Volumetriikka ja proteomiikka ohitetussa normaalipaineisessa vesipäässä (LiNPH)

PROJEKTIN TAUSTA JA YHTEENVETOKUVAUS

Idiopaattinen normaalipaineinen vesipää (=iNPH) on tila, jossa aivodynamiikka on häiriintynyt ja joka aiheuttaa oireita, kuten tasapaino- ja kävelyhäiriöitä, inkontinenssia ja kognitiivista heikkenemistä potilailla, joilla on aivokammioiden laajentuminen. Sairaus on paljon yleisempi kuin yleisesti tiedetään, ja sen esiintyvyys lisääntyy jyrkästi iän myötä, 2,1 prosentista 70-vuotiaiden 8,9 prosenttiin yli 80-vuotiaiden iässä. Adams ja Hakim kuvasivat sairautta jo vuonna 1965 oireiden ja oireiden palautuvuuden perusteella aivo-selkäydinnesteen napautuksen jälkeen. Kuitenkin vasta vuonna 2005 ilmestyi kokoelma näyttöön perustuvista ohjeista taudin diagnosointiin ja hoitoon, iNPH International Guidelines. Todettiin, että tällä hetkellä CSF-tap-testin lisäksi ei ole luotettavaa ennustavaa testiä potilaan todennäköisyydelle reagoida vaihtoon. Taudin vakavuuden arvioimiseen on olemassa useita eri asteikkoja, joista yksi on iNPH-asteikko, jossa on kävelyn, tasapainon, neuropsykologian ja kontinenssin alaasteikko.

Linköpingin yliopistollisen sairaalan neurokirurgian (NK) ja neurologian (NL) osastolla on toiminut hyvin toimiva moniammatillinen tiimi vuodesta 2004 lähtien. Tiimi tutkii ja hoitaa iNPH:ta Kaakkois-Ruotsin terveydenhuoltoalueelta tulevilla lähetteillä. Vuosittain vastaanotetaan noin 250 lähetettä, 70-80 potilasta arvioidaan ja vähintään 40 potilasta leikataan ventriculoperitoneaalisella shuntingilla. Arviointi koostuu radiologisten tutkimusten ensimmäisessä vaiheessa, neurologin kliinisestä arvioinnista, jota seuraa fysioterapeutin motoriikka ja toimintaterapeutin kognitiivinen arviointi. Aivo-selkäydinnestettä tehdään yleensä lannepunktiolla, joka yleensä lievittää oireita iNPH:ssa. Arviointiin kuuluu myös laadullisen arvioinnin liikemallin videonauhoitus. Tulokset yhdessä radiologian kanssa punnitaan yhdessä ja sitten tiimi, jos potilaalle pitäisi tarjota hoitoa. Potilaita leikataan ventriculoperitoneaalisella shuntingilla NK:ssa ja seurataan NL:ssä samoilla motorisilla ja kognitiivisilla testeillä kolme kuukautta leikkauksen jälkeen, minkä jälkeen tulokset arvioidaan. Suuremmissa tutkimuksissa noin 70 % shuntin saaneista iNPH-potilaista paranee leikkauksen jälkeen.

