Transkriptomisk profil af patienter behandlet med forskellige former for rygmarvsstimulering (SCS-OMICS)

Mislykket rygkirurgi syndrom (FBSS) er en reel udfordring for specialisten på grund af dets kliniske kompleksitet og økonomiske betydning, ikke kun i omkostningerne ved behandlingen, men på grund af den høje forekomst af syndromet hos patienter i den erhvervsaktive alder og med normal forventet levetid. Dette syndrom er en komplikation af lumbosakral kirurgi med en forekomst på mellem 5-40%.

Rygmarvsstimulering (SCS) er blevet brugt til behandling af patienter med FBSS i årevis sikkert og effektivt. Selvom det oprindeligt blev antaget, at den vigtigste virkningsmekanisme blev forklaret af "Gate Control Theory" beskrevet af Wall og Melzack i 1965, skal det bemærkes, at andre mekanismer ud over dette kunne bidrage til smertelindring som følge af SCS. Disse omfatter hæmning af neuronal excitabilitet og overfølsomhed på medullært niveau såvel som ændringer i frigivelsen af ​​neurotransmittere som GABA, acetylcholin, adenosin, serotonin og noradrenalin, involveret i transmission og modulering af smerte. Imidlertid forbliver de molekylære mekanismer, der ligger til grund for den terapeutiske virkning af SCS, ukendte.

Genetiske undersøgelser bruges til at give ny indsigt i de molekylære mekanismer, der ligger til grund for opståen og vedligeholdelse af smerte. Disse kan være drevet af hypotesen, og dermed evaluere ekspressionen af ​​standardmolekyler, eller uafhængigt af hypotesen, udforske genekspression på genniveau i hele genomet. Microarray-chips måler ekspressionen af ​​hundredvis af gener i en given prøve. Brugt til at studere en lang række biologiske systemer, er de blevet brugt til at evaluere omfattende ændringer på transkriptionsniveau i forskellige dele af det centrale eller perifere nervesystem, hvilket fører til opdagelsen af ​​nye smerterelaterede gener såsom Kv9.1-underenheden af kaliumkanalen eller KCNS1.

For nylig tyder nogle dyremodelundersøgelser på, at SCS producerer omfattende ændringer i genekspression. Tilley og samarbejdspartnere fandt ud af, at SCS producerede modulering i ekspressionen af ​​blandt andet 5HTra, cFOS og GABAbr1 med en stærk korrelation mellem mængden af ​​påført strøm og ekspressionen af ​​GABAbr1, Na/K ATPase (negativ korrelation), 5HT3r og VIP (positiv korrelation) på medulært niveau og også på niveauet af den dorsale rodganglion. Disse forfattere fokuserede på at analysere grupper af gener, der blev vist ændret i dyremodeller af perifer nerveskade. Stephens og samarbejdspartnere udførte en RNA-seq af rygmarven hos rotter med neuropatisk smerte sekundært til ischiasnerven, hvortil en rygmarvsstimulator blev implanteret, og fandt ud af, at genekspressionen ændrede sig efter påføringen af ​​SCS. De identificerede, at ekspressionen af ​​nogle nøglegener i ekspressionen af ​​proteintæt post-synaptisk understøttende proteinnetværk i glutamaerge synapser er nedreguleret efter SCS; dette kunne destabilisere dette tætte netværk og dermed mindske effektiviteten af ​​synaptisk signalering. De fandt også, at SCS kunne aktivere nærliggende rygmarvskanaler, der påvirker neuroner og glansceller i de distale spinalsegmenter. Vallejo og Tilleys gruppe udførte også omfattende transkriptomanalyse i dyremodeller af neuropatisk smerte og fandt, at SCS producerer signifikant modulering i genekspression på rygmarvs- og dorsale rodganglieniveau, med grupper af gener og metaboliske veje, der ligner hinanden i begge væv, og som er direkte eller indirekte relateret til neural regenerering, regulering af inflammatoriske og immunresponser og regulering af iontransport. Vores gruppe analyserede genekspressionen af ​​forskellige markører (fra cannabinoidreceptorer, opioidreceptorer og opioidpeptider) ved hjælp af real-time polymerasekædereaktion fra lymfocyt-RNA opnået fra perifere blodprøver fra patienter med FBSS behandlet med SCS, og observerede en signifikant stigning i proenkephalin ( PNK) efter SCS med hensyn til baseline-niveauer og opretholdt over tid.

