Oxidativ stress og kirurgisk restitution

Dette er et randomiseret, dobbeltblindt, placebokontrolleret interventionelt pilotstudie med 20 patienter, der gennemgår førstegangs total hoftearthroplasty (THA) for kronisk slidgigt hos Stanford Medicine. Forskerne vil screene, tilmelde og indsamle biologiske og adfærdsmæssige data fra 20 deltagere som beskrevet i tidligere observations- og interventionelle kliniske undersøgelser udført i tæt samarbejde med afdelingen for ortopædkirurgi. Især er standarddriftsprocedurer for screening, rekruttering, laboratorievurderinger og klinisk dataindsamling på plads, herunder berettigelsesscreening via EPIC (EHR) forud for patienters præoperative besøg, koordineret rekruttering og samtykke under det før-kirurgiske besøg, herunder undersøgelsesrelateret laboratoriearbejde, yderligere præoperative vurderinger efter besøget (f.eks. fjernudfyldelse af spørgeskemaer og direkte import af resultater til REDCap), og realtidssporing af dataindsamling og lagringsprocessen (f.eks. inklusive telefon-/e-mail-påmindelser, hvis data mangler).

Gentagne vurderinger af smerte, fysisk funktion og smertestillende medicin vil blive foretaget før operation, dagligt på postoperative dag 1-3, og derefter to gange om ugen i post-op uge 1 - 6. Delirium vil blive målt dag 1-3, mens in- Hospital. Yderligere data vil omfatte demografi (alder, BMI, køn, race og etnicitet), kirurgiske/anæstesidata (f.eks. varighed), og medicinsk/medicineringshistorie.

Perifere blodprøver vil blive indsamlet før operationen og 1 time og 24 timer efter operationen baseret på vores tidligere undersøgelse, der viser, at monocytaktivering (inklusive STAT3, CREB og NFkB signalresponser i CD14+CD16- monocytter) tidligt efter operationen er stærkt korreleret med forsinket smerteopløsning og funktionel værdiforringelse. Udåndede åndeprøver vil blive indsamlet intraoperativt før incision og ved sårlukning samt 1 og 24 timer efter operationen.

N-acetylcysteininfusion: En startdosis på 50 mg/kg vil blive startet som en 1-times infusion før kirurgisk incision, og vil blive efterfulgt af en vedligeholdelsesdosis på 50 mg/kg administreret over 4 timer. Dette er et standarddoseringsparadigme, der er sikkert, når det bruges intraoperativt og sjældent forårsager signifikante bivirkninger (hovedsageligt allergiske reaktioner).

Kirurgi og anæstesi: Deltagerne vil gennemgå en unilateral hofteprotese udført af tre kirurger, der anvender samme fremgangsmåde. Den anæstetiske og perioperative behandling af patienter er standardiseret og følger ERAS-baserede anbefalinger.

Foranstaltninger: Velvaliderede instrumenter vil blive brugt til at vurdere smerte, smerteinterferens og funktion af det berørte og opererede led, herunder Western Ontario og McMaster Universities Osteoarthritis Index (WOMAC), tilpasset til patienter, der gennemgår operation i underekstremitetsled, Brief Pain Inventory (BPI) ) og Surgical Recovery Scale (SRS). Opioidforbrug vil blive kvantificeret som intravenøse hydromorfonækvivalenter (milligram/dag) ved hjælp af bredt accepterede opioidkonverteringstabeller.

Prøveanalyse: Blod og plasma vil blive opsamlet og behandlet til analyse med massecytometri som tidligere beskrevet. Et 39-parameter humant CyTOF-antistofpanel vil blive anvendt, som vil muliggøre samtidig analyse af 1) alle vigtige immuncellefænotyper 2) endogene intracellulære signalresponser (inklusive pSTAT3-, pCREB- og pNF-kB-signalet) og 3) intracellulære markører for reaktive aldehyder (dvs. 4-HNE og MDA signal).

Udåndingsprøver vil blive analyseret for aldehyder inklusive formaldehyd, crotenaldehyd og benzaldehyd ved hjælp af massespektroskopi i Dr. Gross' laboratorium.

Plasmaprøver vil blive analyseret for fri MDA og 4-HNE i baseline, 1 og 24-timers plasmaprøver i Dr. Clarks laboratorium.

Analyse og modellering af udfaldsdata: Selvrapporterede udfald vil blive analyseret ved hjælp af de validerede modeller tilknyttet hvert udfald for at udtrække et kvantificeret og normaliseret antal forbundet med recovery. 60Htz aktigrafidata vil først blive udvundet for mønstre forbundet med daglige aktiviteter (f.eks. skridttælling) og intensitetsniveauer. Dernæst vil en baseline blive etableret ved hjælp af de data, der er indsamlet under og før operationen, for hver variabel. Alle variabler vil blive normaliseret til denne baseline for at tage højde for patientspecifikke effekter. Endelig vil en multivariat lineær model (med dage gået siden operationen som responsvariabel) blive brugt til at modellere hele aktigrafidatasættet. Arealet under den respektive restitutionskurve for hver patient i henhold til denne model vil blive brugt som et objektivt restitutionsresultat. I vores foreløbige undersøgelser (data ikke vist) har dette resultat vist sig at være korreleret med flere aspekter af immunsystemet.

Analyse og modellering af CyTOF-data: Det store antal datapunkter (millioner af celler pr. patient) og målte variabler (tivis af signalveje i hundredvis af celletyper) udgør unikke beregningsmæssige udfordringer, som ikke kan løses ved hjælp af traditionelle bioinformatiske værktøjer. Forskerne vil udvikle en Bayesiansk ramme, der vil kombinere a priori viden om immunsystemet med state-of-the-art massecytometri profilering for at opbygge en forudsigelig model af medfødte og adaptive immuncellesignaleringsresponser for hvert af genopretningsresultaterne.