Volumetrie und Proteomik beim geshunteten Normaldruckhydrozephalus (LiNPH)

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DES PROJEKTS

Der idiopathische Normaldruckhydrozephalus (=iNPH) ist ein Zustand mit gestörter zerebraler Dynamik, der bei Patienten mit zerebraler Ventrikelerweiterung Symptome in Form von Gleichgewichts- und Gangstörungen, Inkontinenz und kognitiver Beeinträchtigung verursacht. Die Erkrankung ist viel häufiger als allgemein bekannt, mit einer Prävalenz, die mit dem Alter stark ansteigt, von 2,1 % im Alter von 70 auf 8,9 % im Alter von über 80 Jahren. Adams und Hakim beschrieben die Krankheit bereits 1965 basierend auf der Symptomatik und der Reversibilität der Symptome nach Liquorpunktion. Es dauerte jedoch bis 2005, bis eine Zusammenstellung evidenzbasierter Richtlinien für die Diagnose und Behandlung der Krankheit herauskam, die iNPH International Guidelines. Es wurde festgestellt, dass es derzeit neben dem CSF-Tap-Test keinen zuverlässigen prädiktiven Test für die Wahrscheinlichkeit gibt, dass ein Patient auf Shunts anspricht . Zur Beurteilung des Schweregrades der Erkrankung gibt es verschiedene Skalen, darunter die iNPH-Skala mit den Subskalen Gang, Gleichgewicht, Neuropsychologie und Kontinenz.

An der Abteilung für Neurochirurgie (NK) und Neurologie (NL) des Universitätsklinikums Linköping gibt es seit 2004 ein gut funktionierendes multiprofessionelles Team. Das Team untersucht und behandelt iNPH mit Überweisungen aus der südöstlichen Gesundheitsregion Schwedens. Jährlich gehen etwa 250 Überweisungen ein, 70-80 Patienten werden evaluiert und mindestens 40 Patienten werden mit ventrikuloperitonealem Shunt operiert. Die Bewertung besteht in der ersten Stufe aus radiologischen Untersuchungen, einer klinischen Beurteilung durch einen Neurologen, gefolgt von einer motorischen Beurteilung durch einen Physiotherapeuten und einer kognitiven Beurteilung durch einen Ergotherapeuten. In der Regel werden Liquor-Klopftests durchgeführt, bei denen bis zu 50 ml Liquor cerebrospinalis durch Lumbalpunktion abgelassen werden, was bei iNPH meist die Beschwerden lindert. Zur Beurteilung gehört auch die Videoaufzeichnung des Bewegungsmusters einer qualitativen Beurteilung. Die Ergebnisse, zusammen mit der Radiologie, werden zusammen gewogen und dann das Team, wenn dem Patienten eine Behandlung angeboten werden soll. Die Patienten werden mit ventrikuloperitonealem Shunt bei NK operiert und bei NL mit den gleichen motorischen und kognitiven Tests drei Monate nach der Operation nachuntersucht, wonach die Ergebnisse ausgewertet werden. In größeren Studien verbessert sich postoperativ etwa 70 % der iNPH-Patienten, die einen Shunt erhalten.