Shunttihoito on iNPH:n ainoa hoitomuoto, ja se on ollut saatavilla 1950-luvulta lähtien. Hoidon tavoitteena on vähentää aivo-selkäydinnesteen määrää kammiojärjestelmässä ja sitä kautta normalisoida kammiojärjestelmän tilavuus. 1990-luvun alusta lähtien säädettäviä shunttiventtiilejä on käytetty yhä enemmän. Tämä tarkoittaa, että venttiiliä voidaan tarvittaessa säätää istutuksen jälkeen ulkoisella magneetilla, joka on kiinnitetty venttiilin kohtaan. Useimpien säädettävien venttiilien haittapuolena on, että venttiilin asentoa voidaan säätää vahingossa, kun se altistuu voimakkaille magneettikentille, esimerkiksi jos potilaalle tehdään magneettikameratutkimus. Säädettävillä venttiileillä on kuitenkin monia etuja, koska vastusta voidaan mukauttaa potilaan tarpeisiin myös leikkauksen jälkeen. Esimerkiksi yksi yleisimmistä ohituksen jälkeisistä komplikaatioista (subduraalinen hematooma) voidaan usein hoitaa nostamalla venttiilin vastusta. Vuonna 2015 Codman Johnson & Johnson esitteli uudenlaisen shunttiventtiilin, Certas Plusin, joka on säädettävä shuntti kahdeksalla eri asetuksella. Venttiili on vakiintunut kliinisessä käytännössä. Erityispiirteitä ovat korkein asetus (8), joka on 40 cm H20, joka on erittäin korkea vastus, jonka teoriassa pitäisi vastata sammutettua shunttia ja jota yritys kutsuu "virtuaalisuojaksi". Se on myös suunniteltu kestämään MR-säteilyä, joten se ei muuta asetusta altistuessaan MRI-magneettikentälle. Näitä ominaisuuksia on toistaiseksi testattu in vitro, mutta kliinisiä tutkimuksia ei ole vielä tehty. Näiden toimintojen etuna on mahdollisesti vähemmän leikkaustoimenpiteitä ja laitoshoitoa, ja se mahdollistaa myös Kaakkois-sairaanhoidon alueen potilaiden suunnitellun ja akuutin magneettikuvauksen tekemisen kotisairaalassa ilman, että heidän tarvitsee mennä Linköpingin neurokirurgiselle osastolle läppäsäätöön.

Kammion laajentuma on radiologinen diagnoosi. 1940-luvulta lähtien suurin halkaisija sivukammioiden lateraalisten rajojen ja kallon sisäpuolen suurin biparietaalihalkaisija on mitattu ns. Evans-indeksin saamiseksi jakamalla nämä kaksi ja laskemalla suhde. Se on helppo mitata, mutta se on menetelmä, jossa on monia virhelähteitä ja huono herkkyys kammiojärjestelmän tilavuuden muutoksille. Sekä kliinisessä käytännössä että tutkimuksessa tarvitaan luotettavampi menetelmä. Volumetriasta eli kammioiden tilavuuden mittaamisesta on tullut yhä useammin käytetty menetelmä, joka ei kuitenkaan ole vielä toteutunut kliinisessä käytännössä aikaa vievän manuaalisen laskennan vuoksi. Erityisohjelmistolla (ITK-SNAP) muunnetuilla MRI-kuvilla voidaan laskea tilavuus ja piirtää kolmiulotteinen kuva kammiojärjestelmästä. Muutamat kirjallisuuden tutkimukset ovat tutkineet suhdetta shunttiventtiilien vastuksen ja kammiotilavuuden vähenemisen välillä. Prospektiivisia sokkotutkimuksia ei ole tutkittu kammion tilavuuden muutosta, joka liittyy shunttihoitoon, shunttiresistanssiin, eikä myöskään ole olemassa tutkimuksia siitä, onko kammiotilavuuden pienenemisen ja leikkauksen jälkeisen kliinisen lopputuloksen välillä korrelaatiota. Uppsalalainen tutkimusryhmä on äskettäin julkaissut shunted iNPH-potilaita koskevan tutkimuksen, jossa Linköpingissä kehitetty uusi MRI-tekniikka (SyntheticMR) voi selvästi osoittaa kuinka kammiotilavuus pienenee hoidon jälkeen muuttamatta Evansin indeksiä. Samassa tutkimuksessa pystyttiin myös osoittamaan, kuinka toinen kammioiden parametri, ns. callosaalinen kulma, muuttuu selvästi ohituksen jälkeen. Tämä on osa radiologista arviointiasteikkoa, Radscale, jota voidaan soveltaa tähän potilasryhmään. Sama tutkimusryhmä on aiemmin pystynyt myös osoittamaan SyntheticMR:llä, kuinka kammiotilavuus pienenee iNPH-potilaiden napautustestien jälkeen, jotta se palautuu alkuperäiseen 24 tunnin kuluessa. Yhdysvaltain Linköpingin CMIV:llä (=Center for Medical Imaging and Visualization) on useita yliopistollisen sairaalan 3-Teslan MR-kameroita sekä hyvä teknologinen ja tieteellinen tietämys SyntheticMR:stä, koska menetelmää siellä kehitetään. Se tuottaa lyhyellä MRI-protokollalla (6 minuuttia) kvantitatiivista tietoa aivokudoksen tilasta, jonka avulla on helppo todeta mikä on harmaa- ja valkoaine, aivosolujen tukiproteiini myeliini sekä aivo-selkäydinneste ja laskee kunkin komponentin tilavuus. Sekvenssit, joissa käytetään vesipään standardiprotokollia, mukaan lukien DTI (=Diffusion Tensor Imaging) -sekvenssit, vaativat vielä 15–20 minuuttia MRI-kamerassa. SyntheticMR pystyy myös toistaiseksi ainoana menetelmänä helposti laskemaan sen CSF:n tilavuuden, joka sijaitsee kammioiden ulkopuolella tyvisäiliöissä ja aivosulkuissa. Kukaan ei kuitenkaan ole toistaiseksi tutkinut aivojen ulkopuolisen CSF:n määriä terveissä aivoissa tai iNPH:ssa. Lisäksi kukaan ei ole tutkinut, kuinka tämä aivojen ulkopuolinen CSF-tilavuus muuttuu vasteena shuntingille.

