Profil transcriptomique des patients traités avec différentes modalités de stimulation de la moelle épinière (SCS-OMICS)

Le syndrome d'échec de la chirurgie du dos (FBSS) est un véritable défi pour le spécialiste en raison de sa complexité clinique et de son importance économique, non seulement dans le coût du traitement, mais en raison de la forte incidence du syndrome chez les patients en âge de travailler et avec une espérance de vie normale. Ce syndrome est une complication de la chirurgie lombo-sacrée avec une incidence allant de 5 à 40 %.

La stimulation de la moelle épinière (SCS) est utilisée depuis des années dans le traitement des patients atteints de FBSS de manière sûre et efficace. Bien que l'on ait initialement cru que le principal mécanisme d'action était expliqué par la " théorie du contrôle de porte " décrite par Wall et Melzack en 1965, il convient de noter que d'autres mécanismes au-delà de cela pourraient contribuer au soulagement de la douleur résultant du SCS. Ceux-ci comprennent l'inhibition de l'excitabilité neuronale et de l'hypersensibilité au niveau médullaire ainsi que des modifications de la libération de neurotransmetteurs comme le GABA, l'acétylcholine, l'adénosine, la sérotonine et la noradrénaline, impliqués dans la transmission et la modulation de la douleur. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents à l'effet thérapeutique du SCS restent inconnus.

Les études génétiques sont utilisées pour fournir de nouvelles informations sur les mécanismes moléculaires sous-jacents à l'apparition et au maintien de la douleur. Celles-ci peuvent être motivées par l'hypothèse, évaluant ainsi l'expression de molécules par défaut, ou indépendantes de l'hypothèse, explorant l'expression génique au niveau du gène dans l'ensemble du génome. Les micropuces mesurent l'expression de centaines de gènes dans un échantillon donné. Utilisés pour étudier une grande variété de systèmes biologiques, ils ont été utilisés pour évaluer des changements importants au niveau transcriptionnel dans différentes parties du système nerveux central ou périphérique, conduisant à la découverte de nouveaux gènes liés à la douleur tels que la sous-unité Kv9.1 du canal potassique ou KCNS1.

Récemment, certaines études sur des modèles animaux suggèrent que le SCS produit des changements importants dans l'expression des gènes. Tilley et ses collaborateurs ont découvert que le SCS produisait une modulation dans l'expression de 5HTra, cFOS et GABAbr1 entre autres, avec une forte corrélation entre la quantité de courant appliquée et l'expression de GABAbr1, Na/K ATPase (corrélation négative), 5HT3r et VIP (positive corrélation) au niveau médullaire ainsi qu'au niveau du ganglion de la racine dorsale. Ces auteurs se sont concentrés sur l'analyse de groupes de gènes qui se sont révélés altérés dans des modèles animaux de lésions nerveuses périphériques. Stephens et ses collaborateurs ont effectué une séquence d'ARN de la moelle épinière de rats souffrant de douleurs neuropathiques secondaires à la ligature du nerf sciatique sur lequel un stimulateur de la moelle épinière a été implanté et ont découvert que l'expression des gènes changeait après l'application de SCS. Ils ont identifié que l'expression de certains gènes clés dans l'expression du réseau de protéines de soutien post-synaptiques dense en protéines dans les synapses glutamaergiques est régulée à la baisse après SCS ; cela pourrait déstabiliser ce réseau dense, diminuant ainsi l'efficacité de la signalisation synaptique. Ils ont également découvert que le SCS pouvait activer les voies vertébrales voisines qui affectent les neurones et les cellules brillantes dans les segments spinaux distaux. Le groupe de Vallejo et Tilley a également effectué une analyse approfondie du transcriptome dans des modèles animaux de douleur neuropathique et a découvert que le SCS produit une modulation significative de l'expression génique au niveau de la moelle épinière et du ganglion de la racine dorsale, avec des groupes de gènes et des voies métaboliques similaires dans les deux tissus et qui sont directement liés. ou indirectement liés à la régénération neuronale, à la régulation des réponses inflammatoires et immunitaires et à la régulation du transport des ions. Notre groupe a analysé l'expression génique de différents marqueurs (des récepteurs cannabinoïdes, des récepteurs opioïdes et des peptides opioïdes) à l'aide d'une réaction en chaîne par polymérase en temps réel à partir d'ARN lymphocytaire obtenu à partir d'échantillons de sang périphérique de patients atteints de FBSS traités par SCS, observant une augmentation significative de la proenképhaline ( PNK) suivant SCS par rapport aux niveaux de base et maintenu dans le temps.