Die Shunt-Therapie ist die einzige Behandlung von iNPH und seit den 1950er Jahren verfügbar. Ziel der Behandlung ist es, die Menge an Liquor cerebrospinalis im Ventrikelsystem zu reduzieren und dadurch das Volumen im Ventrikelsystem zu normalisieren. Seit Anfang der 1990er Jahre werden zunehmend verstellbare Shuntventile eingesetzt. Dies bedeutet, dass die Klappe bei Bedarf nach der Implantation mit einem externen Magneten eingestellt werden kann, der an der Stelle der Klappe angebracht wird. Der Nachteil der meisten einstellbaren Ventile besteht darin, dass die Ventileinstellung versehentlich verstellt werden kann, wenn sie starken Magnetfeldern ausgesetzt sind, beispielsweise wenn der Patient einer Magnetkamerauntersuchung unterzogen wird. Verstellbare Ventile bringen jedoch viele Vorteile, da der Widerstand auch nach der Operation an die Bedürfnisse des Patienten angepasst werden kann. So lässt sich beispielsweise eine der häufigsten Komplikationen nach Shunts (Subduralhämatom) oft durch eine Erhöhung des Klappenwiderstands behandeln. Im Jahr 2015 stellte das Unternehmen Codman Johnson & Johnson ein neuartiges Shunt-Ventil vor, Certas Plus, ein einstellbares Shunt mit acht verschiedenen Einstellungen. Die Klappe ist in der klinischen Praxis bestimmt. Besonderheiten sind die höchste Einstellung (8) mit 40 cm H20, das ist ein sehr hoher Widerstand, der theoretisch einem abgeschalteten Shunt entsprechen sollte und von der Firma „virtual off“ genannt wird. Es ist außerdem MR-beständig und ändert daher seine Einstellung nicht, wenn es einem MRT-Magnetfeld ausgesetzt wird. Diese Eigenschaften wurden bisher in vitro getestet, es wurden jedoch noch keine klinischen Studien durchgeführt. Die Vorteile dieser Funktionen sind potenziell weniger chirurgische Eingriffe und stationäre Behandlungen und ermöglichen es Patienten in der Gesundheitsregion Südost, geplante und akute MRT-Untersuchungen in ihrem Heimatkrankenhaus durchzuführen, ohne zur Klappenkorrektur in die neurochirurgische Abteilung in Linköping gehen zu müssen.

Die Ventrikeldilatation ist eine radiologische Diagnose. Seit den 1940er Jahren wird der größte Durchmesser zwischen den seitlichen Begrenzungen der Seitenventrikel und der größte biparietale Durchmesser an der Innenseite des Schädels gemessen, um den sogenannten Evans-Index zu erhalten, indem beide geteilt und das Verhältnis gebildet wird. Es ist einfach zu messen, aber ein Verfahren mit vielen Fehlerquellen und einer geringen Empfindlichkeit gegenüber Volumenänderungen im Ventrikelsystem. Sowohl in der klinischen Praxis als auch in der Forschung besteht ein Bedarf an einer zuverlässigeren Methode. Die Volumetrie, also die Messung des Volumens der Herzkammern, hat sich zu einer zunehmend angewandten Methode entwickelt, die jedoch aufgrund der zeitaufwändigen manuellen Berechnung noch keinen Eingang in die klinische Praxis gefunden hat. Mit MRT-Bildern, die in einer speziellen Software (ITK-SNAP) konvertiert werden, kann das Volumen berechnet und ein dreidimensionales Bild des Ventrikelsystems gezeichnet werden. Einige Studien in der Literatur haben die Beziehung zwischen dem Widerstand der Nebenschlussventile und der Verringerung des Ventrikelvolumens untersucht. Es gibt keine prospektiven verblindeten Studien, die die Veränderung des ventrikulären Volumens im Zusammenhang mit der Shunt-Therapie oder dem Shunt-Widerstand untersuchen, und es gibt auch keine Studien darüber, ob ein Zusammenhang zwischen der ventrikulären Volumenreduktion und dem postoperativen klinischen Ergebnis besteht. Eine Studiengruppe in Uppsala hat kürzlich eine Studie über iNPH-Patienten mit Shunt veröffentlicht, in der eine in Linköping entwickelte neuartige MRT-Technologie (SyntheticMR) deutlich zeigen kann, wie das Ventrikelvolumen nach der Behandlung abnimmt, ohne den Evans-Index zu verändern. In derselben Studie konnte auch gezeigt werden, wie sich ein weiterer Parameter in den Herzkammern, der sogenannte Kallosalwinkel, nach dem Shunt deutlich verändert. Dies ist Teil einer radiologischen Bewertungsskala, Radscale, die auf diese Patientengruppe angewendet werden kann. Die gleiche Forschungsgruppe konnte zuvor auch mit SyntheticMR zeigen, wie das Ventrikelvolumen nach Tap-Tests bei iNPH-Patienten abnimmt, um innerhalb von 24 Stunden wieder auf das Original zu kommen. Das CMIV (=Center for Medical Imaging and Visualization) in US Linköping verfügt über mehrere 3-Tesla-MR-Kameras des Universitätsklinikums und verfügt über gute technologische und wissenschaftliche Kenntnisse über SyntheticMR, da die Methode dort entwickelt wird. Anhand eines kurzen MRT-Protokolls (6 Minuten) erstellt es quantitative Daten über den Zustand des Hirngewebes, wodurch die graue und weiße Hirnsubstanz, das Stützprotein Myelin der Gehirnzellen sowie der Liquor cerebrospinalis leicht ermittelt und berechnet werden können das Volumen jeder Komponente. Sequenzen mit Standardprotokollen für Hydrozephalus, einschließlich DTI (=Diffusion Tensor Imaging)-Sequenzen, erfordern zusätzliche 15-20 Minuten in der MRT-Kamera. SyntheticMR kann auch als bisher einziges Verfahren einfach das Liquorvolumen berechnen, das sich außerhalb der Ventrikel in den basalen Zisternen und Hirnfurchen befindet. Bisher hat jedoch niemand die Volumina von extrazerebralem Liquor im gesunden Gehirn oder in iNPH untersucht. Außerdem hat niemand untersucht, wie sich dieses Volumen des extrazerebralen CSF als Reaktion auf das Shunting verändert.

