Transkriptomický profil pacientů léčených různými modalitami míšní stimulace (SCS-OMICS)

Syndrom selhání zad (FBSS) je pro odborníka skutečnou výzvou pro svou klinickou složitost a ekonomický význam nejen z hlediska nákladů na léčbu, ale také z důvodu vysokého výskytu syndromu u pacientů v produktivním věku a s normální délkou života. Tento syndrom je komplikací lumbosakrální chirurgie s incidencí v rozmezí 5–40 %.

Stimulace míchy (SCS) se používá při léčbě pacientů s FBSS po léta bezpečně a efektivně. Ačkoli se zpočátku věřilo, že hlavní mechanismus účinku byl vysvětlen „Teorií řízení brány“ popsanou Wallem a Melzackem v roce 1965, je třeba poznamenat, že k úlevě od bolesti vyplývající z SCS by mohly přispívat i další mechanismy nad rámec tohoto. Patří mezi ně inhibice neuronální excitability a hypersenzitivity na medulární úrovni, stejně jako změny v uvolňování neurotransmiterů, jako je GABA, acetylcholin, adenosin, serotonin a norepinefrin, které se podílejí na přenosu a modulaci bolesti. Molekulární mechanismy, které jsou základem terapeutického účinku SCS, však zůstávají neznámé.

Genetické studie se používají k poskytnutí nových pohledů na molekulární mechanismy, které jsou základem vzniku a udržování bolesti. Ty mohou být řízeny hypotézou, tedy vyhodnocením exprese výchozích molekul, nebo nezávisle na hypotéze zkoumáním genové exprese na genové úrovni v celém genomu. Microarray čipy měří expresi stovek genů v daném vzorku. Používají se ke studiu široké škály biologických systémů, byly použity k hodnocení rozsáhlých změn na transkripční úrovni v různých částech centrálního nebo periferního nervového systému, což vedlo k objevu nových genů souvisejících s bolestí, jako je podjednotka Kv9.1 draslíkového kanálu nebo KCNS1.

V poslední době některé studie na zvířecích modelech naznačují, že SCS způsobuje rozsáhlé změny v genové expresi. Tilley a spolupracovníci zjistili, že SCS produkovala mimo jiné modulaci exprese 5HTra, cFOS a GABAbr1, se silnou korelací mezi množstvím aplikovaného proudu a expresí GABAbr1, Na/K ATPázy (negativní korelace), 5HT3r a VIP (pozitivní korelace) na medulární úrovni a také na úrovni dorzálního kořenového ganglionu. Tito autoři se zaměřili na analýzu skupin genů, které byly na zvířecích modelech poškození periferních nervů ukázány změněné. Stephens a spolupracovníci provedli RNA seq z míchy krys s neuropatickou bolestí sekundární k podvázání sedacího nervu, do kterého byl implantován míšní stimulátor, a zjistili, že se po aplikaci SCS změnila genová exprese. Zjistili, že exprese některých klíčových genů v expresi proteinové husté sítě postsynaptických podpůrných proteinů v glutamaergních synapsích je po SCS downregulována; to by mohlo destabilizovat tuto hustou síť, a tak snížit účinnost synaptické signalizace. Zjistili také, že SCS může aktivovat blízké míšní trakty, které ovlivňují neurony a lesklé buňky v distálních segmentech páteře. Vallejo a Tilleyho skupina také provedla rozsáhlou transkriptomovou analýzu na zvířecích modelech neuropatické bolesti a zjistila, že SCS produkuje významnou modulaci v genové expresi na úrovni míchy a dorzálních kořenových ganglií, přičemž skupiny genů a metabolických drah jsou v obou tkáních podobné a jsou přímo nebo nepřímo souvisí s neurální regenerací, regulací zánětlivých a imunitních reakcí a regulací transportu iontů. Naše skupina analyzovala genovou expresi různých markerů (z kanabinoidních receptorů, opioidních receptorů a opioidních peptidů) pomocí polymerázové řetězové reakce v reálném čase z lymfocytové RNA získané ze vzorků periferní krve pacientů s FBSS léčených SCS, přičemž bylo pozorováno významné zvýšení proenkefalinu ( PNK) po SCS s ohledem na výchozí hladiny a udržované v průběhu času.

