Menselijk weefselspecifiek eiwitmetabolisme

Het onderhoud van skeletspieren wordt bepaald door de balans tussen
spiereiwitsynthese en spiereiwitafbraak. Hierbij kunnen tijdelijke
veranderingen in synthese en/of afbraak leiden tot spiereiwittoename of
-verlies. Een veelvuldig toegepaste methode om het eiwitmetabolisme van de
menselijke skeletspier te bestuderen is continue intraveneuze infusie met
stabiele isotoop gelabelde aminozuren. Met behulp van massa spectrometrie,
biedt dit de mogelijkheid om gelabelde aminozuren te volgen in de verschillende
fasen van hun metabolisme. Het interessante voordeel van deze techniek is dat
het zorgt voor een stabiele toevoer van aminozuurtracer in de bloedbaan. Op die
manier geeft de incorporatie van aminozuurtracer in de skeletspier inzicht in
de snelheid waarmee spiereiwit op- en afgebroken wordt. Deze stabiele
isotopenmethodologie wordt al enkele decennia gebruikt voor het in kaart
brengen van het eiwitmetabolisme van de skeletspier. Zo heeft men aangetoond
dat de spier ongeveer 1-2% per dag regenereert. Dit zou betekenen dat de
skeletspier zichzelf geheel vernieuwd heeft in 2-3 maanden tijd.

Spiereiwit is altijd het meest bestudeerde onderwerp geweest binnen stabiele
isotopenstudies in mensen vanwege de zichtbaarheid en toegankelijkheid van
spierweefsel. Echter, een recente runderen studie van ons lab suggereert dat
het eiwitmetabolisme van organen vele malen hoger is dan dat van spiereiwit.
Dit laat zien dat deze weefsels in staat zijn in hoog tempo te regenereren.
Echter, voor zover bekend, zijn er nog geen studies verricht naar het gebruik
van stabiele isotopen om het eiwitmetabolisme van menselijke organen in kaart
te brengen. Daarnaast zijn wij geïnteresseerd in de eiwitsynthese van
tumorweefsel. Enkele studies naar tumormetabolisme hebben een hogere
eiwitsynthese gevonden in colon- en andere gastro-intestinale maligniteiten.
Echter, deze studies hebben gebruik gemaakt van de 'flooding dose'
tracertechniek welke op meerdere vlakken beperkt is in vergelijking met de
'continue infusie' tracertechniek. Daarom zal in de huidige studie niet alleen
het orgaan-specifiek eiwitmetabolisme in kaart worden gebracht middels continue
intraveneuze infusie van gelabelde aminozuren, maar ook het eiwitmetabolisme in
maligniteiten.

Concluderend, zal de huidige studie een uniek inzicht verschaffen in de
processen van het orgaan- en tumor-specifieke eiwitmetabolisme. Hiervoor zal de
weefsel-specifieke eiwitturnover worden bepaald in huid, bot, hart, long, nier,
slokdarm, maag, colon en hersenen. In toevoeging op data uit een andere studie
(METC 13-3-068) naar eiwitturnover in dunne darm, lever, pancreas en subcutaan
en visceraal vet, zullen in de huidige studie de weefsel-specifieke
turnoversnelheden worden bepaald in het perspectief van het skeletspier
eiwitmetabolisme. Dit zal gebeuren in een groot aantal klinische settings. Deze
basale kennis over menselijke weefselturnover is klinisch relevant in het kader
van vele, zo niet alle, orgaanziekten (ulcers, cachexia, eiwitdepletie, etc.)
en biedt de mogelijkheid om processen zoals orgaan(her)groei en
tumorontwikkeling beter te begrijpen.

Het doel van deze studie is het onderzoeken van de verschillen tussen
orgaan-specifieke en spiereiwitturnover middels het gebruik van met stabiele
isotopen gelabelde aminozuren in patiënten die een chirurgische ingreep
ondergaan.

Primaire doel:
Vergelijken van eiwitsynthesesnelheid, uitgedrukt als 'fractional synthetic
rate (FSR)' [%/h], en verrijking [mole percent excess, MPE] van huid-, bot-,
hart-, long-, nier-, slokdarm-, maag-, colon- en hersenweefsel met de FSR en
MPE in vastus lateralis spier als referentieweefsel in patiënten die een
chirurgische ingreep ondergaan.

Secundaire doel:
Vergelijken van eiwitsynthesesnelheid en verrijking in tumorweefsel met dat in
het orgaanweefsel waar de maligniteit zich in bevond.