Das Proteom ist der Sammelbegriff für die Proteine, die ein Organismus oder ein Organ synthetisiert. Das Proteom ist nicht konstant, sondern variiert zwischen verschiedenen Organen im selben Organismus und im selben Organ im Laufe der Zeit und verändert sich im erkrankten Organismus oder Organ. Proteomik ist die Wissenschaft dieser Proteine ​​und kann verwendet werden, um zu untersuchen, wann und wo bestimmte Proteine ​​zu finden sind, welche Konzentrationen sie haben, wie sie abgebaut, modifiziert und in verschiedenen physiologischen und Krankheitsprozessen interagieren. Einige neurologische Erkrankungen wurden von den Mitgliedern unserer for-Forschungsgruppe in ihren proteomischen Veränderungen charakterisiert, wie z. B. essentieller Tremor und chronischer neuropathischer Schmerz. Die Proteomik des Liquor cerebrospinalis bei Patienten mit iNPH ist mit nur drei Studien in der Literatur relativ unerforscht. Diese haben einige Proteine ​​charakterisiert, die im Vergleich zu dem, was in einem gesunden Gehirn erwartet wird, auffallen. Es wurden keine Vergleichsstudien zwischen Liquor, der durch Lumbalpunktion entnommen wurde, und Liquor aus den Ventrikeln durchgeführt. An der Abteilung für Schmerz- und Rehabilitationsmedizin des Universitätsklinikums Linköping ist ein Proteomik-Labor (PAINOMICS-Labor) mit vielen wissenschaftlichen Publikationen eingerichtet. Die für Proteomics-Studien verfügbaren Standardmethoden sind die zweidimensionale Gelelektrophorese (2D-Elektrophorese) und die Massenspektrometrie (LC-MS/MS). Diese werden eingesetzt, um bis zu tausend Proteine ​​in einer Probe zu analysieren und mit Antikörper-basierter Technologie zu validieren. Mit der Antikörper-basierten Technologie können zudem bis zu 86 Zytokine, Chemokine, Wachstumsfaktoren und Stoffwechselsubstanzen in einem sogenannten Multiplex-Panel analysiert werden. Die in proteomischen Studien gewonnenen Datensätze sind komplex. Diese Datensätze bestehen aus vielen und stark korrelierten Variablen (Konzentrationen von Proteinen). Man kann dann Inhaltsänderungen von Proteinen zwischen Patienten mit iNPH vergleichen und Kontrollen stellen einen Unterschied im "Fingerabdruck" des Proteoms fest. Es besteht ein großer Bedarf an neuen Biomarkern als Ergänzung zu den derzeit verfügbaren Methoden, um eine sichere Diagnose zu stellen, die Erfolgswahrscheinlichkeit der Therapie abzuschätzen und ein tieferes Verständnis der Pathophysiologie von iNPH zu schaffen.

