Citocinas, Moduladores de Neuroplasticidad y Biomarcadores en la Estenosis del Canal Espinal y la Descompresión Endoscópica

La estenosis espinal es un trastorno musculoesquelético común que causa dolor o discapacidad en los pacientes. Sin embargo, la patogénesis de esta enfermedad es compleja y aún no se ha elucidado completamente. La estenosis del canal lumbar resulta de cambios degenerativos en estructuras ubicadas detrás de la médula espinal, como la hipertrofia del ligamento amarillo (LF), así como la calcificación del ligamento, la degeneración e hipertrofia de las articulaciones facetarias y/o la hernia de discos intervertebrales ubicados anteriormente a la médula espinal. La patología de la hipertrofia del LF incluye cambios fibrocartilaginosos asociados con la proliferación de colágeno tipo II, osificación, depósito de cristales de calcio, degeneración de fibras de colágeno y elásticas, y metaplasia condroide de fibroblastos del ligamento. Numerosos estudios científicos han intentado explorar la etiología de la hipertrofia y osificación de los ligamentos espinales, considerando factores sistémicos, locales, genéticos y ambientales. Sin embargo, el mecanismo del desarrollo de la degeneración aún no se comprende completamente. Además del estrés mecánico y el aumento de la síntesis de colágeno (fibrosis) en el ligamento, que hacen de la edad un factor de riesgo importante, la presencia de inflamación e infiltración de macrófagos se considera un contribuyente significativo al desarrollo de la degeneración.

Por lo tanto, es razonable suponer que la presencia de inflamación asociada con otras condiciones de salud, especialmente crónicas, puede, en una medida desconocida, influir en el curso de la degeneración de las estructuras espinales. Actualmente, la obesidad y la sarcopenia están atrayendo particular atención como trastornos que afectan a todos los sistemas del cuerpo humano. Dado que su prevalencia está aumentando, una comprensión profunda de sus consecuencias en órganos individuales tiene una importancia social y práctica significativa para la prevención y protección de la salud.

Un número creciente de informes indica que las alteraciones en el metabolismo lipídico y la secreción de adipocinas y citocinas proinflamatorias están profundamente involucradas en la regulación de fenotipos y destinos celulares, el metabolismo de la matriz extracelular y la inflamación en los procesos fisiopatológicos de las enfermedades degenerativas espinales y articulares. Los trastornos metabólicos pueden afectar el metabolismo óseo y conducir a la osificación ectópica y la deposición de grasa no solo en los ligamentos espinales sino también en otras estructuras espinales. También es notable la influencia del adipocinoma en el desarrollo de trastornos degenerativos musculoesqueléticos. Incluso la grasa epidural anatómicamente presente en el canal espinal puede inflamarse y secretar espontáneamente citocinas inflamatorias, modificando potencialmente la función de tejidos adyacentes, como los músculos y ligamentos paraespinales. Vale la pena mencionar que la lipomatosis epidural espinal, caracterizada por un exceso de tejido adiposo en el espacio epidural que conduce a la estenosis del canal espinal, está fuertemente asociada con la obesidad.

Hasta ahora, se ha confirmado que las adipocinas y sus receptores, aunque se encuentran principalmente en el tejido adiposo blanco, también están presentes en el cartílago articular y la médula ósea espinal. Las adipocinas pueden promover la degeneración del ligamento amarillo al estimular respuestas inflamatorias y promover cambios patológicos. Se ha demostrado que la leptina se correlaciona significativamente con el número de vértebras afectadas por la osificación ligamentosa. Fan et al. descubrieron que la leptina regula positivamente marcadamente la expresión de ARNm de fosfatasa alcalina y osteocalcina en células del ligamento amarillo. También se han encontrado niveles altos de visfatina en los ligamentos amarillos de pacientes con osificación confirmada. No hay datos disponibles sobre la presencia y el papel de otras citocinas derivadas del tejido adiposo como adipsina, vaspina, resistina, lipocalina-2, progranulina, quemerina, omentina-1 o factor de crecimiento y diferenciación 15 (GDF-15) en el ligamento amarillo. Es muy probable que estas citocinas también estén involucradas en el desarrollo de la estenosis del canal espinal, lo que constituye nuestra hipótesis de investigación. La presencia y los niveles de estas citocinas en el tejido adiposo epidural en pacientes con estenosis, en comparación con aquellos sin estrechamiento del canal espinal, no se han estudiado hasta la fecha. Dado que los estudios confirman que la inflamación sistémica crónica afecta a varios tejidos y la inflamación local afecta significativamente a las estructuras vecinas, planteamos la hipótesis de que los ligamentos, músculos paraespinales, discos intervertebrales, etc., pueden ser particularmente vulnerables a las citocinas secretadas por el tejido adiposo epidural. Estudios previos in vitro confirmaron que un ambiente local rico en citocinas como IL-6, IL-1α, donante de óxido nítrico (SNAP) y prostaglandina E2 cambia la expresión génica de colágenos I, V, XI y osteocalcina en células del ligamento amarillo. Sin embargo, el impacto de las adipocinas mencionadas en el desarrollo de la degeneración del ligamento amarillo aún no se ha determinado.

