Der Einfluss von Dialysemembranen mit erhöhter Permeabilität auf Inflammation und vaskuläre Verkalkung

Abstract

Diese Publikationspromotion umfasst drei in internationalen Fachzeitschriften veröffentliche Artikel, die sich mit der Wirkung von Dialysemembranen mit erhöhter Permeabilität auf das Inflammationsniveau und die Gefäßmuskelverkalkung von Dialysepatienten in vitro und in vivo befassen. Der Hauptgrund für die hohe Mortalität von chronischen Dialysepatienten sind die kardiovaskulären Folge- und Begleiterkrankungen, an deren Entstehung proinflammatorische Zytokine beteiligt sind. Herkömmliche High-Flux (HF)-Filter sind nicht ausreichend in der Lage, die chronisch erhöhte Konzentration von proinflammatorischen und prokalzifierenden Zytokinen effektiv zu senken. Als mögliche Lösung für dieses Problem wurden Dialysemembranen mit höherer Permeabilität entwickelt. Diese wurden im Rahmen dieser Promotion auf ihre Fähigkeit zur Senkung von Inflammation und Kalzifizierung sowie später auch im Rahmen einer klinischen Studie, PERCI II, auf ihre Tauglichkeit in der klinischen Praxis getestet. Patientenseren aus der klinische Studie PERCI I, die den klinischen Einsatz von High Cut-Off (HCO)-Membranen untersuchte, wurden im Zellkulturmodell auf ihre kalzifizierenden Eigenschaften geprüft. Während die in vitro Ergebnisse eine reduzierte Kalzifizierung glatter Gefäßmuskelzellen unter HCO-Serum zeigten und VCAM als ein möglicher verantwortlicher Akteur identifiziert werden konnte, war ein hoher Albuminverlust für den klinischen Einsatz dieser Membran limitierend. Um diesem Problem zu begegnen, wurde eine neue Membran (Medium Cut-Off (MCO)-Membran) entworfen, deren Porengröße zwischen HF und HCO liegt. Diese wurde zuerst in einem in vitro-Dialyse-Modell im Hinblick auf ihre IL-6 Clearance und ihre Wirkung auf die Kalzifizierung mit der HCO- und der HF-Membran verglichen. Es zeigte sich, dass beide größerporigen Membranen sowohl eine bessere IL-6 Clearance aufwiesen als auch die Gefäßmuskelkalzifizierung reduzieren konnten. In einer anschließenden, zweiten klinischen Studie, PERCI II, in der die MCO-Membran mit einem HF-Filter verglichen wurde, wurden die in vitro beobachteten Befunde in vivo bestätigt. Nach zwölf Wochen Dialyse mit dem MCO-Filter ließen sich signifikant niedrigere Spiegel von IL-6- und TNFα-mRNA im Serum der Patienten messen. Auch andere wichtige proinflammatorische Zytokine konnten effektiv gesenkt werden. Zudem war der Albuminverlust zwar in den ersten vier Wochen der Studie signifikant, normalisierte sich aber, sodass am Ende der Verlängerungsphase nach zwölf Wochen kein signifikanter Albuminverlust zu verzeichnen war. Die Ergebnisse zeigen, dass Membranen mit höherer Permeabilität die Zytokinzusammensetzung in Dialyseseren verändern und sich damit auch positiv auf das Inflammationsniveau und die Verkalkungsneigung auswirken. Zudem kann die MCO Membran sicher im klinischen Alltag eingesetzt werden. Die vorliegenden Ergebnisse rechtfertigen sowohl weitere klinische Studien mit härteren Endpunkten, als auch eine intensivere Erforschung der Beeinflussung von Inflammation und vaskulärer Verkalkung.

This thesis contains three peer-reviewed publications dealing with the influence of dialysis membranes with a higher permeability than conventional High-Flux (HF) filters on inflammation and calcification in dialysis patients in vitro and in vivo. The main causes for mortality in chronic dialysis patients are cardiovascular diseases which are at least partially caused by inflammatory processes. Conventional HF filters do not remove proinflammatory and procalcific cytokines effectively so that they could be responsible for this situation. To address this problem, membranes with a higher cut-off have been developed. In scope of this work, these filters were tested concerning their ability to reduce inflammation and calcification in vitro and also later on in vivo in a clinical trial, PERCI II. Serum for the in vitro experiments came from the PERCI I trial, in which a high cut-off (HCO) membrane was compared to a conventional HF membrane. This serum was examined regarding its procalcific characteristics in a cell culture model with vascular smooth muscle cells (VSMC). While the in vitro results showed a strongly reduced calcification with HCO serum and that VCAM could potentially play a role in this process, the clinical study was limited by a significant loss of albumin during haemodialysis. Therefore, a second membrane with a pore size between HF and HCO has been developed and tested in an in vitro dialysis model, the medium cut-off (MCO) membrane. In this trial, MCO- and HCO-membranes were superior to the HF membrane regarding IL-6 clearance as well as in vitro calficiation. Following these findings, a second clinical trial, PERCI II, was conducted, which proved a significantly lower level of inflammation compared to HF, manifesting in a reduced concentration of mRNA of IL-6, TNFα and other important proinflammatory cytokines. In addition, albumin levels were stable compared to the start of the study after twelve weeks of MCO-dialysis, despite of initial drops after four weeks. In conclusion, this work showed that membranes with a higher cut-off can influence the cytokine profile of dialysis serum and can also ameliorate vascular calcification in vitro. The MCO-membrane has also been evaluated in vivo over a 12-week period and can be used safely. These results encourage further research regarding the in vitro mechanism of vascular calcification as well as clinical trials with membranes with higher permeability.