Cytokines, modulateurs de la neuroplasticité et biomarqueurs dans la sténose du canal rachidien et la décompression endoscopique

La sténose spinale est un trouble musculo-squelettique courant qui provoque des douleurs ou une incapacité chez les patients. Cependant, la pathogenèse de cette maladie est complexe et n'a pas encore été totalement élucidée. La sténose du canal lombaire résulte de modifications dégénératives des structures situées derrière la moelle épinière, telles que l'hypertrophie du ligament jaune (LF), ainsi que la calcification ligamentaire, la dégénérescence et l'hypertrophie des articulations facettaires et/ou la hernie discale située antérieurement à la moelle épinière. La pathologie de l'hypertrophie du LF comprend des changements fibrocartilagineux associés à la prolifération du collagène de type II, l'ossification, le dépôt de cristaux de calcium, la dégénérescence des fibres de collagène et élastiques, et la métaplasie chondroïde des fibroblastes ligamentaires. De nombreuses études scientifiques ont tenté d'explorer l'étiologie de l'hypertrophie et de l'ossification des ligaments spinaux, en considérant les facteurs systémiques, locaux, génétiques et environnementaux. Cependant, le mécanisme de développement de la dégénérescence n'est toujours pas entièrement compris. Outre la contrainte mécanique et l'augmentation de la synthèse de collagène (fibrose) dans le ligament, qui font de l'âge un facteur de risque majeur, la présence d'inflammation et d'infiltration macrophagique est considérée comme un contributeur significatif au développement de la dégénérescence.

Par conséquent, il est raisonnable de supposer que la présence d'inflammation associée à d'autres problèmes de santé - particulièrement chroniques - peut, dans une mesure inconnue, influencer l'évolution de la dégénérescence des structures spinales. Actuellement, l'obésité et la sarcopénie attirent une attention particulière en tant que troubles affectant tous les systèmes du corps humain. Puisque leur prévalence augmente, une compréhension approfondie de leurs conséquences sur les organes individuels a une importance sociale et pratique significative pour la prévention et la protection de la santé.

Un nombre croissant de rapports indique que les perturbations du métabolisme lipidique et la sécrétion d'adipokines et de cytokines pro-inflammatoires sont profondément impliquées dans la régulation des phénotypes et destins cellulaires, le métabolisme de la matrice extracellulaire et l'inflammation dans les processus physiopathologiques des maladies dégénératives spinales et articulaires. Les troubles métaboliques peuvent affecter le métabolisme osseux et conduire à une ossification ectopique et un dépôt graisseux non seulement dans les ligaments spinaux mais aussi dans d'autres structures spinales. L'influence de l'adipokinome sur le développement des troubles dégénératifs musculo-squelettiques est également notable. Même la graisse épidurale anatomiquement présente dans le canal rachidien peut s'enflammer et sécréter spontanément des cytokines inflammatoires, modifiant potentiellement la fonction des tissus adjacents, tels que les muscles paravertébraux et les ligaments. Il convient de mentionner que la lipomatose épidurale spinale, caractérisée par un excès de tissu adipeux dans l'espace épidural conduisant à une sténose du canal rachidien, est fortement associée à l'obésité.

Jusqu'à présent, il a été confirmé que les adipokines et leurs récepteurs, bien que principalement localisés dans le tissu adipeux blanc, sont également présents dans le cartilage articulaire et la moelle osseuse spinale. Les adipokines peuvent promouvoir la dégénérescence du ligament jaune en stimulant les réponses inflammatoires et en favorisant les changements pathologiques. Il a été démontré que la leptine corrèle significativement avec le nombre de vertèbres affectées par l'ossification ligamentaire. Fan et al. ont découvert que la leptine régule positivement de manière marquée l'expression de l'ARNm de la phosphatase alcaline et de l'ostéocalcine dans les cellules du ligament jaune. Des niveaux élevés de visfatine ont également été trouvés dans les ligaments jaunes de patients avec ossification confirmée. Il n'existe pas de données disponibles sur la présence et le rôle d'autres cytokines dérivées du tissu adipeux telles que l'adipsine, la vaspine, la résistine, la lipocaline-2, la progranuline, la chémérine, l'omentine-1 ou le facteur de différenciation de croissance-15 (GDF-15) dans le ligament jaune. Il est très probable que ces cytokines soient également impliquées dans le développement de la sténose du canal rachidien, ce qui constitue notre hypothèse de recherche. La présence et les niveaux de ces cytokines dans le tissu adipeux épidural chez les patients atteints de sténose, comparés à ceux sans rétrécissement du canal rachidien, n'ont pas été étudiés à ce jour. Puisque les études confirment que l'inflammation systémique chronique affecte divers tissus et que l'inflammation locale affecte significativement les structures voisines, nous émettons l'hypothèse que les ligaments, les muscles paravertébraux, les disques intervertébraux, etc., pourraient être particulièrement vulnérables aux cytokines sécrétées par le tissu adipeux épidural. Des études in vitro antérieures ont confirmé qu'un environnement local riche en cytokines telles que l'IL-6, l'IL-1α, le donneur d'oxyde nitrique (SNAP) et la prostaglandine E2 modifie l'expression génique des collagènes I, V, XI et de l'ostéocalcine dans les cellules du ligament jaune. Cependant, l'impact des adipokines mentionnées sur le développement de la dégénérescence du ligament jaune n'a pas encore été déterminé.

