Autologe mesenchymale Stromazellen im Ischämie/Reperfusions-induzierten akuten Nierenversagen im Schweinemodell

Abstract

Im Rattenmodell des akuten Nierenversagens konnte gezeigt werden, dass die Behandlung mit mesenchymalen Stromazellen (MSC) eine schützende Wirkung auf die Nierenfunktion zeigt und den Heilungsprozess durch komplexe parakrine Mechanismen beschleunigt. Um vorbereitende Daten für zukünftige klinische Studien am Patienten zu gewinnen, sollte in einem Schweinemodell die nierenschützende Wirkung von MSC im akuten Nierenversagen untersucht werden. Zur Induktion eines akuten Nierenversagens im Schwein wurde eine Methode etabliert, bei der durch bilaterale Ballonkatheterisierung über die Aa. femorales in die Aa. renales eine reversible Ischämie eingeleitet wurde. Nach einer Verschlusszeit von 110 Minuten zur Induktion des akuten Nierenversagens wurden acht weiblichen Schweinen autologe MSC in die suprarenale Aorta injiziert, einer Kontrollgruppe von sieben Tieren wurde nur Kulturmedium injiziert. Durch Bestimmung biochemischer Nierenparameter (z. B. Kreatinin, Harnstoff) im Blut und Urin wurde der Verlauf des Nierenschadens über vier Wochen verfolgt. Nach Tötung der Tiere wurde Gewebe entnommen und morphologisch sowie histologisch untersucht. Es zeigten sich keine akuten oder späteren Komplikationen nach Transplantation der MSC, aber es wurde nicht der vorteilhafte Effekt der MSC auf die Nierenfunktion und die Histologie wie im Nagermodell nachgewiesen. Die MSC waren plastikadhärent, differenzierten sich in Adipozyten, Chondrozyten und Osteoblasten, zeigten das charakteristische Antigenprofil (CD 90, CD 105 und MHCI positiv und CD 14 und CD 45 negativ) und erfüllten damit als homogene Population alle Kriterien von mesenchymalen Stromazellen. Aus den Daten der gemischten Lymphozytenreaktion (MLR) lässt sich schließen, dass die MSC des Schweines eine andere Immunantwort als die des Menschen besitzen. In vitro sind sie nicht in der Lage, eine T -Lymphozyten-Aktivierung und -Proliferation durch zelluläre oder unspezifische mitogene Stimuli zu unterdrücken. Da aber die Entzündung in der Pathophysiologie im akuten Nierenversagen eine wichtige Rolle spielt, könnte die inadäquate immunmodulierende Wirkung die Ursache dafür sein, dass die MSC des Schweines keine Verbesserung der Nierenfunktion vermitteln und eine erfolgreiche Therapie möglicherweise von der antiinflammatorischen Wirkung abhängt. Die Konsequenz daraus ist, dass die Behandlung des akuten Nierenversagens in diesem Großtiermodell keine Information bezüglich der zugrundeliegenden Mechanismen ergab. Es ist zu erwarten und zu hoffen, dass die Behandlung des akuten Nierenversagens beim Menschen mit MSC auf Grund ihrer immunmodulierenden Effekte ähnliche Erfolge wie im Rattenmodell hervorbringen könnte.

It could previously be demonstrated in the rat model of acute kidney injury that treatment with mesenchymal stromal cells (MSCs) has a protective effect on kidney functioning and accelerates the healing process through complex paracrine mechanisms. In order to obtain preparatory data for future clinical studies with human patients, the kidney protecting effect of MSC in acute kidney injury was tested in a porcine model. For the induction of acute kidney injury in pigs a method was established in which through bilateral balloon catheter technique via the Aa. femorales into the Aa. renales a reversible ischemia was induced. After an occlusion time of 110 minutes for the induction of the acute kidney injury, eight female pigs were infused with autologuous MSC into the supra aorta, a control group consisting of seven animals was just infused with medium. Through the determination of biological parameters (i.e. creatinine, urea) in blood and urine the progression of the kidney injury was monitored over four weeks. After the killing of the pigs tissue was taken and examined morphologically and histologically. There were no acute or subsequent complications after the transplantation of MSC, but the beneficial effect of MCS on kidney function and histology from the rat model could not be demonstrated. The MSC were plastic adherent, differentiated in adipocytes, chondrocytes and osteoblasts, showed the characteristic antigen profile (CD 90, CD 105 and MHCI positive and CD 14 and CD 45 negative) and therefore fulfilled all the criteria of mesenchymal stromal cells. It can be concluded from the data of the mixed lymphocyte reaction (MLR) that porcine MSC have a different immune response than human MSC. In vitro, they are not able to suppress a T-lymphocyte activation and proliferation through cellular or unspecific mitogen stimuli. However, since the inflammation in the pathophysiology plays an important role in acute kidney injury, the inadequate immune-modulating effect could be the reason for the fact that the porcine MSC did not show any improvement of kidney function and a successful therapy is possibly dependent on the anti-inflammatory effect. Consequently, the treatment of acute kidney injury in this large animal model did not provide any information in relation to the underlying mechanisms. It can be hoped that the treatment of acute kidney injury in humans with MCS could be equally successful as in the rodent model, due to its immune-modulating effect.