El estudio implicará examinar las concentraciones de citocinas (especialmente adipocinas) y moduladores de la neuroplasticidad y su expresión de ARNm en tejidos removidos rutinariamente de pacientes con estenosis espinal y hernia discal durante la cirugía, así como recolectar sangre de los pacientes dos veces, antes del procedimiento y durante una visita de seguimiento dos meses después del procedimiento.

Objetivos

1. Identificar diferencias en las concentraciones de biomarcadores seleccionados en muestras de ligamento amarillo, músculos paraespinales y grasa epidural recolectadas de la región lumbar de pacientes con estenosis en comparación con aquellos sin degeneración del canal espinal.
2. Determinar si la expresión de biomarcadores seleccionados en tejidos se correlaciona con su presencia en la sangre de los pacientes y si se relacionan con el grado de degeneración, discapacidad, intensidad del dolor y masa corporal.
3. Seleccionar biomarcadores potenciales para monitorear la efectividad de la cirugía de descompresión del canal espinal mediante la comparación de los niveles de biomarcadores antes de la cirugía y dos meses en la recuperación.
4. Identificar proteínas potenciales que modulan el metabolismo y la inflamación en el ligamento amarillo.
5. Evaluar el impacto de citocinas seleccionadas y el adipocinoma del tejido adiposo epidural sobre el metabolismo y la inflamación en cultivos celulares de ligamento amarillo.

Descripción de la Población de Estudio

El estudio involucrará a 100 pacientes del Hospital Clínico Ortopédico-Rehabilitador de la Universidad de Ciencias Médicas de Poznań, incluyendo tanto hombres como mujeres:

• 50 pacientes con estenosis del canal espinal lumbar, de 40-90 años de edad
• 50 pacientes con hernia de disco intervertebral, de 18-40 años de edad, que requieren tratamiento quirúrgico Los participantes se someterán a cirugía siempre que den su consentimiento informado para usar sus tejidos en investigación científica.
• El grupo de estudio se someterá a descompresión endoscópica del canal espinal, que implica la remoción de tejidos (hueso, ligamento, articulación) que comprimen estructuras neurales, y posiblemente la remoción de un fragmento de disco intervertebral desplazado.
• El grupo de control se someterá a cirugía aislada de hernia de disco intervertebral, que implica la remoción del fragmento de disco desplazado.

Métodos Antes de la cirugía (dentro de las 48h) y dos meses después de la operación, se extraerán 20 ml de sangre venosa de cada paciente.

Durante la cirugía, se recolectarán las siguientes muestras:

• Tejido muscular paraespinal
• Ligamento amarillo
• Tejido adiposo epidural

El estudio utilizará los siguientes métodos/herramientas:

1. Cuestionarios estandarizados para discapacidad e intensidad del dolor
2. RMN de la columna lumbar (realizada rutinariamente antes de la cirugía)

3. Pruebas moleculares

   1. La expresión de ARNm de citocinas (GDF-15, adipsina, vaspina, resistina, lipocalina-2, progranulina, quemerina, omentina-1) se medirá usando PCR.
   2. Se realizarán inmunoensayos usando kits ELISA comerciales en homogenados de tejido y suero para determinar las concentraciones de proteínas (GDF-15, adipsina, vaspina, resistina, lipocalina-2, progranulina, quemerina, omentina-1)
4. Cultivo celular y estimulación de células con citocinas y medio obtenido de tejido adiposo Un tercio del material biológico se asignará para estudios de cultivo celular. Las muestras del ligamento amarillo, músculos paraespinales y tejido adiposo epidural se recolectarán directamente después de la cirugía y se colocarán en contenedores estériles con medios de transporte apropiados.

Todas las muestras se transportarán inmediatamente al laboratorio de cultivo celular en condiciones estériles, en el menor tiempo posible desde la recolección. Al llegar al laboratorio, se someterán a protocolos de aislamiento celular preestablecidos y apropiados, adaptados a las características de cada tipo de tejido.

Después del período de exposición, se medirá la expresión de ARNm y los niveles de proteína de citocinas, marcadores de fibrosis, marcadores óseos, proteínas de la matriz extracelular, enzimas de degradación de la matriz en el medio condicionado recolectado de los cultivos de miocitos y fibroblastos del ligamento amarillo.