TY - THES A1 - Devine, Eric T1 - Increased removal of protein bound uremic toxins through reversible modification of the ionic strength during hemodiafiltration T1 - Erhöhte Elimination proteingebundener Urämietoxine durch reversible Modifikation der Ionenstärke während der Hämodiafiltration N2 - A large number of metabolic waste products accumulate in the blood of patients with renal failure. Since these solutes have deleterious effects on the biological functions, they are called uremic toxins and have been classified in three groups: 1) small water soluble solutes (MW < 500 Da), 2) small solutes with known protein binding (MW < 500 Da), and 3) middle molecules (500 Da < MW < 60 kDa). Protein bound uremic toxins are poorly removed by conventional hemodialysis treatments because of their high protein binding and high distribution volume. The prototypical protein bound uremic toxins indoxyl sulfate (IS) and p-cresyl sulfate (pCS) are associated with the progression of chronic kidney disease, cardiovascular outcomes, and mortality of patients on maintenance hemodialysis. Furthermore, these two compounds are bound to albumin, the main plasma protein, via electrostatic and/or Van-der-Waals forces. The aim of the present thesis was to develop a dialysis strategy, based on the reversible modification of the ionic strength in the blood stream by increasing the sodium chloride (NaCl) concentration, in order to enhance the removal of protein bound substances, such as IS and pCS, with the ultimate goal to improve clinical patient outcomes. Enhancing the NaCl concentration ([NaCl]) in both human normal and uremic plasma was efficient to reduce the protein bound fraction of both IS and pCS by reducing their binding affinity to albumin. Increasing the ionic strength was feasible during modified pre-dilution hemodiafiltration (HDF) by increasing the [NaCl] in the substitution fluid. The NaCl excess was adequately removed within the hemodialyzer. This method was effective to increase the removal rate of both protein bound uremic toxins. Its ex vivo hemocompatibility, however, was limited by the osmotic shock induced by the high [NaCl] in the substituate. Therefore, modified pre-dilution HDF was further iterated by introducing a second serial cartridge, named the serial dialyzers (SDial) setup. This setting was validated for feasibility, hemocompatibility, and toxin removal efficiency. A better hemocompatibility at similar efficacy was obtained with the SDial setup compared with the modified pre-dilution HDF. Both methods were finally tested in an animal sheep model of dialysis to verify biocompatibility. Low hemolysis and no activation of both the complement and the coagulation systems were observed when increasing the [NaCl] in blood up to 0.45 and 0.60 M with the modified pre-dilution HDF and the SDial setup, respectively. In conclusion, the two dialysis methods developed to transitory enhance the ionic strength in blood demonstrated adequate biocompatibility and improved the removal of protein bound uremic toxins by decreasing their protein bound fraction. The concepts require follow-on clinical trials to assess their in vivo efficacy and their impact on long-term clinical outcomes. N2 - Eine große Zahl von Stoffwechselprodukten akkumuliert im Blut urämischer Patienten mit Nierenversagen. Da diese Moleküle schädliche Wirkungen auf die biologischen Funktionen haben, werden sie als Urämietoxine bezeichnet. Man teilt sie in drei Gruppen ein: 1) kleine wasserlösliche Substanzen (MG < 500 Da), 2) kleine, proteingebundene Substanzen (MG < 500 Da), 3) Mittelmoleküle (500 Da < MG < 60 kDa). Proteingebundene Urämietoxine werden wegen ihrer starken Proteinbindung und ihres Verteilungsvolumen durch klassische Hämodialyseverfahrens nur schlecht entfernt. Die prototypischen proteingebundenen Urämietoxine Indoxylsulfat (IS) und p-Cresylsulfat (pCS) sind bei chronischen niereninsuffizienten Patienten mit dem Fortschreiten der Niereninsuffizienz, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und der Mortalität verbunden. Außerdem sind diese beiden Toxine an Albumin, dem wichtigsten Plasmaprotein, durch elektrostatische und/oder Van-der-Waals-Kräfte gebunden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Dialyseverfahren basierend auf einer reversiblen Modifikation der Ionenstärke im Blut durch Erhöhung der Natriumchlorid (NaCl)-Konzentration zu entwickeln, um die Entfernung von proteingebundenen Molekülen wie IS und pCS zu erhöhen und dadurch eine Verbesserung des klinischen Verlauf der Patienten zu erreichen. Die Erhöhung der NaCl-Konzentration ([NaCl]) sowohl in normalem als auch in urämischem menschlichem Plasma war geeignet, um den proteingebundenen Anteil