De volgende hypothesen zullen worden onderzocht:
1. Orgaan-specifieke eiwitsynthesesnelheid en MPE is hoger dan
spiereiwitsynthesesnelheid.
2. Tumor-specifieke eiwitsynthesesnelheid en MPE is hoger dan orgaan-specifieke
eiwitsynthesesnelheid.

Deze studie betreft een multicentrum cross-sectionele studie in het Atrium
Medisch Centrum Heerlen, Maastricht University Medical Centre en het Catharina
Ziekenhuis Eindhoven.

De studieopzet zal voor elke bestudeerd orgaan hetzelfde zijn. Voor een apart
overzicht per orgaan wordt er verwezen naar het bijgevoegde protocol. De
testdag start op de dag van de chirurgische ingreep, waarbij de patiënten reeds
opgenomen zullen zijn in het ziekenhuis.

2,5 uur voor de start van de chirurgische ingreep (t=-150 min), wordt er een
polyethyleencatheter in de dorsale handvene gebracht voor het nemen van
bloedmonsters. Een achtergrondsample van zowel plasma als serum (10 mL) zal
worden afgenomen waarin vervolgens hemoglobine, leukocytenaantal, HbA1c,
nuchter insuline, nuchter glucose, C-reactief proteïne (CRP), interleukine-6 en
TNF-* worden bepaald. Daarnaast worden deze samples gebruikt voor het berekenen
van de albumine-gebonden phenylalanine verrijking / achtergrond phenylalanine
labeling. Op t = -150 min krijgen de patiënten een enkele intraveneuze dosis
L-[ring-13C6]-phenylalanine en L-[3,5-2H2]-tyrosine gelabelde aminozuren
toegediend, waarna een continue infusie van beide tracers met een snelheid van
0.05 µmol/kg lichaamsgewicht/min zal plaatsvinden. Vervolgens worden er
plasmasamples (10 mL) op vaste tijdstippen afgenomen: t (min) = -120, -90, -60
en -30 min. Voor de meeste chirurgische ingrepen wordt als onderdeel van de
standaardzorg een polyethyleencatheter in de arteria radialis ingebracht door
de anesthesist voor peroperatieve bloedafname. Deze catheter, of anders een
extra handvenecatheter, zal worden gebruikt voor de daaropvolgende bloedafnames
(5 mL): t (min) = -15, 0, 15, 30, 60, 90, 120, 150 min etc. Deze afnames zullen
plaatsvinden totdat het spierbiopt en de weefselsamples zijn genomen. Nadat
alle organen zijn blootgelegd zullen de orgaan-specifieke samples en het vastus
lateralis biopt worden genomen. Nadien zal de infusie met de tracer worden
gestopt. Omdat alle metingen en dataverzameling plaatsvinden tijdens het
verblijf in het ziekenhuis en de operatie, is er geen sprake van extra
tijdsinvestering van de patiënt op deze testdag.

Er zijn mogelijke risico's verbonden aan deelname aan deze studie. Het
inbrengen van een infuus in een armvene of handvene is vergelijkbaar met een
normale bloedafname waarbij slechts het risico bestaat op een klein lokaal
hematoom. Ditzelfde geldt voor het spierbiopt. De incisie die wordt gemaakt
voor het spierbiopt zal uitgevoerd worden door een ervaren arts en zal volledig
herstellen, waarbij een klein litteken van ongeveer 0.5-1 cm zal overblijven.
Binnen onze onderzoeksgroep hebben wij uitgebreide ervaring met het nemen van
spierbiopten. Tijdens de follow-up, enkele dagen na de bioptafname, zijn er tot
op heden geen complicaties gerapporteerd. De samples van andere weefsels zullen
worden genomen van delen van organen die geresecteerd worden tijdens de
operatie. Hiermee wordt een risico op permanente complicaties voorkomen. Alle
chirurgische procedures zullen worden verricht door gespecialiseerde chirurgen
in het betreffende orgaan/type chirurgie.

De gelabelde aminozurentracers die worden gebruikt in deze studie zijn
niet-radioactieve maar stabiele isotopen en zijn veilig. De productie van de
tracers voor intraveneuze toediening vindt plaats in een steriele omgeving
volgens GMP richtlijnen in een bereidingsapotheek (zie bijlage K5.1:
investigational medicinal product dossier (IMPD)).