Volumetrici e proteomica nell'idrocefalo a pressione normale deviato (LiNPH)

CONTESTO E DESCRIZIONE SINTETICA DEL PROGETTO

L'idrocefalo idiopatico a pressione normale (= iNPH) è una condizione con dinamiche cerebrali disturbate che causa sintomi sotto forma di disturbi dell'equilibrio e dell'andatura, incontinenza e deterioramento cognitivo in pazienti con dilatazione ventricolare cerebrale. La condizione è molto più comune di quanto generalmente noto con una prevalenza che aumenta notevolmente con l'età, dal 2,1% nell'età di 70 anni all'8,9% in età superiore a 80 anni. Adams e Hakim descrissero la malattia già nel 1965 sulla base della sintomatologia e della reversibilità dei sintomi dopo il prelievo del liquido cerebrospinale. Tuttavia, non è stato fino al 2005 che è stata pubblicata una raccolta di linee guida basate sull'evidenza per la diagnosi e il trattamento della malattia, le linee guida internazionali iNPH. È stato affermato che al momento, oltre al test del CSF, non esiste un test predittivo affidabile per la probabilità di un paziente di rispondere allo shunt. Esistono diverse scale per valutare la gravità della malattia, una delle quali è la scala iNPH, con le sottoscale di andatura, equilibrio, neuropsicologia e continenza.

Presso il Dipartimento di Neurochirurgia (NK) e Neurologico (NL), Linköping University Hospital, dal 2004 esiste un team multiprofessionale ben funzionante. Il team indaga e cura l'iNPH con segnalazioni provenienti dalla regione sanitaria sud-orientale della Svezia. Ogni anno vengono ricevuti circa 250 rinvii, vengono valutati 70-80 pazienti e almeno 40 pazienti vengono operati con shunt ventricoloperitoneale. La valutazione consiste nella prima fase di esami radiologici, valutazione clinica da parte di un neurologo, seguita da valutazione motoria da parte di un fisioterapista e valutazione cognitiva da parte di un terapista occupazionale. Di solito vengono eseguiti test del liquido cerebrospinale in cui vengono drenati fino a 50 ml di liquido cerebrospinale mediante puntura lombare, che nell'iNPH di solito allevia i sintomi. La valutazione include anche la registrazione video del modello di movimento di una valutazione qualitativa. I risultati, insieme alla radiologia, vengono valutati insieme e quindi l'équipe se al paziente deve essere offerto un trattamento. I pazienti vengono operati con shunt ventricoloperitoneale in NK e seguiti in NL con gli stessi test motori e cognitivi a tre mesi dall'intervento, dopodiché vengono valutati i risultati. In studi più ampi, circa il 70% dei pazienti affetti da iNPH che ricevono uno shunt migliora dopo l'intervento.

La terapia shunt è l'unico trattamento dell'iNPH ed è disponibile dagli anni '50. L'obiettivo del trattamento è ridurre la quantità di liquido cerebrospinale nel sistema ventricolare e quindi normalizzare il volume nel sistema ventricolare. Dall'inizio degli anni '90 le valvole di derivazione regolabili sono sempre più utilizzate. Ciò significa che la valvola, se necessario, può essere regolata dopo l'impianto con un magnete esterno applicato al sito della valvola. Lo svantaggio della maggior parte delle valvole regolabili è che l'impostazione della valvola può essere regolata inavvertitamente se esposta a forti campi magnetici, ad esempio se il paziente viene sottoposto a un esame con telecamera magnetica. Le valvole regolabili, tuttavia, portano molti vantaggi in quanto la resistenza può essere adattata alle esigenze del paziente anche dopo l'operazione. Ad esempio, una delle complicanze più comuni dopo lo shunt (ematoma subdurale) può spesso essere trattata aumentando la resistenza valvolare. Nel 2015 la società Codman Johnson & Johnson ha introdotto una nuova valvola shunt, Certas Plus, che è uno shunt regolabile con otto diverse impostazioni. La valvola è istituita in pratica clinica. Particolarità sono la taratura più alta (8) che è 40 cm H20, che è una resistenza molto alta che in teoria dovrebbe essere equivalente ad uno shunt spento e viene chiamata dall'azienda "virtuale spenta". È inoltre progettato per essere resistente alla risonanza magnetica e quindi non cambia impostazione se esposto a un campo magnetico di risonanza magnetica. Queste caratteristiche sono state finora testate in vitro ma non sono stati ancora condotti studi clinici. I vantaggi di queste funzioni sono potenzialmente un minor numero di procedure chirurgiche e cure ospedaliere e consentono inoltre ai pazienti nella regione sanitaria sud-orientale di eseguire esami MRI pianificati e acuti nel loro ospedale di casa senza doversi recare al reparto neurochirurgico di Linköping per il riaggiustamento della valvola.