L'étude consistera à examiner les concentrations de cytokines (particulièrement les adipokines) et des modulateurs de neuroplasticité et leur expression d'ARNm dans les tissus prélevés de routine chez des patients atteints de sténose spinale et de hernie discale pendant la chirurgie, ainsi qu'à collecter du sang des patients deux fois, avant l'intervention et lors d'une visite de suivi deux mois après l'intervention.

Objectifs

1. Identifier les différences de concentrations de biomarqueurs sélectionnés dans des échantillons de ligament jaune, de muscles paravertébraux et de graisse épidurale prélevés dans la région lombaire de patients atteints de sténose comparés à ceux sans dégénérescence du canal rachidien.
2. Déterminer si l'expression des biomarqueurs sélectionnés dans les tissus corrèle avec leur présence dans le sang des patients et s'ils sont liés au degré de dégénérescence, d'incapacité, d'intensité de la douleur et de masse corporelle.
3. Sélectionner des biomarqueurs potentiels pour surveiller l'efficacité de la chirurgie de décompression du canal rachidien en comparant les niveaux de biomarqueurs avant la chirurgie et deux mois pendant la récupération.
4. Identifier les protéines potentielles qui modulent le métabolisme et l'inflammation dans le ligament jaune.
5. Évaluer l'impact des cytokines sélectionnées et de l'adipokinome du tissu adipeux épidural sur le métabolisme et l'inflammation dans les cultures de cellules du ligament jaune.

Description de la population d'étude

L'étude impliquera 100 patients de l'Hôpital Clinique Orthopédique-Rééducation de l'Université de Sciences Médicales de Poznań, incluant hommes et femmes :

• 50 patients atteints de sténose du canal rachidien lombaire, âgés de 40-90 ans
• 50 patients avec hernie discale intervertébrale, âgés de 18-40 ans, nécessitant un traitement chirurgical Les participants subiront une intervention chirurgicale à condition qu'ils donnent un consentement éclairé pour l'utilisation de leurs tissus dans la recherche scientifique.
• Le groupe d'étude subira une décompression endoscopique du canal rachidien, impliquant l'ablation des tissus (os, ligament, articulation) comprimant les structures neurales, et éventuellement l'ablation d'un fragment de disque intervertébral déplacé.
• Le groupe témoin subira une chirurgie isolée de hernie discale intervertébrale, impliquant l'ablation du fragment de disque déplacé.

Méthodes Avant la chirurgie (dans les 48h) et deux mois post-opératoire, 20 ml de sang veineux seront prélevés sur chaque patient.

Pendant la chirurgie, les échantillons suivants seront collectés :

• Tissu musculaire paravertébral
• Ligament jaune
• Tissu adipeux épidural

L'étude utilisera les méthodes/outils suivants :

1. Questionnaires standardisés pour l'incapacité et l'intensité de la douleur
2. IRM de la colonne lombaire (réalisée de routine avant la chirurgie)

3. Tests moléculaires

   1. L'expression de l'ARNm des cytokines (GDF-15, adipsine, vaspine, résistine, lipocaline-2, progranuline, chémérine, omentine-1) sera mesurée en utilisant la PCR.
   2. Des immunoessais utilisant des kits ELISA commerciaux seront réalisés sur des homogénats de tissus et du sérum pour déterminer les concentrations protéiques (GDF-15, adipsine, vaspine, résistine, lipocaline-2, progranuline, chémérine, omentine-1)
4. Culture cellulaire et stimulation des cellules avec des cytokines et milieu obtenu à partir du tissu adipeux Un tiers du matériel biologique sera alloué aux études de culture cellulaire. Des échantillons de ligament jaune, de muscles paravertébraux et de tissu adipeux épidural seront collectés directement après la chirurgie et placés dans des conteneurs stériles avec des milieux de transport appropriés.

Tous les échantillons seront immédiatement transportés au laboratoire de culture cellulaire dans des conditions stériles, dans le délai le plus court possible après le prélèvement. À l'arrivée au laboratoire, ils subiront des protocoles d'isolement cellulaire appropriés, préétablis et adaptés aux caractéristiques de chaque type de tissu.

Après la période d'exposition, l'expression de l'ARNm et les niveaux protéiques des cytokines, des marqueurs de fibrose, des marqueurs osseux, des protéines de la matrice extracellulaire, des enzymes de dégradation de la matrice seront mesurés dans le milieu conditionné collecté à partir des cultures de myocytes et de fibroblastes du ligament jaune.