Evaluatie van plasma chitotriosidase, plasma cytokines and cystine kristallen in huid en haar ter de niet-invasieve therapeutische monitoring van nefropatische cystinose.

Algemene informatie omtrent Cystinose

Cystinose is een autosomaal recessieve aandoening veroorzaakt door bi-alleische
mutaties in het CTNS gen. Dit gen codeert voor het lysosomaal transport
proteïne cystinosin [Town et al. 1998]. De ziekte is gekenmerkt door lysosomale
stapeling van cystine in alle weefsels van het lichaam.
De nieren zijn de eerste aangetaste organen met het Renaal Fanconi syndroom als
het initiële symptoom in de meerderheid van de patiënten.
Onbehandeld, leidt de nierziekte progressief naar een terminaal nierfalen tegen
het eind van de eerste levensdecade [Gahl et al. 2002].
Ook organen buiten de nieren worden aangetast (ogen, endocriene organen,
spieren, gastro-intestinaal systeem, centraal en perifeer zenuwstelsel); deze
organen worden doorgaans later in het leven aangetast [Wilmer et al. 2010].
Het amino-thiol cysteamine is huidig het enig bruikbare geneesmiddel om de
lysosomale stapeling van cystine te verminderen en/of tegen te gaan, die de
progressie van de nierziekte afremt, evenals de aantasting van de extrarenale
organen [Markello et al. 1993; Nesterova et al. 2008].
Cysteamine bitartraat is het meest wijdverspreide gebruikte cysteamine
preparaat en is op de markt beschikbaar als een "immediate-release" preparaat
(Cystagon) die om de 6 uur dient te worden toegediend, en een "delayed-release"
preparaat (Procysbi) wat slechts tweemaal per dag dient te worden toegediend.
Op dit moment is een bepaling van het cystinegehalte in witte bloedcellen de
gouden standaard voor de diagnose en monitoring van de behandeling met
cysteamine. Dit is echter geen makkelijke of erg praktisch bruikbare tool. Er
is een groot volume nodig om witte bloedcellen te isoleren in deze test, en dit
bij de beide huidig gebruikte technieken (HPLC & LC-MS/MS). Beide methoden zijn
tijdrovend, niet universeel toepasbaar, en enkel uitvoerbaar in enkele zeer
gespecialiseerde laboratoria wereldwijd. Een belangrijke bron van imprecisie is
tevens t.g.v. isolatie en opslag van de stalen. De afname van de stalen dient
ook in een correct tijdsvenster te gebeuren na de laatste inname (6 uur na
laatste Cystagon dosis en 12.5 uur na laatste Procysbi inname); ook dit laatste
is niet altijd mogelijk. Cystine accumuleert ook preferentiëel in
polymorfonucleaire witte bloedcellen, en dus bij patiënten met en lymfocytair
overwicht (jonge leeftijd, virale infectie), kan dit mogelijks tot bijkomende
problemen leiden. Polymorfonucleaire cellen zijn erg kortlevende cellen, wat
ook bijgevolg slechts een weergave levert van een bijzonder korte periode van
therapeutische controle.
Bijgevolg wensen we graag om nieuwe, alternatieve technieken te ontwikkelen
voor de monitoring van de behandeling met cysteamine in cystinose patiënten.

1. Macrofaagactivatie door cystine kristallen
Recente evidentie toont aan dat het immuunsysteem een rol kan spelen in de
pathogenese van nefropathische cystinose, en zijn snelle progressie tot
eind-stadium nierfalen, in tegenstelling tot andere types van het renaal
Fanconi syndroom [Prencipe et al. 2014]. Hier werd aangetoond dat inflammasoom
gerelateerde cytokines IL-1beta en IL-18 werden gestimuleerd in menselijke
perifere mononucleaire cellen, wanneer deze werden blootgesteld aan cystine
kristallen; dit werd aangetoond in plasma van cystinose patiënten maar ook in
serum en weefsel van Ctns knocked-out mice.
Chitotriosidase is een chitinase geproduceerd door geactiveerde macrofagen.
Zijn verhoogde activiteit werd aangetoond in verschillende lysosomale
stapelingsziekten [Hollak et al. 1994, Guo et al. 1995]. Onze preliminaire
gegevens tonen aan dat plasma chitotriosidase activiteit significant verhoogd
is in cystinose patiënten in vergelijking tot normale controles en
controlepatiënten met een renale aandoening.
Chitotriosidase activiteit correleerde ook met cystinegehaltes in witte
bloedcellen in cysteamine behandelde patiënten ouder dan 2 jaar.
Controle menselijke macrofagen werden geactiveerd in vitro wanneer ze werden
blootgesteld aan verschillende concentraties van cystinekristallen a.d.h.v.
significante toenames van de activiteit van het chitotriosidase in zowel
supernatans als het cellysaat. Verder was de chitotriosidase-activiteit ook
significant verhoogd in het plasma van cystinose knock-out muizen in
vergelijking tot wild-type muizen [Elmonem et al, 2014].

