Transkriptomisches Profil von Patienten, die mit verschiedenen Modalitäten der Rückenmarkstimulation behandelt wurden (SCS-OMICS)

Das Failed-Back-Surgery-Syndrom (FBSS) ist aufgrund seiner klinischen Komplexität und wirtschaftlichen Bedeutung nicht nur bei den Behandlungskosten, sondern auch wegen der hohen Inzidenz des Syndroms bei Patienten im erwerbsfähigen Alter und mit normaler Lebenserwartung eine echte Herausforderung für den Spezialisten. Dieses Syndrom ist eine Komplikation der lumbosakralen Chirurgie mit einer Inzidenz von 5–40 %.

Die Rückenmarkstimulation (SCS) wird seit Jahren sicher und effektiv bei der Behandlung von Patienten mit FBSS eingesetzt. Obwohl ursprünglich angenommen wurde, dass der Hauptwirkungsmechanismus durch die von Wall und Melzack 1965 beschriebene "Gate Control Theory" erklärt wurde, sollte beachtet werden, dass andere Mechanismen darüber hinaus zur Schmerzlinderung infolge von SCS beitragen könnten. Dazu gehören die Hemmung der neuronalen Erregbarkeit und Überempfindlichkeit auf medullärer Ebene sowie Veränderungen in der Freisetzung von Neurotransmittern wie GABA, Acetylcholin, Adenosin, Serotonin und Noradrenalin, die an der Übertragung und Modulation von Schmerzen beteiligt sind. Die molekularen Mechanismen, die der therapeutischen Wirkung von SCS zugrunde liegen, bleiben jedoch unbekannt.

Genetische Studien werden verwendet, um neue Einblicke in die molekularen Mechanismen zu gewinnen, die der Entstehung und Aufrechterhaltung von Schmerzen zugrunde liegen. Diese können von der Hypothese angetrieben werden, wodurch die Expression von Standardmolekülen bewertet wird, oder unabhängig von der Hypothese die Genexpression auf Genebene im gesamten Genom untersuchen. Microarray-Chips messen die Expression von Hunderten von Genen in einer bestimmten Probe. Sie wurden verwendet, um eine Vielzahl biologischer Systeme zu untersuchen, und wurden verwendet, um umfangreiche Veränderungen auf Transkriptionsebene in verschiedenen Teilen des zentralen oder peripheren Nervensystems zu bewerten, was zur Entdeckung neuer schmerzbezogener Gene wie der Kv9.1-Untereinheit führte des Kaliumkanals oder KCNS1.

Kürzlich legen einige Tiermodellstudien nahe, dass SCS umfangreiche Veränderungen in der Genexpression hervorruft. Tilley und Mitarbeiter fanden heraus, dass SCS unter anderem eine Modulation der Expression von 5HTra, cFOS und GABAbr1 erzeugte, mit einer starken Korrelation zwischen der angelegten Strommenge und der Expression von GABAbr1, Na/K ATPase (negative Korrelation), 5HT3r und VIP (positiv Korrelation) auf medulärer Ebene und auch auf der Ebene des Spinalganglions. Diese Autoren konzentrierten sich auf die Analyse von Gengruppen, die in Tiermodellen für periphere Nervenverletzungen als verändert gezeigt wurden. Stephens und Mitarbeiter führten eine RNA-Seq. des Rückenmarks von Ratten mit neuropathischen Schmerzen infolge der Ligatur des Ischiasnervs durch, denen ein Rückenmarkstimulator implantiert wurde, und stellten fest, dass sich die Genexpression nach der Anwendung von SCS veränderte. Sie stellten fest, dass die Expression einiger Schlüsselgene bei der Expression des proteindichten Netzwerks postsynaptischer unterstützender Proteine ​​in glutaergen Synapsen nach SCS herunterreguliert ist; dies könnte dieses dichte Netzwerk destabilisieren und somit die Wirksamkeit der synaptischen Signalübertragung verringern. Sie fanden auch heraus, dass SCS nahe gelegene Rückenmarksbahnen aktivieren könnte, die Neuronen und Glanzzellen in den distalen Rückenmarkssegmenten beeinflussen. Die Gruppe von Vallejo und Tilley führte auch umfangreiche Transkriptomanalysen in Tiermodellen für neuropathische Schmerzen durch und stellte fest, dass SCS eine signifikante Modulation der Genexpression auf der Ebene des Rückenmarks und des Spinalganglions hervorruft, wobei Gruppen von Genen und Stoffwechselwegen in beiden Geweben ähnlich sind und die direkt sind oder indirekt mit neuraler Regeneration, Regulierung von Entzündungs- und Immunantworten und Regulierung des Ionentransports in Verbindung stehen. Unsere Gruppe analysierte die Genexpression verschiedener Marker (von Cannabinoidrezeptoren, Opioidrezeptoren und Opioidpeptiden) unter Verwendung von Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion aus Lymphozyten-RNA, die aus peripheren Blutproben von Patienten mit FBSS, die mit SCS behandelt wurden, gewonnen wurde, und beobachtete einen signifikanten Anstieg von Proenkephalin ( PNK) nach SCS in Bezug auf die Ausgangswerte und über die Zeit beibehalten.

