Oxidativer Stress und chirurgische Erholung

Dies ist eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte interventionelle Pilotstudie an 20 Patienten, die sich bei Stanford Medicine zum ersten Mal einer totalen Hüftendoprothetik (HTEP) wegen chronischer Osteoarthritis unterziehen. Die Forscher werden biologische und Verhaltensdaten von 20 Teilnehmern untersuchen, einschreiben und sammeln, wie in früheren beobachtenden und interventionellen klinischen Studien beschrieben, die in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung für orthopädische Chirurgie durchgeführt wurden. Insbesondere sind standardmäßige Betriebsverfahren für Screening, Rekrutierung, Laborbewertungen und klinische Datenerfassung vorhanden, einschließlich Eignungsscreening über EPIC (EHR) vor dem präoperativen Besuch der Patienten, koordinierte Rekrutierung und Einwilligung während des präoperativen Besuchs, einschließlich studienbezogener Laborarbeit, weitere präoperative Abklärungen nach der Visite (z.B. Remote-Ausfüllen von Fragebögen und direkter Import der Ergebnisse in REDCap) und Echtzeit-Verfolgung des Datenerfassungs- und -speicherprozesses (z. einschließlich Telefon-/E-Mail-Erinnerungen bei fehlenden Daten).

Wiederholte Beurteilungen von Schmerz, körperlicher Funktion und analgetischer Medikation werden vor der Operation durchgeführt, täglich an den postoperativen Tagen 1-3 und dann zweimal pro Woche in den postoperativen Wochen 1-6. Das Delirium wird an den Tagen 1-3 während der Behandlung gemessen. Krankenhaus. Zusätzliche Daten umfassen demografische Daten (Alter, BMI, Geschlecht, Rasse und ethnische Zugehörigkeit), Operations-/Anästhesiedaten (z. Dauer) und Kranken-/Medikamentengeschichte.

Periphere Blutproben werden vor der Operation und 1 Stunde und 24 Stunden nach der Operation entnommen, basierend auf unserer früheren Studie, die zeigt, dass die Monozytenaktivierung (einschließlich STAT3-, CREB- und NFkB-Signalantworten in CD14 + CD16-Monozyten) früh nach der Operation stark mit verzögerter Schmerzauflösung und -funktion korreliert Beeinträchtigung. Ausgeatmete Atemproben werden intraoperativ vor der Inzision und beim Wundverschluss sowie 1 und 24 Stunden nach der Operation gesammelt.

N-Acetylcystein-Infusion: Eine Aufsättigungsdosis von 50 mg/kg wird als 1-stündige Infusion vor der chirurgischen Inzision begonnen, gefolgt von einer Erhaltungsdosis von 50 mg/kg, die über 4 Stunden verabreicht wird. Dies ist ein Standard-Dosierungsparadigma, das bei intraoperativer Anwendung sicher ist und selten signifikante Nebenwirkungen (hauptsächlich allergische Reaktionen) verursacht.

Operation und Anästhesie: Die Teilnehmer werden einer einseitigen Hüftarthroplastik unterzogen, die von drei Chirurgen mit demselben Ansatz durchgeführt wird. Das anästhetische und perioperative Management der Patienten ist standardisiert und folgt ERAS-basierten Empfehlungen.

Maßnahmen: Gut validierte Instrumente werden verwendet, um Schmerzen, Schmerzinterferenz und Funktion des betroffenen und operierten Gelenks zu beurteilen, einschließlich des Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index (WOMAC), der für Patienten angepasst ist, die sich einer Gelenkoperation der unteren Extremitäten unterziehen, dem Brief Pain Inventory (BPI ) und der Surgical Recovery Scale (SRS). Der Opioidverbrauch wird als intravenöse Hydromorphonäquivalente (Milligramm/Tag) unter Verwendung allgemein anerkannter Opioid-Umrechnungstabellen quantifiziert.

Probenanalyse: Blut und Plasma werden gesammelt und für die Analyse mit Massenzytometrie wie zuvor beschrieben verarbeitet. Es wird ein humanes CyTOF-Antikörper-Panel mit 39 Parametern angewendet, das die gleichzeitige Analyse von 1) allen wichtigen Immunzell-Phänotypen, 2) endogenen intrazellulären Signalantworten (einschließlich des pSTAT3-, pCREB- und pNF-kB-Signals) und 3) intrazellulären Reaktivmarkern ermöglicht Aldehyde (d.h. 4-HNE- und MDA-Signal).

Atemproben werden mittels Massenspektroskopie im Labor von Dr. Gross auf Aldehyde einschließlich Formaldehyd, Crotenaldehyd und Benzaldehyd analysiert.

Plasmaproben werden auf freies MDA und 4-HNE in Baseline-, 1- und 24-Stunden-Plasmaproben im Labor von Dr. Clark analysiert.

Analyse und Modellierung von Ergebnisdaten: Selbstberichtete Ergebnisse werden unter Verwendung der validierten Modelle analysiert, die jedem Ergebnis zugeordnet sind, um eine quantifizierte und normalisierte Zahl im Zusammenhang mit der Genesung zu extrahieren. Die 60-Hz-Aktigraphiedaten werden zunächst nach Mustern im Zusammenhang mit täglichen Aktivitäten (z. Schrittzahl) und Intensitätsstufen. Als nächstes wird unter Verwendung der Daten, die während und vor der Operation gesammelt wurden, für jede Variable eine Basislinie erstellt. Alle Variablen werden auf diese Grundlinie normalisiert, um patientenspezifische Effekte zu berücksichtigen. Schließlich wird ein multivariates lineares Modell (mit Tagen seit der Operation als Antwortvariable) verwendet, um den gesamten Aktigraphie-Datensatz zu modellieren. Die Fläche unter der jeweiligen Erholungskurve jedes Patienten gemäß diesem Modell wird als objektives Erholungsergebnis verwendet. In unseren vorläufigen Studien (Daten nicht gezeigt) wurde festgestellt, dass dieses Ergebnis mit mehreren Aspekten des Immunsystems korreliert.

Analyse und Modellierung von CyTOF-Daten: Die große Anzahl von Datenpunkten (Millionen von Zellen pro Patient) und gemessenen Variablen (Dutzende von Signalwegen in Hunderten von Zelltypen) stellen einzigartige rechnerische Herausforderungen dar, die mit herkömmlichen Bioinformatik-Tools nicht bewältigt werden können. Die Forscher werden ein Bayes'sches Framework entwickeln, das A-priori-Wissen über das Immunsystem mit hochmoderner Massenzytometrie-Profilierung kombiniert, um ein Vorhersagemodell der Signalantworten der angeborenen und adaptiven Immunzellen für jedes der Erholungsergebnisse zu erstellen.