Utilisant les avantages de l'étude à grande échelle du génome à l'aide de puces à ADN, nous avons mené un projet de recherche ces dernières années avec l'objectif principal d'identifier de nouvelles bases moléculaires, définies avec des profils transcriptomiques, exprimés de manière différentielle dans le plasma de patients atteints de FBSS et traités par SCS tonique ou conventionnel. Cette étude a été financée par l'Instituto de Salud Carlos III dans le cadre du projet PI16/01364 (cofinancé par le Fonds européen de développement régional/Fonds social européen "A way to make Europe"/"Investing in your future"). Le projet a été approuvé par le Comité d'éthique pour la recherche clinique de l'hôpital général universitaire de Valence. L'étude était conforme aux réglementations locales, aux directives de bonnes pratiques cliniques et aux principes de la Déclaration d'Helsinki, ainsi qu'à la législation et aux réglementations en vigueur régissant la protection des données personnelles et les droits et responsabilités en matière d'information et de documentation dans le domaine des soins de santé. Notre groupe a réalisé une analyse transcriptomique du sang de patients atteints de FBSS et traités par SCS (patients répondeurs) ; nous avons obtenu des échantillons avant et à différents moments après l'implantation du système afin de trouver une expression génique différentielle en réponse au traitement et qui pourraient servir de biomarqueurs potentiels d'efficacité à la thérapie. Nous avons également effectué une analyse transcriptomique des patients chez lesquels le SCS n'était pas efficace (non-répondeurs), en comparant les résultats avec les patients répondants dans le but de trouver une expression différentielle de biomarqueurs potentiels de réponse au traitement SCS. Enfin, nous avons comparé l'expression des patients diagnostiqués avec FBSS avec un groupe de patients intervenus sur la colonne vertébrale qui n'ont pas développé de douleur et ont servi de groupe témoin ; nous essayons de trouver des différences dans l'expression des gènes entre les deux populations dans le but de trouver d'éventuels biomarqueurs du développement de la maladie. Nous avons inclus 30 patients atteints de FBSS traités par SCS (dont 7 non-répondeurs et 23 répondeurs) et 15 patients témoins. Nous avons terminé le recrutement et l'analyse des périodes d'échantillonnage et nous sommes actuellement dans la phase d'interprétation des résultats finaux et d'élaboration des publications correspondantes. Bien que les résultats ne soient pas définitifs, une analyse préliminaire montre qu'il existe plus de 190 gènes exprimés de manière différentielle (p < 0,05) au départ lorsque l'on compare les patients témoins et les patients atteints de FBSS traités par SCS. Nous avons également trouvé plus de 750 gènes différentiellement exprimés chez les patients implantés avant et après le début de la thérapie SCS.

HYPOTHÈSE

Les processus biochimiques et moléculaires associés au FBSS sont inconnus, tout comme les changements qui se produisent chez les patients subissant une SCS. L'analyse transcriptomique semble être un outil prometteur pour éclairer les mécanismes sous-jacents à la douleur chronique. La quantification de l'ARN par RT-PCR permettra d'identifier les gènes différentiels impliqués et de tirer des conclusions solides.

Notre hypothèse est basée sur le fait qu'une expression génétique différente doit se produire dans des situations cliniques liées à la douleur et que ces altérations devraient être modifiées de manière différentielle chez les patients traités avec succès par stimulation de la moelle épinière.

L'identification de ces éventuels biomarqueurs d'état ou d'évolution de la pathologie et de son traitement contribuera de manière significative à établir des stratégies thérapeutiques plus précises et pourra servir de biomarqueurs prédictifs de la réponse au traitement, guidant la sélection de cibles thérapeutiques pour le développement de futures stratégies de traitement.

OBJECTIFS DE L'ETUDE

Sur la base de ces hypothèses et avec les résultats prometteurs précédemment obtenus par notre groupe, les chercheurs visent à comparer si la programmation DTM du système SCS produit un effet de niveau d'expression différent de la programmation conventionnelle dans le but de rechercher des biomarqueurs de réponse et d'évolution à ce modalité de programmation.

Les chercheurs visent également à étudier si ces différences pourraient être en relation avec des résultats cliniques significativement différents et en corrélation avec l'intensité de l'effet des différentes modalités.