Proteomi on organismin tai elimen syntetisoimien proteiinien yhteisnimi. Proteomi ei ole vakio, vaan se vaihtelee eri elinten välillä samassa organismissa ja samassa elimessä ajan ja sairaan organismin tai elimen muutoksen myötä. Proteomiikka on tiedettä näistä proteiineista ja sitä voidaan käyttää tutkimaan, milloin ja missä tiettyjä proteiineja löytyy, näiden pitoisuuksia, kuinka ne hajoavat, muuntuvat ja ovat vuorovaikutuksessa erilaisissa fysiologisissa ja sairausprosesseissa. Tutkimusryhmämme jäsenet ovat karakterisoineet joitain neurologisia sairauksia proteomisissa muutoksissaan, kuten essentiaalista vapinaa ja kroonista neuropaattista kipua. Aivo-selkäydinnesteen proteomiikka potilailla, joilla on iNPH, on suhteellisen tutkimaton, ja kirjallisuudessa on vain kolme tutkimusta. Nämä ovat luonnehtineet muutamia proteiineja, jotka erottuvat verrattuna siihen, mitä terveiltä aivoilta odotetaan. Vertailevia tutkimuksia lannepunktiolla otetun aivo-selkäydinnesteen ja kammioista tulevan aivo-selkäydinnesteen välillä ei ole tehty. Linköpingin yliopistollisen sairaalan kipu- ja kuntoutuslääketieteen osastolle perustetaan proteomiikkalaboratorio (PAINOMICS lab), jossa on monia tieteellisiä julkaisuja. Proteomiikan tutkimuksiin käytettävissä olevat standardimenetelmät ovat kaksiulotteinen geelielektroforeesi (2D-elektroforeesi) ja massaspektrometria (LC-MS/MS). Niitä käytetään analysoimaan jopa tuhat proteiinia yhdessä näytteessä ja validoimaan ne vasta-ainepohjaisella tekniikalla. Vasta-ainepohjaisella tekniikalla voidaan myös analysoida jopa 86 sytokiinia, kemokiinia, kasvutekijää ja metaboliaa ns. multipleksipaneelissa. Proteomisissa tutkimuksissa saadut tietojoukot ovat monimutkaisia. Nämä tietojoukot koostuvat monista ja voimakkaasti korreloivista muuttujista (proteiinipitoisuuksista). Sitten voidaan verrata proteiinipitoisuuden muutoksia iNPH-potilaiden välillä, ja kontrollit osoittavat eron proteomin "sormenjäljessä". Uusille biomarkkereille on suuri tarve täydentämään tällä hetkellä saatavilla olevia menetelmiä varman diagnoosin tekemiseksi, hoidon onnistumisen todennäköisyyden arvioimiseksi ja syvemmän ymmärryksen luomiseksi iNPH:n patofysiologiasta.

