Volumétrie et protéomique dans l'hydrocéphalie à pression normale shuntée (LiNPH)

CONTEXTE ET DESCRIPTION SOMMAIRE DU PROJET

L'hydrocéphalie à pression normale idiopathique (=iNPH) est une affection caractérisée par une dynamique cérébrale perturbée provoquant des symptômes sous forme de troubles de l'équilibre et de la marche, de l'incontinence et des troubles cognitifs chez les patients présentant une dilatation ventriculaire cérébrale. L'affection est beaucoup plus fréquente qu'on ne le pense généralement avec une prévalence qui augmente fortement avec l'âge, passant de 2,1 % chez les 70 ans à 8,9 % chez les plus de 80 ans. Adams et Hakim ont décrit la maladie dès 1965 sur la base de la symptomatologie et de la réversibilité des symptômes après prélèvement dans le LCR. Cependant, ce n'est qu'en 2005 qu'une compilation de lignes directrices fondées sur des preuves pour le diagnostic et le traitement de la maladie est sortie, les lignes directrices internationales de l'iNPH. Il a été indiqué qu'à l'heure actuelle, en plus du tap-test du LCR, il n'existe aucun test prédictif fiable de la probabilité qu'un patient réponde au shunt . Il existe plusieurs échelles différentes pour évaluer la gravité de la maladie, dont l'échelle iNPH, avec les sous-échelles de la marche, de l'équilibre, de la neuropsychologie et de la continence.

Au département de neurochirurgie (NK) et de neurologie (NL) de l'hôpital universitaire de Linköping, il existe une équipe multiprofessionnelle qui fonctionne bien depuis 2004. L'équipe étudie et traite l'iNPH avec des références provenant de la région de soins de santé du sud-est de la Suède. Chaque année, environ 250 références sont reçues, 70 à 80 patients sont évalués et au moins 40 patients sont opérés avec un shunt ventriculopéritonéal. L'évaluation consiste en une première étape d'examens radiologiques, un bilan clinique par un neurologue, suivi d'un bilan moteur par un kinésithérapeute et d'un bilan cognitif par un ergothérapeute. Des tests de tapotement du LCR sont généralement effectués dans lesquels jusqu'à 50 ml de liquide céphalo-rachidien sont drainés par ponction lombaire, ce qui, dans l'iNPH, soulage généralement les symptômes. L'évaluation comprend également l'enregistrement vidéo du schéma de mouvement d'une évaluation qualitative. Les résultats, ainsi que la radiologie, sont pesés ensemble, puis l'équipe si le patient doit se voir proposer un traitement. Les patients sont opérés d'un shunt ventriculopéritonéal à NK et suivis à NL avec les mêmes tests moteurs et cognitifs trois mois après l'opération, après quoi les résultats sont évalués. Dans des études plus importantes, environ 70 % des patients atteints d'iNPH recevant un shunt s'améliorent après l'opération.

La thérapie shunt est le seul traitement de l'iNPH et est disponible depuis les années 1950. L'objectif du traitement est de réduire la quantité de liquide céphalo-rachidien dans le système ventriculaire et de normaliser ainsi le volume dans le système ventriculaire. Depuis le début des années 1990, les vannes de dérivation réglables sont de plus en plus utilisées. Cela signifie que la valve si nécessaire peut être ajustée après implantation avec un aimant externe appliqué sur le site de la valve. L'inconvénient de la plupart des valves réglables est que le réglage de la valve peut être ajusté par inadvertance lorsqu'il est exposé à des champs magnétiques puissants, par exemple si le patient subit un examen par caméra magnétique. Les valves réglables apportent cependant de nombreux avantages car la résistance peut être adaptée aux besoins du patient même après l'opération. Par exemple, l'une des complications les plus courantes après un shunt (hématome sous-dural) peut souvent être traitée en augmentant la résistance valvulaire. En 2015, la société Codman Johnson & Johnson a introduit une nouvelle vanne de dérivation, Certas Plus, qui est une dérivation réglable avec huit réglages différents. La soupape est établie dans la pratique clinique. Les particularités sont le réglage le plus élevé (8) qui est de 40 cm H20, qui est une résistance très élevée qui, en théorie, devrait être équivalente à un shunt éteint et est appelée par la société "virtual off". Il est également conçu pour être résistant aux IRM et ne change donc pas de réglage lorsqu'il est exposé à un champ magnétique IRM. Ces caractéristiques ont jusqu'à présent été testées in vitro mais aucune étude clinique n'a encore été réalisée. Les avantages de ces fonctions sont potentiellement moins d'interventions chirurgicales et de soins hospitaliers et permettent également aux patients de la région de soins de santé du sud-est d'effectuer des examens IRM planifiés et aigus dans leur hôpital à domicile sans avoir à se rendre au service de neurochirurgie de Linköping pour un réajustement valvulaire.