La dilatazione ventricolare è una diagnosi radiologica. Dagli anni '40, il diametro maggiore tra i confini laterali dei ventricoli laterali e il diametro biparietale maggiore all'interno del cranio sono stati misurati per ottenere il cosiddetto indice di Evans dividendo i due e ottenendo il rapporto. È facile da misurare ma è un metodo con molte fonti di errore e scarsa sensibilità alle variazioni di volume nel sistema ventricolare. C'è bisogno di un metodo più affidabile sia nella pratica clinica che nella ricerca. La volumetria, cioè la misurazione del volume dei ventricoli, è diventata una metodica sempre più utilizzata che, tuttavia, non ha ancora preso piede nella pratica clinica a causa del lungo calcolo manuale. Con le immagini MRI che vengono convertite in un software speciale (ITK-SNAP), è possibile calcolare il volume e tracciare un'immagine tridimensionale del sistema ventricolare. Pochi studi in letteratura hanno studiato la relazione tra resistenza delle valvole di derivazione e riduzione del volume ventricolare. Non ci sono studi prospettici in cieco che studino la variazione del volume ventricolare correlata alla terapia shunt, né ci sono studi sull'esistenza di una correlazione tra riduzione del volume ventricolare ed esito clinico postoperatorio. Un gruppo di studio a Uppsala ha recentemente pubblicato uno studio su pazienti con iNPH shunt in cui una nuova tecnologia MRI sviluppata a Linköping (SyntheticMR) può mostrare chiaramente come il volume ventricolare diminuisce dopo il trattamento senza modificare l'indice di Evans. Nello stesso studio è stato anche possibile mostrare come un altro parametro nei ventricoli, il cosiddetto angolo calloso, cambia chiaramente dopo lo shunt. Questo fa parte di una scala di valutazione radiologica, Radscale, che può essere applicata a questo gruppo di pazienti. Lo stesso gruppo di ricerca è stato in precedenza anche in grado di dimostrare con SyntheticMR come il volume ventricolare diminuisca dopo tap test su pazienti con iNPH da riportare all'originale entro 24 ore. Il CMIV (=Centro per l'imaging e la visualizzazione medica) presso l'US Linköping dispone di diverse telecamere MR da 3 Tesla dell'ospedale universitario e di una buona conoscenza tecnologica e scientifica della RM sintetica poiché il metodo viene sviluppato lì. Usando un breve protocollo MRI (6 minuti), produce dati quantitativi della condizione del tessuto cerebrale, che rende facile accertare cos'è la materia cerebrale grigia e bianca, la mielina proteica di supporto delle cellule cerebrali e il liquido cerebrospinale e calcola il volume di ciascun componente. Le sequenze con protocolli standard per l'idrocefalo, comprese le sequenze DTI (=Diffusion Tensor Imaging), richiedono ulteriori 15-20 minuti nella telecamera MRI. L'MR sintetico può anche, come finora unico metodo, calcolare facilmente il volume del liquido cerebrospinale che si trova al di fuori dei ventricoli nelle cisterne basali e nei solchi cerebrali. Tuttavia, finora nessuno ha studiato i volumi di CSF extracerebrale nel cervello sano o nell'iNPH. Inoltre, nessuno ha studiato come questo volume extracerebrale CSF cambi in risposta allo shunt.