ZIELE, WISSENSCHAFTLICHE FRAGEN UND TEILSTUDIEN:

1. Evaluieren und validieren Sie eine klinisch nützliche Methode zur Überwachung ventrikulärer Volumina mit synthetischer MRT. Vergleich mit einer etablierten volumetrischen Methode (ITK-SNAP) und für die Intra- und Inter-Assessor-Reliabilität.
2. Kartieren Sie die ventrikulären Volumina und die Menge des extrazerebralen intrakraniellen CSF unter normalen physiologischen Bedingungen bei gesunden Kontrollpersonen und INPH-Patienten und berechnen Sie, wie sich diese Volumina nach dem Rangieren in INPH ändern.
3. Untersuchen Sie, wie Volumenänderung und Änderung in Volumetrie und iNPH Radscale nach Shunting mit dem klinischen Ergebnis 3 Monate postoperativ korrelieren.
4. Untersuchen Sie das Shuntventil CERTAS PLUS auf seine Funktion und Sicherheit für MR-Resistenz in vivo und korrelieren Sie den Grad der Reduktion des Ventrikelvolumens anhand des Widerstands des Ventils.
5. Zeichnen Sie die proteomische Expression von iNPH in CSF und Blutplasma präoperativ auf und überwachen Sie die Veränderung 3, 12 und 36 Monate nach dem ventrikuloperitonealen Shunt.
6. Vergleichen Sie, wie sich die Proteomik im Liquor bei iNPH zwischen lumbalem und ventrikulärem Liquor und Blutplasma unterscheidet. Untersuchen Sie, ob sich der lumbale Liquor des iNPH-Patienten im Vergleich zu einer neurologisch gesunden Kohorte von Kontrollpersonen ähnlichen Alters und Patienten mit essentiellem Tremor unterscheidet.

PROJEKTPLAN, DURCHFÜHRUNG UND AUSWAHL DER FORSCHUNGSOBJEKTE:

Der schwedische nationale Ethikausschuss (Etikprövningsmyndigheten), Ref.-Nr. 2020-0071920, hat diesen Projektplan genehmigt.

Fünfzig Patienten, die sich der Untersuchung des NPH-Teams unterzogen haben und für eine Shunt-Behandlung als geeignet erachtet werden, werden nacheinander für die Studie rekrutiert.

Eine Kontrollgruppe, bestehend aus 50 freiwilligen Personen über 60 Jahren, wird über die Warteliste für Operationen der Abteilungen für Orthopädie, Urologie und Gynäkologie des Universitätsklinikums Linköping rekrutiert. Freiwillige werden aus älteren Patienten rekrutiert, bei denen während geplanter orthopädischer/gynäkologischer/urologischer Operationen in Spinalanästhesie eine Lumbalpunktion zur Applikation der Anästhesie durchgeführt wird. Die Freiwilligen werden präoperativ einer MRT-Untersuchung unterzogen, die Standardsequenzen sowie SyntheticMR-Protokolle für die Volumetrie enthält.

Die präoperative Untersuchung von iNPH-Patienten durch das NPH-Team besteht aus folgenden Untersuchungen: 1. Klinische Beurteilung durch einen Neurologen. 2. Gleichgewicht und Gehfähigkeit werden von einem Physiotherapeuten beurteilt. Tests umfassen Timed Up and Go (TUG), Schrittzahl und Zeit sowie Gangskala, Gleichgewichtsskala und 10-m-Gehen als Teil der iNPH-Skala. 3. Ein Ergotherapeut beurteilt die kognitiven Funktionen und führt folgende Tests durch: MMSE (= Mini-Mental State Examination), Grooved pegboard, Rey Auditory Verbal Learning Test, Stroop color naming and Stroop interferenz, Trail Making Test A and B. 4. Einschätzung von Harninkontinenz wird auf der Harninkontinenzskala durchgeführt. Alle Bewertungen werden in der iNPH-Skala zusammengefasst.