La dilatation ventriculaire est un diagnostic radiologique. Depuis les années 1940, le plus grand diamètre entre les limites latérales des ventricules latéraux et le plus grand diamètre bipariétal à l'intérieur du crâne ont été mesurés pour obtenir l'indice dit d'Evans en divisant les deux et en obtenant le rapport. Il est facile à mesurer mais c'est une méthode avec de nombreuses sources d'erreur et une faible sensibilité aux changements de volume dans le système ventriculaire. Il existe un besoin pour une méthode plus fiable à la fois dans la pratique clinique et dans la recherche. La volumétrie, c'est-à-dire la mesure du volume des ventricules, est devenue une méthode de plus en plus utilisée qui, cependant, n'a pas encore eu lieu dans la pratique clinique en raison du calcul manuel fastidieux. Avec les images IRM qui sont converties dans un logiciel spécial (ITK-SNAP), le volume peut être calculé et une image tridimensionnelle du système ventriculaire peut être tracée. Quelques études dans la littérature ont étudié la relation entre la résistance des valves shunt et la réduction du volume ventriculaire. Il n'y a pas d'études prospectives en aveugle étudiant le changement de volume ventriculaire lié à la thérapie de shunt, la résistance au shunt, ni aucune étude sur l'existence d'une corrélation entre la réduction du volume ventriculaire et les résultats cliniques postopératoires. Un groupe d'étude à Uppsala a récemment publié une étude sur des patients atteints d'iNPH shuntés, dans laquelle une nouvelle technologie d'IRM développée à Linköping (SyntheticMR) peut clairement montrer comment le volume ventriculaire diminue après le traitement sans modifier l'indice d'Evans. Dans la même étude, il a également été possible de montrer comment un autre paramètre dans les ventricules, l'angle dit calleux, change clairement après le shunt. Cela fait partie d'une échelle d'évaluation radiologique, Radscale, qui peut être appliquée à ce groupe de patients. Le même groupe de recherche a également pu montrer avec SyntheticMR comment le volume ventriculaire diminue après des tests de tapotement sur des patients iNPH pour être restauré à l'original dans les 24 heures. Le CMIV (= Center for Medical Imaging and Visualization) de l'US Linköping dispose de plusieurs caméras 3 Tesla MR de l'hôpital universitaire et d'une bonne connaissance technologique et scientifique de SyntheticMR car la méthode y est développée. À l'aide d'un court protocole d'IRM (6 minutes), il produit des données quantitatives sur l'état du tissu cérébral, ce qui permet de déterminer facilement ce qu'est la matière grise et blanche du cerveau, la protéine de soutien des cellules cérébrales, la myéline ainsi que le liquide céphalo-rachidien et calcule le volume de chaque composant. Les séquences avec des protocoles standard pour l'hydrocéphalie, y compris les séquences DTI (= Diffusion Tensor Imaging), nécessitent 15 à 20 minutes supplémentaires dans la caméra IRM. SyntheticMR peut également, en tant que méthode unique jusqu'à présent, calculer facilement le volume de LCR situé à l'extérieur des ventricules dans les citernes basales et les sillons cérébraux. Cependant, personne n'a jusqu'à présent étudié les volumes de LCR extracérébral dans le cerveau sain ou dans l'iNPH. De plus, personne n'a étudié comment ce volume de LCR extracérébral change en réponse au shunt.