TAVOITTEET, TIETEELLISET KYSYMYKSET JA TUTKIMUKSET:

1. Arvioi ja validoi kliinisesti käyttökelpoinen menetelmä kammioiden tilavuuden seurantaan synteettisellä MRI:llä. Vertailu vakiintuneeseen volumetriseen menetelmään (ITK-SNAP) ja arvioijien sisäiseen ja väliseen luotettavuuteen.
2. Kartoita kammioiden tilavuudet ja aivojen ulkopuolisen kallonsisäisen aivo-selkäydinnesteen määrä normaaleissa fysiologisissa olosuhteissa terveillä kontrollihenkilöillä ja INPH-potilailla ja laske kuinka nämä tilavuudet muuttuvat INPH-shuntauksen jälkeen.
3. Tutki kuinka tilavuuden muutos ja tilavuuden muutos sekä iNPH Radscale korreloivat kliinisen tuloksen kanssa 3 kuukauden kuluttua leikkauksesta.
4. Tarkista shunttiventtiilin CERTAS PLUS toiminta ja turvallisuus MR-resistanssin suhteen in vivo ja korreloi kammiotilavuuden vähenemisen aste venttiilin vastuksen perusteella.
5. Kartoita iNPH:n proteominen ilmentyminen aivo-selkäydinnesteessä ja veriplasmassa ennen leikkausta ja tarkkaile muutosta 3, 12 ja 36 kuukauden kuluttua ventriculoperitoneaalisesta shuntingista.
6. Vertaa, kuinka proteomiikka CSF:ssä iNPH:ssa eroaa lannerangan ja kammion CSF:n ja veriplasman välillä. Tutki, onko iNPH-potilaiden lannerangan CSF erilainen verrattuna neurologisesti terveen kohortin vertailuhenkilöihin, jotka ovat samanikäisiä ja potilaita, joilla on essentiaalinen vapina.

PROJEKTISUUNNITELMA, TOTEUTUS JA TUTKIMUSKOHTEIDEN VALINTA:

Ruotsin kansallinen eettinen arviointilautakunta (Etikprövningsmyndigheten), viitenumero 2020-0071920, on hyväksynyt tämän hankesuunnitelman.

Viisikymmentä potilasta, jotka ovat käyneet läpi NPH-tiimin tutkimuksen ja jotka katsotaan soveltuviksi shunttihoitoon, rekrytoidaan peräkkäin tutkimukseen.

Linköpingin yliopistollisen sairaalan ortopedian, urologian ja gynekologian osastojen leikkausjonolistan kautta rekrytoidaan 50 vapaaehtoisen yli 60-vuotiaan henkilön kontrolliryhmä. Vapaaehtoisia rekrytoidaan iäkkäistä potilaista, joille suunnitellun ortopedisen/gynekologisen/urologisen leikkauksen aikana spinaalipuudutuksessa tehdään lannepunktio anestesian soveltamista varten. Vapaaehtoiset käyvät ennen leikkausta MRI-tutkimuksen, joka sisältää vakiosekvenssit sekä SyntheticMR-protokollat ​​tilavuusmittausta varten.

NPH-tiimin iNPH-potilaiden leikkausta edeltävä tutkimus koostuu seuraavista tutkimuksista: 1. Neurologin kliininen arvio. 2. Tasapainoa ja kävelykykyä arvioi fysioterapeutti. Testeihin kuuluvat Timed Up and Go (TUG), askelmäärä ja aika sekä kävelyasteikko, tasapainoasteikko ja 10 metrin kävely osana iNPH-asteikkoa. 3. Toimintaterapeutti arvioi kognitiiviset toiminnot ja suorittaa seuraavat testit: MMSE (=Mini-Mental State Examination), Grooved pegboard, Rey Auditory Verbal Learning Test, Stroop-värien nimeäminen ja Stroop-häiriöt, Trail Making Test A ja B. 4. Arvio virtsanpidätyskyvyttömyys tehdään virtsankarkailuasteikolla. Kaikki arvioinnit yhdistetään iNPH-asteikolla.

