Perfil transcriptómico de pacientes tratados con diferentes modalidades de estimulación medular (SCS-OMICS)

El síndrome de cirugía fallida de espalda (SCFB) es un verdadero reto para el especialista por su complejidad clínica y su importancia económica no solo por el coste del tratamiento sino por la alta incidencia del síndrome en pacientes en edad laboral y con expectativa de vida normal. Este síndrome es una complicación de la cirugía lumbosacra con una incidencia que oscila entre el 5-40%.

La estimulación de la médula espinal (SCS) se ha utilizado en el tratamiento de pacientes con FBSS durante años de forma segura y eficaz. Aunque inicialmente se creía que el principal mecanismo de acción se explicaba por la "Teoría del control de la puerta" descrita por Wall y Melzack en 1965, cabe señalar que otros mecanismos más allá de este podrían contribuir al alivio del dolor resultante del SCS. Estos incluyen la inhibición de la excitabilidad e hipersensibilidad neuronal a nivel medular así como cambios en la liberación de neurotransmisores como GABA, acetilcolina, adenosina, serotonina y norepinefrina, involucrados en la transmisión y modulación del dolor. Sin embargo, los mecanismos moleculares que subyacen al efecto terapéutico de SCS siguen siendo desconocidos.

Los estudios genéticos se utilizan para proporcionar nuevos conocimientos sobre los mecanismos moleculares que subyacen al inicio y mantenimiento del dolor. Estos pueden ser impulsados ​​por la hipótesis, evaluando así la expresión de moléculas predeterminadas, o independientemente de la hipótesis, explorando la expresión génica a nivel de genes en todo el genoma. Los chips de micromatrices miden la expresión de cientos de genes en una muestra determinada. Utilizados para estudiar una amplia variedad de sistemas biológicos, se han utilizado para evaluar cambios extensos a nivel transcripcional en diferentes partes del sistema nervioso central o periférico, lo que ha llevado al descubrimiento de nuevos genes relacionados con el dolor, como la subunidad Kv9.1. del canal de potasio o KCNS1.

Recientemente, algunos estudios en modelos animales sugieren que SCS produce cambios extensos en la expresión génica. Tilley y colaboradores encontraron que SCS producía modulación en la expresión de 5HTra, cFOS y GABAbr1 entre otros, con una fuerte correlación entre la cantidad de corriente aplicada y la expresión de GABAbr1, Na/K ATPasa (correlación negativa), 5HT3r y VIP (positiva correlación) a nivel medular y también a nivel del ganglio de la raíz dorsal. Estos autores se centraron en analizar grupos de genes que se mostraban alterados en modelos animales de lesión de nervios periféricos. Stephens y colaboradores realizaron una secuencia de ARN de la médula espinal de ratas con dolor neuropático secundario a la ligadura del nervio ciático a las que se les implantó un estimulador de la médula espinal y encontraron que la expresión génica cambió después de la aplicación de SCS. Identificaron que la expresión de algunos genes clave en la expresión de la red de proteínas de soporte postsinápticas densas en proteínas en las sinapsis glutamaérgicas se regula a la baja después de SCS; esto podría desestabilizar esta densa red, disminuyendo así la efectividad de la señalización sináptica. También encontraron que SCS podría activar los tractos espinales cercanos que afectan las neuronas y las células brillantes en los segmentos espinales distales. El grupo de Vallejo y Tilley también realizó un extenso análisis de transcriptoma en modelos animales de dolor neuropático y encontró que SCS produce una modulación significativa en la expresión génica a nivel de la médula espinal y el ganglio de la raíz dorsal, con grupos de genes y vías metabólicas similares en ambos tejidos y que están directamente o indirectamente relacionado con la regeneración neuronal, la regulación de las respuestas inflamatorias e inmunitarias y la regulación del transporte de iones. Nuestro grupo analizó la expresión génica de diferentes marcadores (de receptores cannabinoides, receptores opioides y péptidos opioides) mediante reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real a partir de ARN de linfocitos obtenidos de muestras de sangre periférica de pacientes con FBSS tratados con SCS, observando un aumento significativo de proencefalina ( PNK) siguiendo SCS con respecto a los niveles de referencia y mantenidos en el tiempo.