von IS und pCS durch Schwächung ihrer Bindungsaffinität zu Albumin zu verringern. Die Erhöhung der Ionenstärke während einer modifizierten Prädilutions-Hämodiafiltration (HDF) konnte durch eine Erhöhung der [NaCl] in der Substitutionslösung umgesetzt werden; dabei wurde der NaCl-Überschuss innerhalb des Dialysators vollständig entfernt. Dieses Verfahren war effektiv, um die Entfernungsrate beider proteingebundenen Urämietoxine zu steigern; seine Ex-vivo-Hämokompatibilität war allerdings aufgrund des osmotischen Schocks infolge der hohen [NaCl] im Substituat begrenzt. Deshalb wurde eine Iteration der modifizierten Prädilutions-HDF durch Einbau eines zweiten, seriellen Dialysators vorgenommen, bezeichnet als serielles Dialysator System (SDial). Diese letzte Methode wurde dann bezüglich der Durchführbarkeit, der Hämokompatibilität und Toxinentfernung validiert. Durch das SDial-System konnte, verglichen mit der modifizierten Prädilutions-HDF, eine bessere Hämokompatibilität bei ähnlicher Wirksamkeit erzielt werden. Beide Methoden, modifizierte Prädilutions-HDF und SDial System, wurden abschließend in ein Tierdialysemodell mit Schafen transferiert, wobei eine zufriedenstellende Biokompatibilität demonstriert werden konnte. Beide, zur vorübergehenden Erhöhung der Ionenstärke im Blut entwickelten Dialyseverfahren zeigten bei zufriedenstellender Biokompatibilität eine verbesserte Entfernung proteingebundener Urämietoxine durch Reduktion ihrer proteingebundenen Fraktion. In einem nächsten Schritt sind klinische Studien erforderlich, die diese Konzepte bezüglich ihrer In-vivo-Wirksamkeit und ihrer langfristigen Wirkung auf den Krankheitsverlauf untersuchen. KW - Hämodiafiltration KW - Ionenstärke KW - Proteinbindung KW - Urämietoxine KW - Hämodialyse KW - Biokompatibilität KW - Ionic strength KW - protein binding KW - uremic toxin KW - hemodialysis KW - biocompatibility KW - Urämie KW - Toxin KW - Ionenstärke KW - Blut Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83583 ER - TY - JOUR A1 - Brandenburg, Vincent M. A1 - Kramann, Rafael A1 - Koos, Ralf A1 - Krueger, Thilo A1 - Schurgers, Leon A1 - Mühlenbruch, Georg A1 - Hübner, Sinah A1 - Gladziwa, Ulrich A1 - Drechler, Christiane A1 - Ketteler, Markus T1 - Relationship between sclerostin and cardiovascular calcification in hemodialysis patients: a cross-sectional study JF - BMC Nephrology N2 - Background: Sclerostin is a Wnt pathway antagonist regulating osteoblast activity and bone turnover. Here, we assessed the potential association of sclerostin with the development of coronary artery (CAC) and aortic valve calcifications (AVC) in haemodialysis (HD) patients. Methods: We conducted a cross-sectional multi-slice computed tomography (MS-CT) scanning study in 67 chronic HD patients (59.4 +/- 14.8 yrs) for measurement of CAC and AVC. We tested established biomarkers as well as serum sclerostin (ELISA) regarding their association to the presence of calcification. Fifty-four adults without relevant renal disease served as controls for serum sclerostin levels. Additionally, sclerostin expression in explanted aortic valves from 15 dialysis patients was analysed ex vivo by immunohistochemistry and mRNA quantification (Qt-RT-PCR). Results: CAC (Agatston score > 100) and any AVC were present in 65% and in 40% of the MS-CT patient group, respectively. Serum sclerostin levels (1.53 +/- 0.81 vs 0.76 +/- 0.31 ng/mL, p < 0.001) were significantly elevated in HD compared to controls and more so in HD patients with AVC versus those without AVC (1.78 +/- 0.84 vs 1.35 +/- 0.73 ng/mL, p = 0.02). Multivariable regression analysis for AVC revealed significant associations with higher serum sclerostin. Ex vivo analysis of uraemic calcified aortic valves (n = 10) revealed a strong sclerostin expression very close to calcified regions (no sclerostin staining in non-calcified valves). Correspondingly, we observed a highly significant upregulation of sclerostin mRNA in calcified valves compared to non-calcified control valves. Conclusion: We found a strong association of sclerostin with calcifying aortic heart valve disease in haemodialysis patients. Sclerostin is locally produced in aortic valve tissue adjacent to areas of calcification. KW - coronary calcification KW - cardiovascular disease KW - aortic valve disease KW - calcium KW - mortality KW - sclerostin KW - aortic valve KW - bone formation KW - computed tomography KW - fetuin A KW - risk factors KW - GLA protein UCMGP KW - kidney-disease CKD KW - coronary-artery calcification KW - hemodialysis KW - mineral metabolism KW - vascular calcification KW - renal osteodystrophy Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122070 SN - 1471-2369 VL - 14 IS - 219 ER -