Cytokiner, Neuroplasticitetsmodulatorer og Biomarkører i Spinalkanalstenose og Endoskopisk Dekompression

Spinal stenose er en almindelig muskuloskelet lidelse, der forårsager smerter eller funktionsnedsættelse hos patienter. Imidlertid er patogenesen af denne sygdom kompleks og er endnu ikke fuldt ud afklaret. Lumbal spinal stenose skyldes degenerative forandringer i strukturer placeret bag rygraden, såsom hypertrofi af ligamentum flavum (LF), samt ligamentforkalkning, degeneration og hypertrofi af facetleddene og/eller diskusprolapser placeret foran rygraden. Patologien bag LF-hypertrofi inkluderer fibrokartilaginøse forandringer associeret med type II-kollagen proliferation, forkalkning, calciumkrystalaflejring, degeneration af kollagen- og elastiske fibre samt chondroid metaplasi af ligamentfibroblaster. Talrige videnskabelige studier har forsøgt at udforske ætiologien bag hypertrofi og forkalkning af rygradsligamenter, under overvejelse af systemiske, lokale, genetiske og miljømæssige faktorer. Imidlertid er mekanismen bag degenerationsudviklingen stadig ikke fuldt forstået. Udover mekanisk stress og forøget kollagensyntese (fibrose) i ligamentet, som gør alder til en større risikofaktor, betragtes tilstedeværelsen af inflammation og makrofaginfiltration som en væsentlig bidragsyder til degenerationsudviklingen.

Derfor er det rimeligt at antage, at tilstedeværelsen af inflammation forbundet med andre helbredstilstande - især kroniske - i et ukendt omfang kan påvirke forløbet af rygradsstrukturdegeneration. I øjeblikket får fedme og sarkopeni særlig opmærksomhed som lidelser, der påvirker alle systemer i den menneskelige krop. Da deres prævalens stiger, har en grundig forståelse af deres konsekvenser for enkelte organer betydelig social og praktisk betydning for forebyggelse og helbredsbeskyttelse.

Et stigende antal rapporter indikerer, at forstyrrelser i lipidmetabolisme og sekretion af pro-inflammatoriske adipokiner og cytokiner er dybt involveret i regulering af cellulære fenotyper og skæbner, ekstracellulær matrix metabolisme og inflammation i de patofysiologiske processer ved degenerative rygrads- og ledlidelser. Metaboliske lidelser kan påvirke knoglemetabolisme og føre til ektopisk forkalkning og fedtaflejring ikke kun i rygradsligamenter men også i andre rygradsstrukturer. Også værd at bemærke er indflydelsen af adipokinomet på udviklingen af muskuloskeletale degenerative lidelser. Selv anatomisk tilstedeværende epiduralt fedt i rygradskanalen kan blive betændt og spontant udskille inflammatoriske cytokiner, som potentielt kan modificere funktionen af tilstødende væv, såsom paravertebrale muskler og ligamenter. Det er værd at nævne, at spinal epidural lipomatose, karakteriseret ved et overskud af fedtvæv i det epidurale rum der fører til spinal stenose, er stærkt associeret med fedme.

Indtil nu er det blevet bekræftet, at adipokiner og deres receptorer, selvom de primært findes i hvidt fedtvæv, også er til stede i ledbrusk og rygradsmarv. Adipokiner kan fremme ligamentum flavum degeneration ved at stimulere inflammatoriske responser og fremme patologiske forandringer. Leptin har vist sig at korrelere signifikant med antallet af hvirvler påvirket af ligamentøs forkalkning. Fan et al. opdagede, at leptin markant upregulerer alkalisk fosfatase og osteokalcin mRNA-ekspression i ligamentum flavum celler. Høje niveauer af visfatin er også fundet i ligamenta flava hos patienter med bekræftet forkalkning. Der er ingen tilgængelige data om tilstedeværelsen og rollen af andre fedtvævsafledte cytokiner som adipsin, vaspin, resistin, lipocalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1 eller vækstdifferentieringsfaktor-15 (GDF-15) i ligamentum flavum. Det er højst sandsynligt, at disse cytokiner også er involveret i udviklingen af spinal stenose, hvilket udgør vores forskningshypotese. Tilstedeværelsen og niveauerne af disse cytokiner i epiduralt fedtvæv hos patienter med stenose, sammenlignet med dem uden rygradskanalindsnævring, er ikke blevet undersøgt til dags dato. Da studier bekræfter, at kronisk systemisk inflammation påvirker forskellige væv og lokal inflammation signifikant påvirker nærliggende strukturer, formoder vi, at ligamenter, paravertebrale muskler, mellemhvirvelskiver etc. kan være særligt sårbare overfor cytokiner udskilt af epiduralt fedtvæv. Tidligere in vitro-studier bekræftede, at et lokalt miljø rigt på cytokiner som IL-6, IL-1α, nitritoxid donor (SNAP) og prostaglandin E2 ændrer genekspressionen af kollagener I, V, XI og osteokalcin i ligamentum flavum celler. Imidlertid er indvirkningen af de nævnte adipokiner på udviklingen af ligamentum flavum degeneration endnu ikke fastlagt.

