an initial function in the correspondent recipients and brain-dead kidney donors that grafts showed a delayed function. Kreatinin and sNGAL doesn’t show a significant differentiation of these two groups. Kreatinin-, cytatin c-, sNGAL-, uNGAL-levels showed the same changes in living kidney donors after nephrectomy on postoperative day 1 and 3. Kreatinin, eGFR are back to base level on day 5 whereas NGAL levels in urine and serum allowed further differentiation of the changed renal function after nephrectomy in living donors. uNGAL could be identified as a sinificant predictor for an initial function (IF) and delayed graft function (DGF) respectively. As higher the uNGAL levels before organ procurement so much the probability of a delayed graft function. Significant differences were shown in the comparative statistical analyse of recipients that got a graft from a living donor in comparison of recipient that got a graft from a brain-dead donor. The postoperative levels for uNGAL differed to all time points (inclusive t=120 h). In summary, the data indicate that NGAL represents a novel, sensitive and early predictive biomarker for AKI. It could be shown that NGAL correlates with the standard parameters. Even in cases where our classical diagnostic parameters do not allow further differentiation NGAL seems to remain a stable and significant indicator. In context of kidney transplantation uNGAL showed a high predictive power for the appearance of DGF which could help to identify marginal grafts before organ procurement. These results are important for the evaluation of marginal grafts so that it is worth to invest in further studies.