Validation and evaluation of novel biomarkers for early renal damage in the clinical setting

Abstract

The aim of this thesis was to contribute to the next step in the implementation of these new biomarkers for AKI. In chapter 2 and chapter 3, we focused on the determination of the most ideal collection and storage conditions prior to the biomarker measurements. In chapter 4 the goal was to establish reference values for these novel biomarkers for healthy subjects with special attention for age and gender. In the following chapters we investigated the utility of these biomarkers in different clinical settings. Chapter 5 was attributed to the research we conducted on the association between KIM-1 and urinary cadmium concentrations. Finally, in chapter 6 we investigated a panel of novel biomarkers in an attempt to detect AKI after cardiac surgery requiring a cardiopulmonary bypass.

Momenteel is het vroegtijdig opsporen van acuut en chronisch nierfalen gebaseerd op de stijging van de creatinine concentratie in het serum in combinatie met een daling in urine volume. Deze detectiemethode heeft het nadeel dat de vermelde veranderingen pas enkele uren tot dagen na het eigenlijk ontstaan van het nierprobleem waargenomen kunnen worden. Er is dan ook nood aan nieuwe, snellere detectiemethoden of biomerkers. Via proteomische onderzoeksmethoden werden een aantal eiwitten in het bloed en de urine ontdekt, die mogelijkerwijze als biomerker voor nierschade kunnen dienen. Deze eiwitten blijken in experimenten bij dieren en mensen immers verhoogd tot expressie te komen in geval van nierschade. Deze nieuwe biomerkers dienen echter gevalideerd te worden: er moet nagegaan worden op welke wijze ze het best gemeten worden, wat normale waarden zijn bij gezonde mensen en bij welke pathologieën en in welke patiëntengroepen ze verhoogd zijn. In deze doctoraatsthesis hebben we ons gericht op het validatieproces van enkele nieuwe biomerkers voor nierschade, nl. KIM-1, NGAL, NAG en Cystatine C. We hebben vooreerst aangetoond dat KIM-1, gemeten in de urine, niet afhankelijk is van de pH van de urine, maar de commerciële kit die gebruikt wordt voor de meting wel. Het is dan ook van belang om urinestalen voor de meting van KIM-1 op een pH rond 7 te brengen (hoofdstuk 2). Enkele andere verzamel- en opslagspecificaties voor de urinestalen waarin de biomerkers gemeten worden (zoals het toevoegen van protease inhibitoren, centrifugatie, maximale duur voor invriezen en de invriestemperatuur en –periode) zijn vervolgens onder de loep genomen, en richtlijnen hieromtrent zijn uitgewerkt (hoofdstuk 3). In het volgende deel van ons onderzoeksproject, hebben we urinestalen van verondersteld gezonde proefpersonen van alle leeftijden verzameld om zo referentiewaarden voor KIM-1, NGAL, Cystatine C en NAG op te stellen (hoofdstuk 4). Uit dierproeven van andere onderzoeksgroepen werd een positieve associatie afgeleid tussen de blootstelling aan het zware metaal cadmium, waarvan geweten is dat het schadelijke effecten heeft op de nier enerzijds en verhoogde KIM-1 concentraties in de urine anderzijds. We onderzochten een proefgroep van oudere personen die wonen in de omgeving van een industrieterrein met gekende verhoogde cadmiumwaarden in de bodem en de lucht en dus gedurende een lange periode blootgesteld zijn aan cadmium. Eenzelfde associatie werd aangetoond tussen cadmium en KIM-1 in de urine van deze proefpersonen (hoofdstuk 5). In het laatste deel van dit doctoraat werd onderzocht of de nieuwe biomerkers een rol kunnen spelen in de vroege detectie van acuut nierfalen, na het ondergaan van cardiale chirurgie waarbij extracorporele circulatie noodzakelijk is. Hierbij werden de concentraties van de urinaire biomerkers voor en op verschillende tijdstippen na de operatie vergeleken tussen volwassen patiënten die acuut nierfalen hadden ontwikkeld of niet. Voor elke gemeten biomerker (urinair KIM-1, NGAL, cystatine C en serum cystatine C) kon een associatie met acuut nierfalen gevonden worden op tenminste één tijdstip. Alleen serum Cystatine C bleek echter een voorspellende meerwaarde te hebben bovenop een klinisch model, dat werd samengesteld uit klinische parameters die momenteel reeds gebruikt worden in de detectie van AKI in het ziekenhuis (hoofdstuk 6).