Cytokiny, modulátory neuroplasticity a biomarkery při stenóze páteřního kanálu a endoskopické dekompresi

Spinální stenóza je běžná muskuloskeletální porucha, která způsobuje bolest nebo invaliditu pacientů. Nicméně patogeneze tohoto onemocnění je komplexní a dosud nebyla plně objasněna. Lumbální spinální stenóza vzniká v důsledku degenerativních změn struktur umístěných za míchou, jako je hypertrofie žlutého vazu (LF), stejně jako kalcifikace vazů, degenerace a hypertrofie facetových kloubů a/nebo hernie meziobratlových plotének umístěných před míchou. Patologie hypertrofie LF zahrnuje fibrochrupavčité změny spojené s proliferací kolagenu typu II, osifikaci, ukládání vápenatých krystalů, degeneraci kolagenních a elastických vláken a chondroidní metaplazii fibroblastů vazu. Četné vědecké studie se pokusily prozkoumat etiologii hypertrofie a osifikace spinálních vazů s ohledem na systémové, lokální, genetické a environmentální faktory. Nicméně mechanismus vývoje degenerace stále není plně pochopen. Kromě mechanického stresu a zvýšené syntézy kolagenu (fibrózy) ve vazu, které činí z věku hlavní rizikový faktor, je přítomnost zánětu a infiltrace makrofágů považována za významného přispěvatele k rozvoji degenerace.

Proto je rozumné předpokládat, že přítomnost zánětu spojeného s jinými zdravotními stavy – zejména chronickými – může v neznámé míře ovlivnit průběh degenerace spinálních struktur. V současné době obezita a sarkopenie přitahují zvláštní pozornost jako poruchy ovlivňující všechny systémy lidského těla. Protože jejich prevalence roste, důkladné porozumění jejich důsledkům na jednotlivé orgány má značný společenský a praktický význam pro prevenci a ochranu zdraví.

Rostoucí počet zpráv naznačuje, že poruchy metabolismu lipidů a sekrece prozánětlivých adipokinů a cytokinů jsou hluboce zapojeny do regulace buněčných fenotypů a osudů, metabolismu extracelulární matrix a zánětu v patofyziologických procesech degenerativních onemocnění páteře a kloubů. Metabolické poruchy mohou ovlivnit metabolismus kostí a vést k ektopické osifikaci a ukládání tuku nejen ve spinálních vazech, ale i v jiných spinálních strukturách. Rovněž je třeba zmínit vliv adipokinomu na rozvoj muskuloskeletálních degenerativních poruch. I anatomicky přítomný epidurální tuk v páteřním kanálu se může zanítit a spontánně vylučovat zánětlivé cytokiny, což potenciálně modifikuje funkci sousedních tkání, jako jsou paravertebrální svaly a vazy. Stojí za zmínku, že spinální epidurální lipomatóza, charakterizovaná nadbytkem tukové tkáně v epidurálním prostoru vedoucí ke stenóze páteřního kanálu, je silně spojena s obezitou.

Dosud bylo potvrzeno, že adipokiny a jejich receptory, ačkoli se primárně nacházejí v bílé tukové tkáni, jsou přítomny také v kloubní chrupavce a spinální kostní dřeni. Adipokiny mohou podporovat degeneraci žlutého vazu stimulací zánětlivých reakcí a podporou patologických změn. Bylo prokázáno, že leptin významně koreluje s počtem obratlů postižených vazivovou osifikací. Fan et al. objevili, že leptin výrazně zvyšuje expresi mRNA alkalické fosfatázy a osteokalcinu v buňkách žlutého vazu. Vysoké hladiny visfatinu byly také nalezeny ve žlutých vazech pacientů s prokázanou osifikací. Nejsou k dispozici údaje o přítomnosti a roli dalších cytokinů odvozených z tukové tkáně, jako je adipsin, vaspin, resistin, lipokalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1 nebo růstový diferenční faktor-15 (GDF-15) ve žlutém vazu. Je velmi pravděpodobné, že tyto cytokiny jsou také zapojeny do vývoje stenózy páteřního kanálu, což představuje naši výzkumnou hypotézu. Přítomnost a hladiny těchto cytokinů v epidurální tukové tkáni u pacientů se stenózou ve srovnání s těmi bez zúžení páteřního kanálu dosud nebyly studovány. Protože studie potvrzují, že chronický systémový zánět ovlivňuje různé tkáně a lokální zánět významně ovlivňuje sousední struktury, předpokládáme, že vazy, paravertebrální svaly, meziobratlové ploténky atd. mohou být obzvláště zranitelné vůči cytokinům vylučovaným epidurální tukovou tkání. Předchozí in vitro studie potvrdily, že lokální prostředí bohaté na cytokiny, jako je IL-6, IL-1α, donor oxidu dusnatého (SNAP) a prostaglandin E2, mění genovou expresi kolagenů I, V, XI a osteokalcinu v buňkách žlutého vazu. Nicméně dopad zmíněných adipokinů na rozvoj degenerace žlutého vazu dosud nebyl stanoven.