Le protéome est le nom collectif des protéines qu'un organisme ou un organe synthétise. Le protéome n'est pas constant mais varie entre différents organes dans le même organisme et dans le même organe au fil du temps et de l'évolution de l'organisme ou de l'organe malade. La protéomique est la science de ces protéines et peut être utilisée pour examiner quand et où certaines protéines peuvent être trouvées, leurs concentrations, comment elles sont décomposées, modifiées et interagissent dans divers processus physiologiques et pathologiques. Certaines maladies neurologiques ont été caractérisées dans leurs altérations protéomiques, comme le tremblement essentiel et la douleur neuropathique chronique, par les membres de notre groupe de recherche. La protéomique du liquide céphalo-rachidien chez les patients atteints d'iNPH est relativement inexplorée avec seulement trois études dans la littérature. Celles-ci ont caractérisé quelques protéines qui se démarquent par rapport à ce qui est attendu dans un cerveau sain. Aucune étude comparative entre le LCR prélevé par ponction lombaire et le liquide céphalo-rachidien des ventricules n'a été réalisée. Au département de médecine de la douleur et de réadaptation de l'hôpital universitaire de Linköping, un laboratoire de protéomique (laboratoire PAINOMICS) avec de nombreuses publications scientifiques est créé. Les méthodes standard disponibles pour les études de protéomique sont l'électrophorèse sur gel bidimensionnelle (électrophorèse 2D) et la spectrométrie de masse (LC-MS/MS). Ceux-ci sont appliqués pour analyser jusqu'à mille protéines dans un échantillon et avec une technologie basée sur les anticorps pour les valider. Avec la technologie basée sur les anticorps, on peut également analyser jusqu'à 86 cytokines, chimiokines, facteurs de croissance et substances métaboliques dans un panel dit multiplex. Les ensembles de données obtenus dans les études protéomiques sont complexes. Ces jeux de données sont constitués de nombreuses variables fortement corrélées (concentrations de protéines). On peut alors comparer les changements de teneur en protéines entre les patients atteints d'iNPH et les témoins établissent une différence d'« empreinte » du protéome. Il existe un grand besoin de nouveaux biomarqueurs en complément des méthodes actuellement disponibles pour établir un diagnostic définitif, évaluer la probabilité de succès de la thérapie et créer une compréhension plus approfondie de la physiopathologie de l'iNPH.

OBJECTIFS, ENJEUX SCIENTIFIQUES ET SUBETUDES :

1. Évaluez et validez une méthode cliniquement utile de surveillance des volumes ventriculaires avec l'IRM synthétique. Comparaison avec une méthode volumétrique établie (ITK-SNAP) et pour la fiabilité intra- et inter-évaluateur.
2. Cartographiez les volumes ventriculaires et la quantité de CSF intracrânien extracérébral dans des conditions physiologiques normales chez des personnes témoins en bonne santé et des patients INPH et calculez comment ces volumes changent après un shunt dans INPH.
3. Étudiez comment le changement de volume et le changement de volumétrie et iNPH Radscale après le shunt sont corrélés aux résultats cliniques 3 mois après l'opération.
4. Examinez la valve de dérivation CERTAS PLUS pour sa fonction et sa sécurité pour la résistance à la RM in vivo et corrélez le degré de réduction du volume ventriculaire en fonction de la résistance de la valve.
5. Cartographiez l'expression protéomique de l'iNPH dans le LCR et le plasma sanguin en préopératoire et surveillez les changements à 3, 12 et 36 mois après le shunt ventriculopéritonéal.
6. Comparez comment la protéomique dans le LCR dans l'iNPH diffère entre le LCR lombaire et ventriculaire et le plasma sanguin. Examinez si le LCR lombaire des patients iNPH est différent de celui d'une cohorte neurologiquement saine de personnes témoins d'âge similaire et de patients présentant un tremblement essentiel.