Perustutkimukseen sisältyy lannepunktio intratekaalisen paineen mittauksella, solujen, proteiinien, Lymen taudin vasta-aineiden analyysillä ja aivo-selkäydinnesteen tap-testillä. Potilaan sairaushistoria, oireet sekä radiologian ja CSF-tap-testin tulokset keskustellaan NPH-tiimissä, jotta voidaan päättää, katsotaanko potilas sopivaksi shunttiin.

Potilaat, joille ryhmä suosittelee vaihtotyötä ja jotka eivät täytä tutkimuksen poissulkemiskriteerejä, kutsutaan avohoitokäynnille tohtori Rafael Holmgrenin luo, heille tiedotetaan suunnitellusta leikkauksesta ja siihen liittyvistä riskeistä sekä tarjotaan osallistumista tutkimukseen suullisen ja kirjallisen tiedon jälkeen. Potilaille tarjotaan aikaa miettiä ja palata yhteyshoitajan puhelimeen ennen vastaamista.

Vertailuryhmän vapaaehtoiset rekrytoidaan Linköpingin yliopistollisen sairaalan ortopedian, urologian ja gynekologian osastoilta spinaalipuudutuksessa leikkaukseen suunnitelluista potilaista. Heille tiedotetaan mahdollisesta tutkimukseen osallistumisesta suullisesti puhelimitse tai haluttaessa avohoidossa tohtori Rafael Holmgrenin kanssa kirjallisen tiedon lisäksi. Kontrolliryhmän osallistujille tehdään ennen leikkaustaan ​​magneettikuvaus standardiprotokollalla ja synteettisellä magneettikuvauksella. Ennen spinaalipuudutuksen antamista otetaan 10 ml lannerangan CSF:ää proteomisen profiilin analysoimiseksi sekä verinäyte samaa tarkoitusta varten.

Osallistuvat iNPH-potilaat, jotka on määrä ohittaa, joutuvat leikkausta edeltävänä päivänä magneettikuvaukseen modifioidulla standardiprotokollalla ja SyntheticMR:llä; tarvittava aika on noin 45 minuuttia.

Potilaille tehdään seuraavana päivänä yleisanestesia ja suoritetaan lannepunktio, jonka jälkeen kerätään 10 ml aivo-selkäydinnestettä. Samalla otetaan myös verinäyte proteomianalyysiä varten. Jompikumpi kolmesta kirurgista (tohtori Rafael Holmgren, tohtori Peter Zsigmond tai tohtori Martin Nilsson NK:sta) leikataan potilasta standarditoimenpiteellä ventriculoperitoneaalisella shuntingilla. Potilaat saavat Codman CERTAS PLUS -shunttiventtiilin, jossa toinen kahdesta venttiiliasennosta on sokaissut käyttäjälle, potilaalle ja radiologisille tutkijoille (toisen kollegan asettama satunnaistuksen mukaisesti): 4 (=110 mm H20, tavanomainen oletusasetus) tai 8 (> 400 mm H20 a k a "virtuaalinen pois päältä"). Koska katetri puhkaisee aivokammiot, tähän kerätään vielä 10 ml CSF proteomiikkaa varten. Näytteet kuljetetaan proteomiikan laboratorioon, sentrifugoidaan, jaetaan pieniin eriin ennen jäädyttämistä. Sen jälkeen ne varastoidaan Linköpingin yliopistollisen sairaalan työ- ja ympäristölääketieteen biopankkiin (rekisteröity Terveys- ja hyvinvointilautakunnalle). Jokaiselle saapuvalle koehenkilölle annetaan yksilöllinen koodinumero ja kaikki koeputket on merkitty tällä numerolla. Koodiavain säilytetään Linköpingin neurokirurgian laitoksen lukitussa kaapissa.