Aprovechando las ventajas del estudio a gran escala del genoma mediante microarrays, hemos llevado a cabo en los últimos años un proyecto de investigación con el objetivo principal de identificar nuevas bases moleculares, definidas con perfiles transcriptómicos, expresadas diferencialmente en el plasma de pacientes afectados de FBSS y tratados con tónico o SCS convencional. Este estudio ha sido financiado por el Instituto de Salud Carlos III a través del Proyecto PI16/01364 (Co-financiado por Fondo Europeo de Desarrollo Regional/Fondo Social Europeo "A way to make Europe"/"Investing in your future"). El proyecto fue aprobado por el Comité Ético de Investigación Clínica del Hospital General Universitario de Valencia. El estudio cumplió con la normativa local, las guías de Buenas Prácticas Clínicas y los principios de la Declaración de Helsinki, así como con la legislación y normativa vigente que regula la protección de datos personales y los derechos y deberes en materia de información y documentación en el ámbito sanitario. Nuestro grupo realizó un análisis transcriptómico de la sangre de pacientes afectados de FBSS y tratados con SCS (pacientes respondedores); obtuvimos muestras antes y en diferentes momentos después de la implantación del sistema para encontrar expresión génica diferencial en respuesta al tratamiento y que pudiera servir como biomarcadores potenciales de efectividad a la terapia. También realizamos análisis transcriptómicos de pacientes en los que SCS no fue efectivo (no respondedores), comparando los resultados con los pacientes que respondieron con la intención de encontrar expresión diferencial de biomarcadores potenciales de respuesta a la terapia SCS. Finalmente, comparamos la expresión de pacientes diagnosticados de FBSS con un grupo de pacientes intervenidos de columna que no desarrollaron dolor y sirvieron como grupo control; tratamos de encontrar diferencias en la expresión génica entre las dos poblaciones con el objetivo de encontrar posibles biomarcadores del desarrollo de la enfermedad. Se incluyeron 30 pacientes con FBSS tratado con SCS (de los cuales 7 no respondieron y 23 respondieron) y 15 pacientes de control. Hemos finalizado el reclutamiento y análisis de los periodos muestrales y actualmente nos encontramos en la fase de interpretación de los resultados finales y desarrollo de las publicaciones correspondientes. Aunque los resultados no son definitivos, el análisis preliminar muestra que hay más de 190 genes expresados ​​diferencialmente (p < 0,05) al inicio cuando se comparan pacientes de control y pacientes con FBSS tratados con SCS. También encontramos más de 750 genes expresados ​​diferencialmente en pacientes implantados antes y después del inicio de la terapia SCS.

HIPÓTESIS

Se desconocen los procesos bioquímicos y moleculares asociados con FBSS, al igual que los cambios que ocurren en pacientes sometidos a SCS. Los análisis transcriptómicos parecen herramientas prometedoras para proporcionar información sobre los mecanismos que subyacen al dolor crónico. La cuantificación de ARN con RT-PCR permitirá identificar genes diferenciales implicados y sacar conclusiones sólidas.

Nuestra hipótesis se basa en que en situaciones clínicas relacionadas con el dolor debe darse una expresión genética diferente y que estas alteraciones deben modificarse diferencialmente en pacientes tratados con éxito con estimulación medular.

La identificación de estos posibles biomarcadores del estado o evolución de la patología y su tratamiento contribuirá significativamente a establecer estrategias terapéuticas más precisas y podrán servir como biomarcadores predictivos de respuesta al tratamiento, orientando la selección de dianas terapéuticas para el desarrollo de futuras estrategias de tratamiento.

OBJETIVOS DEL ESTUDIO

En base a estas hipótesis y con los esperanzadores resultados obtenidos previamente por nuestro grupo, los investigadores pretenden comparar si la programación DTM del sistema SCS produce un efecto a nivel de expresión diferente al de la programación convencional con la intención de buscar biomarcadores de respuesta y evolución a este modalidad de programación.

Los investigadores también tienen como objetivo estudiar si estas diferencias podrían estar relacionadas con resultados clínicos significativamente diferentes y correlacionarse con la intensidad del efecto de las diferentes modalidades.