Studie bude zahrnovat vyšetření koncentrací cytokinů (zejména adipokinů) a modulátorů neuroplasticity a jejich exprese mRNA v tkáních rutinně odebíraných od pacientů se spinální stenózou a hernií disku během operace, stejně jako odběr krve od pacientů dvakrát, před zákrokem a během kontrolní návštěvy dva měsíce po zákroku.

Cíle

1. Identifikovat rozdíly v koncentracích vybraných biomarkerů ve vzorcích žlutého vazu, paravertebrálních svalů a epidurálního tuku odebraných z bederní oblasti pacientů se stenózou ve srovnání s těmi bez degenerace páteřního kanálu.
2. Zjistit, zda exprese vybraných biomarkerů v tkáních koreluje s jejich přítomností v krvi pacientů a zda souvisí se stupněm degenerace, invalidity, intenzity bolesti a tělesné hmotnosti.
3. Vybrat potenciální biomarkery pro monitorování účinnosti operace dekomprese páteřního kanálu porovnáním hladin biomarkerů před operací a dva měsíce po zotavení.
4. Identifikovat potenciální proteiny, které modulují metabolismus a zánět ve žlutém vazu.
5. Vyhodnotit vliv vybraných cytokinů a adipokinomu epidurální tukové tkáně na metabolismus a zánět v kulturách buněk žlutého vazu.

Popis studované populace

Studie se zúčastní 100 pacientů z Ortopedicko-rehabilitační klinické nemocnice Lékařské univerzity v Poznani, včetně mužů i žen:

• 50 pacientů s lumbální spinální stenózou, ve věku 40-90 let
• 50 pacientů s hernií meziobratlové ploténky, ve věku 18-40 let, vyžadujících chirurgickou léčbu Účastníci podstoupí operaci za předpokladu, že poskytnou informovaný souhlas s použitím jejich tkání ve vědeckém výzkumu.
• Studijní skupina podstoupí endoskopickou dekompresi páteřního kanálu, která zahrnuje odstranění tkání (kost, vaz, kloub) komprimujících nervové struktury a případně odstranění dislokovaného fragmentu meziobratlové ploténky.
• Kontrolní skupina podstoupí izolovanou operaci hernie meziobratlové ploténky, která zahrnuje odstranění dislokovaného fragmentu disku.

Metody Před operací (do 48h) a dva měsíce po operaci bude každému pacientovi odebráno 20 ml žilní krve.

Během operace budou odebrány následující vzorky:

• Tkáň paravertebrálních svalů
• Žlutý vaz
• Epidurální tuková tkáň

Studie použije následující metody/nástroje:

1. Standardizované dotazníky pro invaliditu a intenzitu bolesti
2. MRI bederní páteře (rutinně prováděno před operací)

3. Molekulární testování

   1. Exprese mRNA cytokinů (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipokalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1) bude měřena pomocí PCR.
   2. Imunoanalýzy pomocí komerčních ELISA souprav budou provedeny na tkáňových homogenátech a séru ke stanovení koncentrací proteinů (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipokalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1)
4. Buněčná kultura a stimulace buněk cytokiny a médiem získaným z tukové tkáně Jedna třetina biologického materiálu bude přidělena pro studie buněčných kultur. Vzorky žlutého vazu, paravertebrálních svalů a epidurální tukové tkáně budou odebrány bezprostředně po operaci a umístěny do sterilních nádob s vhodnými transportními médii.

Všechny vzorky budou okamžitě přepraveny do laboratoře buněčných kultur za sterilních podmínek, v nejkratším možném čase od odběru. Po příchodu do laboratoře podstoupí vhodné, předem stanovené protokoly izolace buněk, přizpůsobené charakteristikám každého typu tkáně.

Po období expozice bude měřena exprese mRNA a hladiny proteinů cytokinů, markerů fibrózy, kostních markerů, proteinů extracelulární matrix, enzymů degradace matrix v podmíněném médiu odebraném z kultur myocytů a fibroblastů žlutého vazu.