Repeated treatment with bone marrow cell secretory products maintains long-term renoprotection in experimental chronic kidney disease: a placebo-controlled trial

Can J Kidney Health Dis. 2015 Nov 14;2:44. doi: 10.1186/s40697-015-0082-5. eCollection 2015.

Abstract

Background: Bone marrow-derived early outgrowth cells (EOCs) secrete soluble factors that exert potent renoprotective effects, such that infusion of their conditioned medium recapitulates the affects of the cells themselves.

Objectives: The objective of this study is to test whether the protective effect of conditioned medium infusion wanes with time and whether tachyphylaxis occurs with repeated administration.

Design: This is a placebo-controlled animal study.

Setting: The study was conducted at St. Michael's Hospital, Toronto, Ontario, Canada.

Subjects: Fischer 344 (F344) rats were used in this study.

Measurements: The following were measured: (1) urinary protein:creatinine ratio, (2) glomerular filtration rate, (3) systolic blood pressure, (4) body weight, (5) glomerular endothelial cell density, and (6) glomerular and tubulointerstitial type IV collagen deposition.

Methods: Subtotally nephrectomized F344 rats, a model of progressive chronic kidney disease, were randomized 4 weeks post-surgery to receive thrice-weekly intravenous injections of concentrated EOC-conditioned medium (EOC CM) or unconditioned medium (UCM) over 2 weeks. Three animal groups were studied, according to whether they were administered conditioned medium: once (Initial Therapy Only group), twice (Repeat Therapy group), or not at all (No Therapy group).

Results: Following initial therapy, EOC CM-treated animals excreted less urinary protein, a marker of renal injury, than their UCM-treated counterparts. At 10 weeks post-subtotal nephrectomy, however, mean urinary protein excretion in conditioned medium-treated animals was fourfold greater than at the completion of the initial treatment course. At this time point, conditioned medium-treated animals were randomized to receive a second course of either conditioned medium (Repeat Therapy group) or unconditioned medium (Initial Therapy Only group). At study end (14 weeks post-subtotal nephrectomy), Repeat Therapy animals demonstrated higher glomerular filtration rate, less proteinuria, preserved renal microvasculature, and diminished fibrosis when compared with the No Therapy group. Initial Therapy Only animals exhibited an intermediate effect.

Limitations: Testing the effect of EOC-conditioned medium in a single model of chronic kidney disease (CKD) has limitations.

Conclusions: These findings suggest that early outgrowth cell-derived factors, while renoprotective, have a limited duration of action. Repeated administration of these factors, however, is able to extend the duration of efficacy and attenuate the progression of experimental chronic kidney disease.

Contexte: Les cellules à croissance précoce (CCP) provenant de la moelle osseuse sécrètent des facteurs solubles qui procurent des effets néphroprotecteurs très efficaces. Une simple infusion de milieu de culture conditionné par des CCP permet d’instaurer des effets protecteurs dans les cellules rénales.

But de l’étude: Vérifier si l’effet néphroprotecteur d’une infusion de milieu conditionné décline dans le temps et déterminer si l’administration répétée engendre une tachyphylaxie.

Type d’étude: Essai contrôlé par placebo sur modèles animaux.

Établissement: Hôpital St. Micheal’s de Toronto, ON, Canada.

Sujets: Rats Fisher (F344).

Mesures: (1) le ratio urinaire « protéines/créatinine » (2) le débit de filtration glomérulaire (3) la pression systolique (4) le poids corporel (5) la densité des cellules endothéliales glomérulaires et (6) le dépôt tubulo-interstitiel et glomérulaire de collagène de type IV.

Méthode: Quatre semaines suivant la chirurgie, deux groupes expérimentaux ont été formés par randomisation de rats F344 partiellement néphrectomisés (un modèle utilisé pour l’étude de l’insuffisance rénale chronique et dégénérative). Durant 2 semaines, les animaux recevaient 3 injections intraveineuses par semaine d'un concentré de milieu conditionné par cellules à croissance précoce (MC-CCP) ou d'un concentré de milieu non conditionné (MNC). Les animaux du groupe MC-CCP ont, plus tard au cours de l’étude, été divisés en 2 sous-groupes. L’un d’eux a reçu une deuxième série d’injections de MC-CCP et l’autre, de MNC. Ainsi, 3 groupes ont été étudiés, selon qu’ils ont été traités au MC-CCP une seule fois (groupe « Traitement Initial Seulement »), deux fois (groupe « Traitement Répété ») ou en aucun temps (groupe « Non Traité »).

Résultats: Dès le traitement initial, une diminution de l’excrétion urinaire de protéines (un indicateur de lésions aux reins) a été observée chez les sujets du groupe MC-CCP par rapport aux niveaux de leurs homologues du groupe MNC. Par contre, la moyenne d’excrétion urinaire de protéines chez les sujets du groupe MC-CCP avait tout de même quadruplé, 10 semaines suivant la chirurgie, par rapport aux taux mesurés après la première ronde de traitements. À ce stade de l’étude, les sujets du groupe MC-CCP ont été divisés et randomisés en deux sous-groupes à qui une deuxième ronde de traitements, soit par MC-CCP (groupe « Traitement Répété »), soit par MNC (groupe « Traitement Initial Seulement ») a été administrée. Au terme de l’étude (14 semaines suivant la chirurgie), les animaux du groupe « Traitement Répété » ont démontré un débit de filtration glomérulaire supérieur, une diminution de la protéinurie, une préservation de la microvasculature rénale et une réduction de la fibrose, lorsque comparés au groupe non traité. Les animaux du groupe « Traitement Initial Seulement » ont montré des résultats intermédiaires.

Limitations: L’effet d’un traitement avec MC-CCP n’a été testé que dans un seul modèle expérimental d’insuffisance rénale chronique.

Conclusions: Ces constatations suggèrent que, tout néphroprotecteurs qu’ils soient, les facteurs solubles dérivant de la culture de cellules à croissance précoce provenant de moelle osseuse ont une action de courte durée. En revanche, il apparait qu’une administration répétée de ces facteurs permet d’en prolonger l’action tout en freinant la progression de l’insuffisance rénale chronique dans les modèles expérimentaux.

Keywords: Cell therapy; Chronic kidney disease; Conditioned medium; Early outgrowth cell.