PLAN DU PROJET, MISE EN ŒUVRE ET SÉLECTION DES OBJETS DE RECHERCHE :

Le comité national suédois de révision de l'éthique (Etikprövningsmyndigheten), ref no 2020-0071920, a approuvé ce plan de projet.

Cinquante patients qui ont subi l'investigation de l'équipe NPH et qui sont jugés aptes au traitement par shunt sont recrutés consécutivement pour l'étude.

Un groupe témoin composé de 50 personnes volontaires de plus de 60 ans est recruté via la liste d'attente d'opération des départements d'orthopédie, d'urologie et de gynécologie de l'hôpital universitaire de Linköping. Les volontaires seront recrutés parmi les patients âgés qui, lors d'une chirurgie orthopédique/gynécologique/urologique planifiée en rachianesthésie, subiront une ponction lombaire pour l'application de l'anesthésie. Les volontaires subiront en préopératoire un examen IRM comprenant des séquences standard ainsi que des protocoles SyntheticMR pour la volumétrie.

L'investigation préopératoire de l'équipe NPH des patients iNPH consiste en les examens suivants : 1. Évaluation clinique par un neurologue. 2. L'équilibre et la capacité à marcher sont évalués par un physiothérapeute. Les tests incluent Timed Up and Go (TUG), le nombre de pas et le temps ainsi que l'échelle de marche, l'échelle d'équilibre et la marche de 10 m dans le cadre de l'échelle iNPH. 3. Un ergothérapeute évalue les fonctions cognitives et réalise les tests suivants : MMSE (=Mini-Mental State Examination), Grooved pegboard, Rey Auditory Verbal Learning Test, Stroop color naming et Stroop interférence, Trail Making Test A et B. 4. Estimation de l'incontinence urinaire se fait sur l'échelle d'incontinence urinaire. Toutes les évaluations sont combinées dans l'échelle iNPH.

Une ponction lombaire avec mesure de la pression intrathécale, analyse des cellules, des protéines, des anticorps contre la maladie de Lyme et le tap-test du LCR fait partie de l'investigation de base. Les antécédents médicaux du patient, les symptômes et les résultats de la radiologie et du test du LCR sont discutés au sein de l'équipe NPH pour décider si le patient est jugé apte à un shunt.

Les patients qui se voient recommander un shunt par l'équipe et qui ne répondent pas aux critères d'exclusion de l'étude sont appelés à une visite ambulatoire chez le Dr Rafael Holmgren, sont informés de l'opération envisagée et des risques associés et se voient proposer une participation à l'étude après information orale et écrite. Les patients ont le temps de réfléchir et de revenir au téléphone de l'infirmière de référence avant de répondre.

Les volontaires du groupe témoin sont recrutés parmi les patients devant subir une intervention chirurgicale en rachianesthésie par les services d'orthopédie, d'urologie et de gynécologie de l'hôpital universitaire de Linköping. Ils sont informés d'une éventuelle participation à l'étude oralement par téléphone ou s'ils le souhaitent lors d'une consultation ambulatoire avec le Dr Rafael Holmgren en plus des informations écrites. Les participants du groupe témoin subiront avant leur opération un examen IRM avec protocole standard et IRM synthétique. Avant l'administration de la rachianesthésie, 10 ml de LCR lombaire sont prélevés pour l'analyse du profil protéomique ainsi qu'un échantillon de sang dans le même but.

Les patients iNPH participants à shunt subiront la veille de la chirurgie une IRM avec un protocole standard modifié et une IRM synthétique ; le temps nécessaire est d'environ 45 minutes.