Ved at bruge fordelene ved storstilet undersøgelse af genomet ved hjælp af mikroarrays har vi gennemført et forskningsprojekt i de senere år med hovedformålet at identificere nye molekylære baser, defineret med transkriptomiske profiler, differentielt udtrykt i plasma fra patienter, der er ramt af FBSS og behandlet med tonic eller konventionel SCS. Denne undersøgelse er blevet finansieret af Instituto de Salud Carlos III gennem Project PI16/01364 (Medfinansieret af European Regional Development Fund/European Social Fund "A way to make Europe"/"Investing in your future"). Projektet blev godkendt af den etiske komité for klinisk forskning på universitetshospitalet i Valencia. Undersøgelsen var i overensstemmelse med lokale regler, retningslinjer for god klinisk praksis og principperne i Helsinki-deklarationen samt gældende lovgivning og regler for beskyttelse af personoplysninger og rettigheder og ansvar vedrørende information og dokumentation i sundhedsvæsenet. Vores gruppe udførte en transkriptomisk analyse af blodet fra patienter ramt af FBSS og behandlet med SCS (responderpatienter); vi opnåede prøver før og på forskellige tidspunkter efter implantation af systemet for at finde differentiel genekspression som reaktion på behandling, og det kunne tjene som potentielle biomarkører for effektiviteten af ​​terapi. Vi udførte også transkriptomisk analyse af patienter, hvor SCS ikke var effektiv (ikke-respondere), og sammenlignede resultaterne med de responderende patienter med den hensigt at finde differentielt udtryk for potentielle biomarkører for respons på SCS-terapi. Til sidst sammenlignede vi udtrykket af patienter diagnosticeret med FBSS med en gruppe af rygsøjlen-intervenerede patienter, som ikke udviklede smerter og fungerede som kontrolgruppe; vi forsøger at finde forskelle i genekspressionen mellem de to populationer med det formål at finde mulige biomarkører for sygdomsudvikling. Vi inkluderede 30 patienter med SCS-behandlet FBSS (hvoraf 7 var non-responders og 23 respondere) og 15 kontrolpatienter. Vi har afsluttet rekrutteringen og analysen af ​​prøveperioderne, og vi er i øjeblikket i fortolkningsfasen af ​​de endelige resultater og udviklingen af ​​de tilsvarende publikationer. Selvom resultaterne ikke er endelige, viser foreløbig analyse, at der er mere end 190 differentielt udtrykte gener (p < 0,05) ved baseline, når man sammenligner kontrolpatienter og patienter med FBSS behandlet med SCS. Vi fandt også mere end 750 gener differentielt udtrykt i patienter implanteret før og efter starten af ​​SCS-terapi.

HYPOTESE

De biokemiske og molekylære processer forbundet med FBSS er ukendte, ligesom de ændringer, der opstår hos patienter, der gennemgår SCS. Den transkriptomiske analyse synes lovende værktøjer til at give indsigt i de mekanismer, der ligger til grund for kronisk smerte. Kvantificering af RNA med RT-PCR vil gøre det muligt at identificere implicerede differentielle gener og drage solide konklusioner.

Vores hypotese er baseret på den kendsgerning, at forskellig genetisk ekspression skal forekomme i kliniske situationer relateret til smerte, og at disse ændringer bør modificeres differentielt hos patienter, der med succes behandles med rygmarvsstimulering.

Identifikationen af ​​disse mulige biomarkører for tilstand eller udvikling af patologien og dens behandling vil bidrage væsentligt til at etablere mere nøjagtige terapeutiske strategier og kan tjene som forudsigelige biomarkører for respons på behandling, der vejleder valget af terapeutiske mål for udviklingen af ​​fremtidige behandlingsstrategier.

UNDERSØGELSENS MÅL

Baseret på disse hypoteser og med de håbefulde resultater, som vores gruppe tidligere har opnået, sigter efterforskerne på at sammenligne, om DTM-programmeringen af ​​SCS-systemet frembringer en anden effekt på udtryksniveau end konventionel programmering med den hensigt at søge biomarkører for respons og evolution på dette. programmeringsmodalitet.

Efterforskerne sigter også efter at undersøge, om disse forskelle kan være i relation til signifikant forskellige kliniske resultater og korrelere med intensiteten af ​​effekten af ​​de forskellige modaliteter.