Studiet vil indebære undersøgelse af koncentrationerne af cytokiner (især adipokiner) og neuroplasticitetsmodulatorer samt deres mRNA-ekspression i væv rutinemæssigt fjernet fra patienter med spinal stenose og diskusprolaps under operation, samt indsamling af blod fra patienter to gange, før indgrebet og under en opfølgende konsultation to måneder efter indgrebet.

Mål

1. At identificere forskelle i udvalgte biomarkørkoncentrationer i prøver af ligamentum flavum, paravertebrale muskler og epiduralt fedt indsamlet fra lumbalregionen hos patienter med stenose sammenlignet med dem uden rygradskanaldegeneration.
2. At fastslå om ekspressionen af udvalgte biomarkører i væv korrelerer med deres tilstedeværelse i patienternes blod og om de relaterer sig til graden af degeneration, funktionsnedsættelse, smerteintensitet og kropsmasse.
3. At udvælge potentielle biomarkører til overvågning af effektiviteten af rygradskanaldekompressionskirurgi ved at sammenligne biomarkørniveauer før operation og to måneder ind i genopretningen.
4. At identificere potentielle proteiner der modulerer metabolisme og inflammation i ligamentum flavum.
5. At evaluere indvirkningen af udvalgte cytokiner og epiduralt fedtvævs adipokinom på metabolisme og inflammation i ligamentum flavum cellekulturer.

Beskrivelse af studiebefolkning

Studiet vil omfatte 100 patienter fra Ortopædisk-Rehabiliterende Klinik Hospital ved Poznań Universitet for Medicinske Videnskaber, inklusive både mænd og kvinder:

• 50 patienter med lumbal spinal stenose, i alderen 40-90 år
• 50 patienter med mellemhvirvelskiveprolapser, i alderen 18-40 år, som kræver kirurgisk behandling Deltagere vil gennemgå operation forudsat at de giver informeret samtykke til at bruge deres væv i videnskabelig forskning.
• Studiegruppen vil gennemgå endoskopisk rygradskanaldekompression, der involverer fjernelse af væv (knogle, ligament, led) der komprimerer neurale strukturer, og eventuel fjernelse af en fortrængt mellemhvirvelskivefragment.
• Kontrolgruppen vil gennemgå isoleret mellemhvirvelskiveprolapskirurgi, der involverer fjernelse af den fortrængte skivefragment.

Metoder Før operation (inden for 48 timer) og to måneder efter operation vil 20 ml veneblod blive taget fra hver patient.

Under operationen vil følgende prøver blive indsamlet:

• Paravertebral muskelvæv
• Ligamentum flavum
• Epiduralt fedtvæv

Studiet vil anvende følgende metoder/værktøjer:

1. Standardiserede spørgeskemaer for funktionsnedsættelse og smerteintensitet
2. MRI af lumbalryggen (rutinemæssigt udført før operation)

3. Molekylære test

   1. mRNA-ekspression af cytokiner (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipocalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1) vil blive målt ved hjælp af PCR.
   2. Immunoassays ved hjælp af kommercielle ELISA-sæt vil blive udført på vævshomogenater og serum for at bestemme proteinkoncentrationer (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipocalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1)
4. Celledyrkning og stimulation af celler med cytokiner og medium opnået fra fedtvæv En tredjedel af det biologiske materiale vil blive allokeret til celledyrkningsstudier. Prøver af ligamentum flavum, paravertebrale muskler og epiduralt fedtvæv vil blive indsamlet direkte efter operation og placeret i sterile beholdere med passende transportmedier.

Alle prøver vil blive straks transporteret til celledyrkningslaboratoriet under sterile forhold, på kortest mulige tid fra indsamling. Ved ankomst til laboratoriet vil de gennemgå passende, forud etablerede celleisoleringsprotokoller, skræddersyet til karakteristikaerne for hver vævstype.

Efter eksponeringsperioden vil ekspressionen af mRNA og proteinniveauer af cytokiner, fibrosemarkører, knoglemarkører, ekstracellulære matrixproteiner, matrixnedbrydningsenzymer blive målt i det konditionerede medium indsamlet fra dyrkningerne af myocytter og ligamentum flavum fibroblaster.