Erst die Entwicklung und Einführung der heute benutzten immunsuppressiven Medikamente aus der Familie der Calcineurin Inhibitoren (Cyclosporin, Tacrolimus) hat zu der rasanten Entwicklung auf dem Gebiet der Transplantation solider Organe geführt. Ein großes Problem dieser Substanzen ergibt sich aus deren geringer therapeutischer Breite, die vor allem im Langzeitverlauf zu einer Reihe unerwünschter Wirkungen wie Neurotoxizität, Bluthochdruck, Diabetes mellitus und chronischer Nephrotoxizität führen kann. Die Erfahrungen der letzten zwei Dekaden haben gezeigt, dass ein pharmakokinetisches Medikamentenmonitoring allein als Strategie zur Vermeidung chronischer Toxizität nicht ausreicht, wohingegen toxikodynamische, auf sog. Biomarkern basierende Untersuchungen sehr viel Erfolg versprechendere Konzepte darstellen könnten. Unser Ziel war es daher zunächst, herauszufinden, inwieweit unser eigenes Patientenkollektiv unter einer langjährigen Exposition mit Calcineurin Inhibitoren eine chronische Nierenfunktionsstörung zeigt. Diese Analyse führten wir an Patienten nach Lebertransplantation durch, da hier andere Einflüsse auf die Nierenfunktion, wie immunologische Vorgänge oder im Rahmen der Transplantation auftretende Konservierungsschäden, weitestgehend ausgeschlossen werden können. Entsprechend anderer Arbeiten bestätigte sich auch bei unseren Patienten eine in erster Linie durch Cyclosporin induzierte Nephrotoxizität, die sich in unserer retrospektiven Analyse in der Regel nicht nach Gabe alternativer, weniger toxischer Substanzen (MMF) verbessern ließ. Ursächlich hierfür diskutierten wir, dass die Diagnose einer Nierenfunktionsstörung anhand konventioneller Marker (Kreatinin) wahrscheinlich häufig zu spät gestellt wird, wenn bereits ein irreversibler Nierenschaden vorliegt. In einem zweiten Abschnitt dieser Arbeit fokussierten wir uns in tierexperimentellen Studien auf neue moderne Diagnosetechniken (HPLC-MS, NMR) zur früheren Identifizierung möglicher Risikogruppen. Hierdurch ist es uns in einer systematischen Analyse gelungen, signifikante dosisabhängige Veränderungen verschiedener Urinmetabolite nachzuweisen, die mit den histomorphologischen Nierenveränderungen (Tubulusschaden) und konventionellen Funktionsparametern (glomeruläre Filtrationsrate (GFR), Serumkreatininwerten) einhergehen. Weiter konnten wir zeigen, dass ein zusätzlicher Ischämie-/Reperfusionsschaden zu einer Verstärkung dieser Effekte führt. In der frühen Behandlungsphase fand sich außerdem ein Anstieg sogenannter F2t-Isoprostane, die einen indirekten Hinweis für das Vorliegen freier Radikale geben. Diese ließen sich sowohl mit den Gewebespiegeln der Immunsuppressiva als auch mit den am meisten veränderten Metaboliten im Urin korrelieren. Um der Frage nachzugehen, inwieweit eine Beeinflussung der mitochondrialen Zellfunktion in der Pathogenese der Calcineruin Inhibitor assoziierten Nephrotoxoizität eine Rolle spielt, aber auch zur qualitativen Beurteilung eines Ischämie-bedingten Gewebeschadens zur Evaluierung einer möglichen Verbesserung von Konservierungsmethoden, etablierten wir eine Nachweismethode für Nukleotide und optimierten die Gewebe-Asservierungs- und Extraktionsmethoden, um so eine objektive Analyse dieser labilen Verbindungen zu erreichen. Das Ergebnis zeigte, dass es offensichtlich zumindest in der Frühphase der Exposition von Immunsuppressiva zu keiner signifikanten Beeinflussung energiereicher Nukleotide im Nierengewebe kommt und sich lediglich unter einer maximalen Dosis von Cyclosporin und Sirolimus ein Abfall von ATP zeigt. Da sich in unserer Versuchsreihe zur Immunsuppressivatoxizität eine Verstärkung der Schädigungsmechanismen nach Transplantation bzw. kalter Ischämie gezeigt hatte, untersuchten wir in einer weiteren Studie, ob und inwieweit sich durch eine Modifikation der heute etablierten Konservierungsmethoden eine Verbesserung der Organqualität möglich ist. Hierbei zeigte sich, dass eine initiale Perfusion mit der niedrig viskösen Lösung HTK mit anschließender Konservierung in UW zu einer besseren Erhaltung der Zellenergiespeicher (Energieladung) und zu einem besseren funktionellen Ergebnis nach Transplantation führen können. Zusammenfassend ergeben unsere Arbeiten neue Einblicke in die Pathophysiologie von unter Immunsuppression und nach Ischämie-/Reperfusion auftretenden Nierenfunktionsstörungen. Da es sich jedoch um ein multifaktorielles Geschehen mit vielen Variablen handelt, bleiben nach wie vor viele Fragen ungeklärt. Weitere Analysen unserer Arbeitsgruppe richten sich nun auf eine Untersuchung der Pathomechanismen in einem tierexperimentellen Modell für chronische Rejektion sowie auf eine Metabonomics-basierende Untersuchung von Patienten im Rahmen einer prospektiven (sogenannten „proof-of-concept“) Studie bei Patienten nach Nierentransplantation.
With improvements of surgical techniques and perioperative care, survival of liver transplant patients has continuously improved over the last decades. Unfortunately, this trend is accompanied by a growing incidence of chronic renal failure. Also, due to the introduction of the MELD system, a large proportion of patients present with some degree of renal dysfunction prior to transplantation, which increases the risk of acute renal failure postoperatively. Since currently used clinical markers to monitor nephrotoxicity, like serum creatinine and pharmacokinetic drug monitoring, can not successfully discriminate patients at risk, the focus should shift to new diagnostic tools which could identify at-risk patients earlier and allow for kidney rescue therapies to commence before structural damage occurs. Thus, new strategies based on so-called biomarkers are promising. The first aim of our studies was to identify risk factors for chronic nephropathy in a cohort of liver transplant patients. As a major risk factor, we identified the calcineurin inhibitor (CI) cyclosporine. Liver transplant patients are of special interest, since in this collective in contrast to kidney transplantations, additional nephrotoxic factors such as ischemia reperfusion injury or immunology can be excluded. In the next part, we focused in animal based studies on novel strategies (HPLC-MS, NMR) to earlier identify CI- induced nephrotoxicity. In a systematic analysis, we identified a number of metabolites in urine that changed significantly, and these could be correlated to histomorphologic changes of tubulus damage and conventional parameters of kidney dysfunction (inuline clearance, creatinine). Changes were not only dose-dependent, but also aggravated by additional ischemia reperfusion injury. Next, we aimed to clarify a possible involvement of mitochondrial functions in the pathogenesis of calcineurin inhibitor toxicity. Therefore, we established and validated a new method to detect nucleotides (ATP, ADP etc.) in tissue. In animal studies we found that only long-term treatment with CI´s induces a significant reduction of the cellular energy state (reduction of ATP), whereas short-term treatment seems to have no effect on the tissue nucleotide status. In summary, our publictations give new insights into the metabolic changes under immunosuppression induced nephrotoxicity. However, the complexity of the pathophysiology still leaves many questions unanswered (e.g. influence of chronic/acute rejection, transferability of study results in rats to humans), which should be targeted in further investigations.