Zur Basisuntersuchung gehört eine Lumbalpunktion mit Messung des intrathekalen Drucks, Analyse von Zellen, Eiweiß, Antikörpern gegen Borreliose und dem Liquor-Klopftest. Die Krankengeschichte des Patienten, Symptome und Ergebnisse der Radiologie und des CSF-Tap-Tests werden innerhalb des NPH-Teams besprochen, um zu entscheiden, ob der Patient für einen Shunt geeignet ist.

Patienten, die vom Team zum Shunt empfohlen werden und die Ausschlusskriterien der Studie nicht erfüllen, werden zu einem ambulanten Besuch bei Dr. Rafael Holmgren einberufen, über die beabsichtigte Operation und die damit verbundenen Risiken aufgeklärt und nach mündlicher und schriftlicher Aufklärung eine Studienteilnahme angeboten. Den Patienten wird Zeit gegeben, nachzudenken und sich an das Telefon der Kontaktschwester zu wenden, bevor sie abheben.

Freiwillige in der Kontrollgruppe werden von den Abteilungen für Orthopädie, Urologie und Gynäkologie des Universitätskrankenhauses Linköping unter Patienten rekrutiert, bei denen eine Operation in Spinalanästhesie geplant ist. Über eine mögliche Teilnahme an der Studie werden sie neben schriftlichen Informationen mündlich telefonisch oder auf Wunsch in einem ambulanten Beratungsgespräch bei Dr. Rafael Holmgren informiert. Die Teilnehmer der Kontrollgruppe werden vor ihrer Operation einer MRT-Untersuchung mit Standardprotokoll und synthetischer MRT unterzogen. Vor der Spinalanästhesie werden 10 ml lumbaler CSF zur Analyse des proteomischen Profils entnommen, ebenso wie eine Blutprobe für den gleichen Zweck.

Teilnehmende iNPH-Patienten, die geshuntet werden sollen, werden am Tag vor der Operation einer MRT mit modifiziertem Standardprotokoll und SyntheticMR unterzogen; Die benötigte Zeit beträgt etwa 45 Minuten.

Die Patienten werden am folgenden Tag einer Vollnarkose unterzogen und es wird eine Lumbalpunktion durchgeführt, wonach 10 ml Liquor cerebrospinalis entnommen werden. Gleichzeitig wird auch eine Blutprobe für die proteomische Analyse entnommen. Der Patient wird mit ventrikuloperitonealem Shunt durch ein Standardverfahren von einem von drei Chirurgen (Dr. Rafael Holmgren, Dr. Peter Zsigmond oder Dr. Martin Nilsson bei NK) operiert. Die Patienten erhalten ein CERTAS PLUS Shuntventil von Codman mit einer von zwei Ventileinstellungen, die für den Bediener, den Patienten und die radiologischen Untersucher verblindet sind (eingestellt von einem anderen Kollegen gemäß der Randomisierung): 4 (=110 mm H2O , herkömmliche Standardeinstellung) oder 8 (> 400 mm H20 a k a „virtuell aus“). Da die Hirnventrikel durch den Katheter punktiert werden, werden hier weitere 10 ml Liquor für die Proteomik gesammelt. Die Proben werden zum Proteomik-Labor transportiert, zentrifugiert, in kleine Aliquots aliquotiert und eingefroren. Sie werden dann in der Biobank der Arbeits- und Umweltmedizin des Universitätskrankenhauses Linköping (registriert beim National Board of Health and Welfare) aufbewahrt. Jeder ankommende Proband erhält eine eindeutige Codenummer und alle Reagenzgläser werden mit dieser Nummer gekennzeichnet. Der Codeschlüssel wird in einem verschlossenen Schrank in der Abteilung für Neurochirurgie in Linköping aufbewahrt.