In vergelijking tot de klasieke gouden standaard, namelijk de cystinebepaling
in witte bloedcellen, is bepaling van de activiteit van het chitotriosidase in
plasma, veel eenvoudiger, sneller, goedkoper en stabieler; is er minder staal
voor vereist (1ml of minder), wat makkelijker is vooral in kleine kinderen.
Anderzijds is chitotriosidase ook geproduceerd door macrofagen die een zeer
lange levensduur vertonen (maanden tot jaren) en die daardoor een beter idee
zouden moeten geven i.v.m. therapeutische controle over een langere tijdsspanne.

2. Confocal microscopie van huid en haar ter detectie van cystine kristallen.
Recent werd angetoond door Chiaverini et al., dat reflectance confocal
microscopy (RCM) de mogelijkheid biedt om stapeling van cystine in de huid van
jonge patiënten met cystinose na te gaan. Cystineneerslag werd gevisualiseerd
als heldere, ronde tot ovaalvormige partikels in de huid, met variabele
grootte. Deze partiekels lijken specifiek te zijn voor cystinose, aangezien er
geen gelijkaardige partikels werden gevisualiseerd bij controlepatiënten. De
aard van de kristallen werd bevestigd a.d.h.v. electronenmicroscopie wat toonde
dat de partikels overeenkomen met kristallijne cystinestapeling in fibroblasen
van de reticulaire dermis (Chiaverini et al 2013). Het onderzoek is snel (5
minuten), pijnloos en werd goed getolereerd door zelfs de jongste patiënten.
Het scoren van de graad van stapeling van cystine kristallen zou bijgevolg
tevens kunnen gebruikt worden als een niet-invasieve merker voor
cystinestapeling en bijgevolg als marker voor respons op behandeling met
cysteamine.

Op basis van deze achtergrondinformatie en onze preliminaire gegevens in dit
project, hebben we als doel om een longitudinale studie op te zetten bij
cystinosepatiënten om het klinische verloop onder cysteamine behandeling en de
klassieke cystinebepaling in witte bloedcellen te correleren met:

1. Merkers voor macrophaagactivatie in plasma (chitotriosidase activiteit,
IL-18, IL-1beta en IL-6.
2. Kwantitatieve analyse van cystine kristallen in haar en huid d.m.v. RCM
(reflectance confocal microscopy) / HD-OCT (high-definition optical coherence
tomography).

Deze studie heeft een open label design.

50 patiënten met cystinose ofwel onder behandeling met cysteamine of bij de
start van behandeling met cysteamine zullen prospectief gerecruteerd worden en
opgevolgd voor een periode van 2 jaar.
Gezien dit om een zeldzame ziekte gaat, zullen patiënten gerecruteerd worden
vanuit 4 verschillende centra; waarvan 3 in Europa (EU) in UZ Leuven, Leuven,
België; Radboud University Medical Center in Nijmegen, Nederland; Bambino Gesu
Pediatric Hospital in Rome, Italië, en Cairo University Children Hospital in
Cairo, Egypte.

Elke 3 maanden zullen volgende parameters worden geëvalueerd:
1. Anamnese en klinisch onderzoek met basis labo evaluatie d.m.v. serum
creatinine, crp, urinaire albumine/creatinine ratio. Eenmaal per jaar zal
a.d.h.v. oftalmologisch onderzoek de cystine kristal stapeling in de cornea
worden nagegaan.
2. Cystinebepaling op witte bloedcellen d.m.v. liquid chromatography tandem
mass spectrometrie. Stalen zullen worden genomen ongeveer een 6-tal uur na
inname van Cystagon, of 12.5 uur na inname van Procysbi.
3. Chitotriosidase activiteit in plasma zal woren bepaald d.m.v. het
fluorometrisch substraat 4-methylumbelliferyl-triacetylchitotrioside.
4. Cytokines in plasma IL-1β and IL-6 zullen bepaald worden d.m.v. IL-1β/
IL-1F2 en IL-6 Quantikine HS ELISA Kit (R&D Systems). Plasma IL-18 gehaltes
zullen worden bepaald d.m.v. IL-18 ELISA kit (Medical and Biologic
Laboratories, Nagoya, Japan).
5. Cystine kristal stapeling in huid en haar zal worden bepaald d.m.v.
High-definition optical coherence tomography.

Niet van toepassing