Il proteoma è il nome collettivo delle proteine ​​che un organismo o un organo sintetizza. Il proteoma non è costante ma varia tra diversi organi nello stesso organismo e nello stesso organo nel tempo e cambia nell'organismo o nell'organo malato. La proteomica è la scienza di queste proteine ​​e può essere utilizzata per esaminare quando e dove si possono trovare determinate proteine, le concentrazioni di queste, come vengono scomposte, modificate e interagiscono in vari processi fisiologici e patologici. Alcune malattie neurologiche sono state caratterizzate nelle loro alterazioni proteomiche, come il tremore essenziale e il dolore neuropatico cronico, dai membri del nostro gruppo di ricerca. La proteomica del liquido cerebrospinale nei pazienti con iNPH è relativamente inesplorata con solo tre studi in letteratura. Questi hanno caratterizzato alcune proteine ​​che si distinguono rispetto a quanto previsto in un cervello sano. Non sono stati eseguiti studi comparativi tra CSF prelevato tramite puntura lombare e liquido cerebrospinale dai ventricoli. Presso il dipartimento di medicina del dolore e riabilitazione dell'ospedale universitario di Linköping viene istituito un laboratorio di proteomica (PAINOMICS lab) con numerose pubblicazioni scientifiche. I metodi standard disponibili per gli studi di proteomica sono l'elettroforesi su gel bidimensionale (elettroforesi 2D) e la spettrometria di massa (LC-MS/MS). Questi vengono applicati per analizzare fino a mille proteine ​​in un campione e con la tecnologia basata sugli anticorpi le convalidano. Con la tecnologia basata sugli anticorpi, si possono anche analizzare fino a 86 citochine, chemochine, fattori di crescita e sostanze metaboliche in un cosiddetto pannello multiplex. I set di dati ottenuti negli studi di proteomica sono complessi. Questi set di dati sono costituiti da molte variabili altamente correlate (concentrazioni di proteine). È quindi possibile confrontare i cambiamenti di contenuto delle proteine ​​tra i pazienti con iNPH ei controlli e stabilire una differenza nell'"impronta digitale" del proteoma. C'è un grande bisogno di nuovi biomarcatori come complemento ai metodi attualmente disponibili per fare una diagnosi definitiva, valutare la probabilità che la terapia abbia successo e creare una comprensione più profonda della fisiopatologia dell'iNPH.

OBIETTIVI, QUESTIONI SCIENTIFICHE E SOTTOSTUDI:

1. Valutare e convalidare un metodo clinicamente utile per monitorare i volumi ventricolari con la risonanza magnetica sintetica. Confronto con un metodo volumetrico consolidato (ITK-SNAP) e per l'affidabilità intra e inter-valutatore.
2. Mappare i volumi ventricolari e la quantità di CSF intracranico extracerebrale durante le normali condizioni fisiologiche nelle persone di controllo sane e nei pazienti con INPH e calcolare come questi volumi cambiano dopo lo shunt in INPH.
3. Indagare in che modo il cambiamento di volume e il cambiamento di volumetria e iNPH Radscale dopo lo shunt sono correlati all'esito clinico 3 mesi dopo l'intervento.
4. Esaminare la valvola shunt CERTAS PLUS per la sua funzione e sicurezza per la resistenza MR in vivo e correlare il grado di riduzione del volume ventricolare in base alla resistenza della valvola.
5. Mappare l'espressione proteomica di iNPH nel liquido cerebrospinale e nel plasma sanguigno prima dell'intervento e monitorare i cambiamenti a 3, 12 e 36 mesi dopo lo shunt ventricoloperitoneale.
6. Confronta come la proteomica nel CSF nell'iNPH differisce tra CSF lombare e ventricolare e plasma sanguigno. Esaminare se il CSF lombare dei pazienti con iNPH è diverso rispetto a un controllo di coorte neurologicamente sano di persone di età simile e pazienti con tremore essenziale.

PIANO DI PROGETTO, REALIZZAZIONE E SELEZIONE DEGLI OGGETTI DI RICERCA:

Il comitato nazionale svedese di revisione etica (Etikprövningsmyndigheten), n. rif. 2020-0071920, ha approvato questo piano di progetto.