Etwa 36 Stunden (Bereich 24-48 Stunden) nach der Operation wird der Patient einer erneuten MRT-Untersuchung mit SyntheticMR unterzogen und nach dieser Untersuchung wird die Ventileinstellung mit einem Lesekompass überprüft, der über das Ventil gehalten wird. Die Patienten, die zunächst die Einstellung 8 des Ventils erhalten haben, werden nun auf die Standardeinstellung 4 umgestellt, es sei denn, sie haben nach der Operation ein Subduralhämatom erlitten, das postoperativ in der MRT-Untersuchung festgestellt wird. Der Patient wird dann entweder nach Hause oder in das örtliche Krankenhaus entlassen. Somit kehren alle Patienten mit einer funktionierenden Shuntbehandlung nach Hause zurück.

Die Patienten werden nach drei Monaten zur Standardnachsorge für geshuntete iNPH-Patienten zum erneuten Besuch beim Chirurgen zurückgerufen und führen eine klinische Untersuchung/Nachsorge durch einen Physiotherapeuten und einen Ergotherapeuten mit dem gleichen Protokoll für die motorischen und kognitiven Tests durch wie vor der Operation. Die Patienten werden auch einer neuen MRT-Untersuchung mit dem gleichen Protokoll wie vor der Operation unterzogen. Die Einstellung des Shuntventils wird nach der MRT überprüft, um zu bestätigen, dass die Ventileinstellung die gleiche wie zuvor ist. Außerdem wird die Shunt-Ventilkammer unter sterilen Bedingungen mit einer kleinen Nadel punktiert, um 10 ml Liquor aus den Ventrikeln zu gewinnen, und es wird auch eine Blutprobe für die Proteomanalyse entnommen.

Die Patienten werden ein und drei Jahre nach der Operation zur klinischen Beurteilung und erneuten Punktion des Shuntventils und Blutuntersuchungen mit dem gleichen Ablauf wie bei der 3-Monats-Kontrolle zum Operateur zurückgerufen.

Alle Shunt-bedingten Komplikationen, einschließlich Anpassungen des Shunt-Widerstands im Zusammenhang mit der MRT, werden kontinuierlich registriert.

Liquor- und Blutproben-Assays werden von Professor Bijar Ghafouri im Labor von Painomics sowohl mit Massenspektrometrie als auch mit 2D-Elektrophorese durchgeführt, um die Proteine ​​zu identifizieren, zu trennen und ELISA-Techniken, um sie zu charakterisieren. Die Identität der Probe bleibt dem Untersucher verborgen.

MRT-Studien werden in einer speziellen Software analysiert, die für die Bewertung von Volumen in Studien angepasst ist, die sowohl mit konventioneller Technologie (ITK SNAP) als auch mit synthetischer MR-Technologie von Dr. Holmgren und Dr. Georgiopoulos durchgeführt wurden. Die Identität des Patienten und die Shunt-Einstellung werden den Untersuchern ebenso wie der Zeitpunkt der Studie verblindet.

STATISTISCHE GRUNDLAGE FÜR DIE GRÖSSE DER STUDIENPOPULATION

Eine Anzahl von fünfzig iNPH-Patienten wird als angemessen erachtet, um die erklärten Ziele des Projekts zu erreichen. Dies liegt daran, dass die Studien zur Proteomik am iNPH (von Chen et al. und Li et al., siehe Referenzen) 18 bzw. 15 Patienten umfassten und eindeutige statistisch signifikante Ergebnisse erzielten. Die Studien zum ventrikulären Volumen, berechnet mit synthetischer MRT nach Lumbalpunktion und Shunts von Virhammar et al. umfassten 23 bzw. 18 Patienten und ergaben eindeutige statistisch signifikante Ergebnisse. Die Zahl der neurologisch gesunden Kontrollpersonen/Freiwilligen in der Kontrollgruppe beträgt 50, um der Zahl der INPH-Patienten zu entsprechen.