Les patients subissent une anesthésie générale le lendemain et une ponction lombaire est réalisée, après quoi 10 ml de liquide céphalo-rachidien sont prélevés. Simultanément, un échantillon de sang est également prélevé pour analyse protéomique. Le patient est opéré d'un shunt ventriculopéritonéal selon une procédure standard par l'un des trois chirurgiens (Dr Rafael Holmgren, Dr Peter Zsigmond ou Dr Martin Nilsson à NK). Les patients reçoivent une valve de dérivation Codman CERTAS PLUS avec un réglage de valve sur deux en aveugle pour l'opérateur, le patient et les investigateurs radiologiques (fixé par un autre collègue conformément à la randomisation) : 4 (=110 mm H20, réglage par défaut conventionnel) ou 8 (> 400 mm H20 a k a "arrêt virtuel"). Comme les ventricules cérébraux sont percés par le cathéter, un autre 10 ml de CSF pour la protéomique est collecté ici. Les échantillons sont transportés au laboratoire de protéomique, centrifugés, aliquotés en petits aliquots avant d'être congelés. Ils sont ensuite stockés dans la biobanque de la médecine du travail et de l'environnement à l'hôpital universitaire de Linköping (enregistré auprès du Conseil national de la santé et du bien-être). Chaque sujet entrant reçoit un numéro de code unique et tous les tubes à essai sont marqués avec ce numéro. La clé de code est conservée dans une armoire verrouillée au département de neurochirurgie de Linköping.

Environ 36 heures (plage 24-48 heures) après l'opération, le patient subit un nouvel examen IRM avec SyntheticMR et après cet examen, le réglage de la valve est vérifié avec un compas lecteur tenu au-dessus de la valve. Les patients qui avaient initialement reçu le réglage 8 de la valve sont maintenant ajustés pour recevoir le réglage standard 4, sauf s'ils ont subi un hématome sous-dural après l'opération, qui est détecté à l'examen IRM postopératoire. Le patient est ensuite renvoyé à la maison ou à son hôpital local. Ainsi, tous les patients rentrent chez eux avec un traitement shunt fonctionnel.

Les patients sont rappelés pour un suivi standard pour les patients shuntés iNPH après trois mois pour une visite de retour au chirurgien et effectuer un examen clinique/suivi par un kinésithérapeute et un ergothérapeute avec le même protocole pour les tests moteurs et cognitifs comme avant l'opération. Les patients subissent également un nouvel examen IRM avec le même protocole qu'avant l'opération. Le réglage de la valve de dérivation est vérifié après l'IRM pour confirmer que le réglage de la valve est le même qu'avant. En outre, la chambre de la valve de dérivation est percée dans des conditions stériles avec une petite aiguille pour obtenir 10 ml de CSF des ventricules et un échantillon de sang est également prélevé pour une analyse protéomique.

Les patients sont rappelés chez le médecin opérateur un et trois ans après l'intervention pour un bilan clinique et une nouvelle ponction de la valve de dérivation et des analyses de sang avec le même protocole qu'au contrôle à 3 mois.

Toutes les complications liées au shunt, y compris les ajustements de la résistance du shunt en rapport avec l'IRM, sont enregistrées en continu.

Les analyses d'échantillons de LCR et de sang sont effectuées par le professeur Bijar Ghafouri du laboratoire Painomics avec à la fois la spectrométrie de masse et l'électrophorèse 2D pour identifier, séparer les protéines et les techniques ELISA pour les caractériser. L'identité de l'échantillon n'est pas connue de l'examinateur.

Les études IRM sont analysées dans un logiciel spécifique adapté à l'évaluation des volumes dans les études réalisées à la fois avec la technologie conventionnelle (ITK SNAP) et la technologie SyntheticMR par le Dr Holmgren et le Dr Georgiopoulos. L'identité du patient et le réglage du shunt sont ignorés des examinateurs ainsi que le moment de l'étude.

BASE STATISTIQUE DE LA TAILLE DE LA POPULATION ÉTUDIÉE

Un nombre de cinquante patients iNPH est jugé suffisant pour répondre aux objectifs annoncés du projet. En effet, les études en protéomique à l'iNPH (par Chen et al et Li et al, voir références) ont inclus respectivement 18 et 15 patients et ont obtenu des résultats clairs et statistiquement significatifs. Les études sur le volume ventriculaire calculé par IRM synthétique après ponction lombaire et shunt par Virhammar et al ont inclus respectivement 23 et 18 patients et ont donné des résultats clairs et statistiquement significatifs. Le nombre de sujets/volontaires témoins neurologiquement sains dans le groupe témoin s'élève à 50 pour correspondre au nombre de patients INPH.