Noin 36 tuntia (vaihteluväli 24-48 tuntia) leikkauksen jälkeen potilaalle tehdään uusi MRI-tutkimus SyntheticMR:llä ja tämän tutkimuksen jälkeen venttiilin asento tarkistetaan venttiilin yläpuolella olevalla lukijakompassilla. Potilaat, jotka alun perin saivat venttiilin asennon 8, ovat nyt säädetty saamaan vakioasetuksen 4, elleivät he ole kärsineet leikkauksen jälkeen subduraalista hematoomasta, joka havaitaan magneettikuvauksessa leikkauksen jälkeen. Tämän jälkeen potilas kotiutetaan joko kotiin tai paikalliseen sairaalaan. Näin kaikki potilaat palaavat kotiin toimivan shunttihoidon kanssa.

Potilaat kutsutaan takaisin normaaliseurantaan shunted iNPH -potilaille kolmen kuukauden kuluttua uusintakäyntiä varten kirurgin luona ja fysioterapeutin ja toimintaterapeutin suorittamaan kliiniseen tutkimukseen/seurantaan samoilla motorisilla ja kognitiivisilla testeillä. kuten ennen leikkausta. Potilaille tehdään myös uusi MRI-tutkimus samalla protokollalla kuin ennen leikkausta. Shunttiventtiilin asetus tarkistetaan MRI:n jälkeen sen varmistamiseksi, että venttiilin asetus on sama kuin ennen. Myös shunttiventtiilikammio puhkaistaan ​​steriileissä olosuhteissa pienellä neulalla 10 ml CSF:n saamiseksi kammioista ja verinäyte otetaan myös proteominen analyysi.

Potilaat kutsutaan takaisin leikkauslääkärille vuoden ja kolmen vuoden kuluttua leikkauksesta kliiniseen arviointiin ja uuteen shunttiläpän pistokseen ja verikokeisiin samalla toimenpiteellä kuin 3 kuukauden tarkastuksessa.

Kaikki shunttiin liittyvät komplikaatiot, mukaan lukien shuntin vastuksen muutokset MRI:n yhteydessä, rekisteröidään jatkuvasti.

Professori Bijar Ghafouri Painomicsin laboratoriossa suorittaa CSF- ja verinäytteiden määritykset sekä massaspektrometrialla että 2D-elektroforeesilla proteiinien tunnistamiseksi, erottamiseksi ja ELISA-tekniikoiden karakterisoimiseksi. Näytteen identiteetti on sokea tutkijalle.

MRI-tutkimukset analysoidaan erityisellä ohjelmistolla, joka on sovitettu mittaamaan tilavuuksia sekä tavanomaisella tekniikalla (ITK SNAP) että SyntheticMR-tekniikalla tehdyissä tutkimuksissa, joita ovat tehneet tohtori Holmgren ja tohtori Georgiopoulos. Potilaan henkilöllisyys ja shunttiasetus sokeutuvat tutkijoille sekä tutkimuksen ajoitukselle.

TILASTOPERUSTA TUTKIMUKSESTA KOKOON

Viisikymmentä iNPH-potilasta katsotaan riittäväksi vastaamaan projektin asetettuihin tavoitteisiin. Tämä johtuu siitä, että iNPH:n proteomiikkatutkimukset (Chen et al ja Li et al, katso viitteet) sisälsivät 18 potilasta ja 15 potilasta, ja niistä saatiin selkeät tilastollisesti merkitsevät tulokset. Virhammar et al.:n synteettisellä MRI:llä lannepunktion ja shuntingin jälkeen lasketut kammiotilavuuden tutkimukset sisälsivät 23 ja 18 potilasta, ja ne antoivat selkeät tilastollisesti merkitsevät tulokset. Neurologisesti terveiden kontrollihenkilöiden/vapaaehtoisten määrä kontrolliryhmässä on 50, mikä vastaa INPH-potilaiden määrää.