S využitím výhod rozsáhlého studia genomu pomocí microarrays jsme v posledních letech realizovali výzkumný projekt s hlavním cílem identifikovat nové molekulární báze, definované pomocí transkriptomických profilů, odlišně exprimované v plazmě pacientů postižených FBSS a léčených tonikem nebo konvenčním SCS. Tato studie byla financována Instituto de Salud Carlos III prostřednictvím projektu PI16/01364 (spolufinancováno Evropským fondem pro regionální rozvoj/Evropským sociálním fondem „Cesta k vytvoření Evropy“/„Investice do vaší budoucnosti“). Projekt byl schválen Etickou komisí pro klinický výzkum Univerzitní všeobecné nemocnice ve Valencii. Studie byla v souladu s místními předpisy, směrnicemi pro správnou klinickou praxi a zásadami Helsinské deklarace, jakož i se současnou legislativou a předpisy upravujícími ochranu osobních údajů a práva a povinnosti týkající se informací a dokumentace ve zdravotnictví. Naše skupina provedla transkriptomickou analýzu krve pacientů postižených FBSS a léčených SCS (respondující pacienti); získali jsme vzorky před a v různých časech po implantaci systému, abychom našli rozdílnou genovou expresi v odpovědi na léčbu a které by mohly sloužit jako potenciální biomarkery účinnosti terapie. Provedli jsme také transkriptomickou analýzu pacientů, u kterých nebyl SCS účinný (nerespondérů), porovnávali jsme výsledky s reagujícími pacienty se záměrem nalézt rozdílnou expresi potenciálních biomarkerů odpovědi na terapii SCS. Nakonec jsme porovnali expresi pacientů s diagnózou FBSS se skupinou pacientů s intervencí páteře, u kterých se nerozvinula bolest a sloužili jako kontrolní skupina; snažíme se najít rozdíly v genové expresi mezi oběma populacemi s cílem nalézt možné biomarkery rozvoje onemocnění. Zahrnuli jsme 30 pacientů s FBSS léčených SCS (z nichž 7 nereagovalo a 23 pacientů reagovalo) a 15 kontrolních pacientů. Dokončili jsme nábor a analýzu vzorových období a v současné době jsme ve fázi interpretace konečných výsledků a vývoje odpovídajících publikací. Ačkoli výsledky nejsou definitivní, předběžná analýza ukazuje, že existuje více než 190 odlišně exprimovaných genů (p < 0,05) na počátku studie při srovnání kontrolních pacientů a pacientů s FBSS léčených SCS. Našli jsme také více než 750 genů odlišně exprimovaných u pacientů implantovaných před a po zahájení terapie SCS.

HYPOTÉZA

Biochemické a molekulární procesy spojené s FBSS nejsou známy, stejně jako změny, ke kterým dochází u pacientů podstupujících SCS. Transkriptomická analýza se jeví jako slibné nástroje, které poskytují pohled na mechanismy, které jsou základem chronické bolesti. Kvantifikace RNA pomocí RT-PCR umožní identifikovat různé implikované geny a vyvodit solidní závěry.

Naše hypotéza je založena na skutečnosti, že v klinických situacích souvisejících s bolestí musí nastat odlišná genetická exprese a že tyto alterace by měly být u pacientů úspěšně léčených míšní stimulací odlišně modifikovány.

Identifikace těchto možných biomarkerů stavu nebo vývoje patologie a její léčby významně přispěje ke stanovení přesnějších terapeutických strategií a může sloužit jako prediktivní biomarkery odpovědi na léčbu, které vedou k výběru terapeutických cílů pro vývoj budoucích léčebných strategií.

CÍLE STUDIE

Na základě těchto hypotéz a s nadějnými výsledky, které naše skupina dříve získala, se výzkumníci zaměřují na porovnání, zda programování DTM systému SCS vytváří jiný účinek na úrovni exprese než konvenční programování, se záměrem hledat biomarkery odpovědi a evoluce na toto programovací modalita.

Výzkumníci se také zaměřují na studium, zda by tyto rozdíly mohly souviset s významně odlišnými klinickými výsledky a korelovat s intenzitou účinku různých modalit.