Cinquanta pazienti che sono stati sottoposti all'indagine del team NPH e sono ritenuti idonei per il trattamento shunt vengono reclutati consecutivamente per lo studio.

Un gruppo di controllo composto da 50 volontari di età superiore ai 60 anni viene reclutato tramite la lista d'attesa operativa dei dipartimenti di ortopedia, urologia e ginecologia dell'ospedale universitario di Linköping. I volontari saranno reclutati tra pazienti anziani che durante interventi di chirurgia ortopedica/ginecologica/urologica programmati in anestesia spinale verranno sottoposti a puntura lombare per l'applicazione dell'anestesia. I volontari saranno sottoposti preoperatoriamente a un esame MRI che include sequenze standard e protocolli SyntheticMR per la volumetria.

L'indagine preoperatoria del team NPH sui pazienti affetti da iNPH consiste nei seguenti esami: 1. Valutazione clinica da parte di un neurologo. 2. L'equilibrio e la capacità di camminare sono valutati da un fisioterapista. I test includono Timed Up and Go (TUG), numero di passi e tempo, nonché scala dell'andatura, scala dell'equilibrio e 10 m di cammino come parte della scala iNPH. 3. Un terapista occupazionale valuta le funzioni cognitive ed esegue i seguenti test: MMSE (=Mini-Mental State Examination), Grooved pegboard, Rey Auditory Verbal Learning Test, Stroop color naming e Stroop interferenza, Trail Making Test A e B. 4. Stima di l'incontinenza urinaria viene eseguita sulla scala dell'incontinenza urinaria. Tutte le valutazioni sono combinate nella scala iNPH.

Nell'indagine di base è inclusa una puntura lombare con misurazione della pressione intratecale, analisi di cellule, proteine, anticorpi contro la malattia di Lyme e il tap-test CSF. L'anamnesi del paziente, i sintomi ei risultati della radiologia e del tap-test CSF vengono discussi all'interno del team NPH per decidere se il paziente è ritenuto idoneo per uno shunt.

I pazienti a cui è stato raccomandato lo shunt dal team e che non soddisfano i criteri di esclusione dello studio sono chiamati a una visita ambulatoriale dal dottor Rafael Holmgren, sono informati dell'operazione prevista e dei rischi associati e hanno offerto la partecipazione allo studio dopo informazioni orali e scritte. Ai pazienti viene concesso del tempo per pensare e tornare al telefono dell'infermiere di contatto prima di rispondere.

I volontari del gruppo di controllo vengono reclutati tra i pazienti programmati per un intervento chirurgico in anestesia spinale dai dipartimenti di ortopedia, urologia e ginecologia dell'ospedale universitario di Linköping. Vengono informati della possibile partecipazione allo studio oralmente per telefono o, se lo si desidera, durante un consulto ambulatoriale con il dottor Rafael Holmgren oltre alle informazioni scritte. I partecipanti al gruppo di controllo saranno sottoposti prima della loro operazione a un esame MRI con protocollo standard e risonanza magnetica sintetica. Prima di somministrare l'anestesia spinale, vengono prelevati 10 ml di CSF lombare per l'analisi del profilo proteomico, così come un campione di sangue per lo stesso scopo.

I pazienti iNPH partecipanti da shunt verranno sottoposti il ​​giorno prima dell'intervento a una risonanza magnetica con protocollo standard modificato e SyntheticMR; il tempo necessario è di circa 45 minuti.

I pazienti vengono sottoposti ad anestesia generale il giorno successivo e viene eseguita una puntura lombare, dopodiché vengono prelevati 10 ml di liquido cerebrospinale. Contemporaneamente viene prelevato anche un campione di sangue per l'analisi proteomica. Il paziente viene operato con shunt ventricoloperitoneale mediante una procedura standard da uno dei tre chirurghi (Dr Rafael Holmgren, Dr Peter Zsigmond o Dr Martin Nilsson a NK). I pazienti ricevono una valvola shunt Codman CERTAS PLUS con una delle due impostazioni della valvola in cieco per l'operatore, il paziente e gli investigatori radiologici (impostate da un altro collega in base alla randomizzazione): 4 (=110 mm H2O , impostazione predefinita convenzionale) o 8 (> 400 mm H20 aka "virtuale off"). Poiché i ventricoli cerebrali vengono perforati dal catetere, qui vengono raccolti altri 10 ml di CSF per la proteomica. I campioni vengono trasportati al laboratorio di proteomica, centrifugati, aliquotati in piccole aliquote prima di essere congelati. Vengono quindi conservati nella biobanca della medicina del lavoro e dell'ambiente dell'ospedale universitario di Linköping (registrato presso il National Board of Health and Welfare). Ad ogni soggetto in arrivo viene assegnato un numero di codice univoco e tutte le provette sono contrassegnate con questo numero. La chiave del codice è conservata in un armadietto chiuso a chiave presso il Dipartimento di Neurochirurgia di Linköping.