Unter Nutzung der Vorteile einer groß angelegten Untersuchung des Genoms mittels Microarrays haben wir in den letzten Jahren ein Forschungsprojekt durchgeführt, dessen Hauptziel die Identifizierung neuer molekularer Basen war, die mit transkriptomischen Profilen definiert und im Plasma von Patienten, die von FBSS betroffen sind, differentiell exprimiert werden mit Tonic oder konventionellem SCS behandelt. Diese Studie wurde vom Instituto de Salud Carlos III durch das Projekt PI16/01364 (kofinanziert vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung/Europäischer Sozialfonds „A way to make Europe“/„Investing in your future“) finanziert. Das Projekt wurde von der Ethikkommission für klinische Forschung des Allgemeinen Universitätskrankenhauses von Valencia genehmigt. Die Studie entsprach den lokalen Vorschriften, den Leitlinien für gute klinische Praxis und den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki sowie den geltenden Gesetzen und Vorschriften zum Schutz personenbezogener Daten und den Rechten und Pflichten in Bezug auf Informationen und Dokumentation im Gesundheitswesen. Unsere Gruppe führte eine transkriptomische Analyse des Blutes von Patienten durch, die von FBSS betroffen und mit SCS behandelt wurden (Responder-Patienten); Wir haben Proben vor und zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Implantation des Systems erhalten, um eine unterschiedliche Genexpression als Reaktion auf die Behandlung zu finden, die als potenzielle Biomarker für die Wirksamkeit der Therapie dienen könnte. Wir führten auch eine Transkriptomanalyse von Patienten durch, bei denen SCS nicht wirksam war (Non-Responder), und verglichen die Ergebnisse mit den ansprechenden Patienten mit der Absicht, eine unterschiedliche Expression potenzieller Biomarker für das Ansprechen auf die SCS-Therapie zu finden. Schließlich verglichen wir die Expression von Patienten, bei denen FBSS diagnostiziert wurde, mit einer Gruppe von Patienten mit Wirbelsäulenintervention, die keine Schmerzen entwickelten und als Kontrollgruppe dienten; Wir versuchen, Unterschiede in der Genexpression zwischen den beiden Populationen zu finden, mit dem Ziel, mögliche Biomarker der Krankheitsentstehung zu finden. Wir schlossen 30 Patienten mit SCS-behandeltem FBSS (von denen 7 Non-Responder und 23 Responder waren) und 15 Kontrollpatienten ein. Wir haben die Rekrutierung und Analyse der Probenzeiträume abgeschlossen und befinden uns derzeit in der Interpretationsphase der endgültigen Ergebnisse und der Entwicklung der entsprechenden Veröffentlichungen. Obwohl die Ergebnisse nicht endgültig sind, zeigt eine vorläufige Analyse, dass beim Vergleich von Kontrollpatienten und Patienten mit FBSS, die mit SCS behandelt wurden, zu Studienbeginn mehr als 190 unterschiedlich exprimierte Gene (p < 0,05) vorhanden sind. Wir fanden auch mehr als 750 Gene, die bei Patienten, die vor und nach Beginn der SCS-Therapie implantiert wurden, unterschiedlich exprimiert wurden.

HYPOTHESE

Die mit FBSS verbundenen biochemischen und molekularen Prozesse sind unbekannt, ebenso wie die Veränderungen, die bei Patienten auftreten, die sich einer SCS unterziehen. Die Transkriptomanalyse scheint vielversprechende Werkzeuge zu sein, um Einblicke in die Mechanismen zu geben, die chronischen Schmerzen zugrunde liegen. Die Quantifizierung von RNA mit RT-PCR wird es ermöglichen, beteiligte differentielle Gene zu identifizieren und solide Schlussfolgerungen zu ziehen.

Unsere Hypothese basiert auf der Tatsache, dass in klinischen Situationen im Zusammenhang mit Schmerzen eine unterschiedliche genetische Expression auftreten muss und dass diese Veränderungen bei Patienten, die erfolgreich mit einer Rückenmarkstimulation behandelt wurden, unterschiedlich modifiziert sein sollten.

Die Identifizierung dieser möglichen Biomarker des Zustands oder der Entwicklung der Pathologie und ihrer Behandlung wird wesentlich dazu beitragen, genauere therapeutische Strategien zu etablieren, und kann als prädiktive Biomarker für das Ansprechen auf die Behandlung dienen, die die Auswahl therapeutischer Ziele für die Entwicklung zukünftiger Behandlungsstrategien leiten.

ZIELE DER STUDIE

Basierend auf diesen Hypothesen und den hoffnungsvollen Ergebnissen, die unsere Gruppe zuvor erhalten hat, wollen die Forscher vergleichen, ob die DTM-Programmierung des SCS-Systems einen anderen Effekt auf Expressionsebene hervorruft als die herkömmliche Programmierung, mit der Absicht, Biomarker für Reaktion und Entwicklung darauf zu suchen Programmiermodalität.

Die Forscher wollen auch untersuchen, ob diese Unterschiede mit signifikant unterschiedlichen klinischen Ergebnissen zusammenhängen und mit der Intensität der Wirkung der verschiedenen Modalitäten korrelieren könnten.