Circa 36 ore (range 24-48 ore) dopo l'operazione, il paziente viene sottoposto a un nuovo esame MRI con SyntheticMR e dopo questo esame, la regolazione della valvola viene controllata con una bussola del lettore tenuta sopra la valvola. I pazienti che inizialmente hanno ricevuto l'impostazione 8 della valvola sono ora adattati per ricevere l'impostazione standard 4, a meno che non abbiano subito un ematoma subdurale dopo l'operazione, che viene rilevato nell'esame MRI postoperatorio. Il paziente viene quindi dimesso a casa o nell'ospedale locale. Pertanto, tutti i pazienti tornano a casa con un trattamento shunt funzionante.

I pazienti vengono richiamati per il follow-up standard per i pazienti con iNPH shunt dopo tre mesi per una visita di ritorno dal chirurgo ed effettuano un esame clinico/follow-up da parte di un fisioterapista e terapista occupazionale con lo stesso protocollo per i test motori e cognitivi come prima dell'intervento. I pazienti vengono inoltre sottoposti a un nuovo esame MRI con lo stesso protocollo di prima dell'operazione. L'impostazione della valvola shunt viene controllata dopo la risonanza magnetica per confermare che l'impostazione della valvola è la stessa di prima. Inoltre, la camera della valvola shunt viene perforata in condizioni sterili con un piccolo ago per ottenere 10 ml di CSF dai ventricoli e viene anche prelevato un campione di sangue per l'analisi proteomica.

I pazienti vengono richiamati dal medico operante a distanza di uno e tre anni dall'intervento per valutazione clinica e nuova puntura della valvola shunt ed esami del sangue con la stessa procedura del controllo trimestrale.

Tutte le complicanze correlate allo shunt, comprese le regolazioni della resistenza dello shunt in connessione con la risonanza magnetica, vengono registrate continuamente.

Le analisi dei campioni di CSF e di sangue vengono eseguite dal professor Bijar Ghafouri presso il laboratorio di Painomics sia con spettrometria di massa che con elettroforesi 2D per identificare, separare le proteine ​​e tecniche ELISA per caratterizzarle. L'identità del campione è nascosta all'esaminatore.

Gli studi MRI vengono analizzati in un software specifico adattato per la valutazione dei volumi negli studi realizzati sia con tecnologia convenzionale (ITK SNAP) che con tecnologia SyntheticMR dal Dr Holmgren e dal Dr. Georgiopoulos. L'identità del paziente e l'impostazione dello shunt sono all'oscuro degli esaminatori così come i tempi dello studio.

BASE STATISTICA PER LA DIMENSIONE DELLA POPOLAZIONE IN STUDIO

Un numero di cinquanta pazienti iNPH è giudicato adeguato a rispondere agli obiettivi dichiarati del progetto. Questo perché gli studi di proteomica presso iNPH (di Chen et al e Li et al, vedi riferimenti) hanno incluso rispettivamente 18 e 15 pazienti e hanno ottenuto chiari risultati statisticamente significativi. Gli studi sul volume ventricolare calcolato con risonanza magnetica sintetica dopo puntura lombare e shunt di Virhammar et al. hanno incluso rispettivamente 23 e 18 pazienti e hanno fornito chiari risultati statisticamente significativi. Il numero di soggetti/volontari di controllo neurologicamente sani nel gruppo di controllo ammonta a 50 per corrispondere al numero di pazienti INPH.