Profilo trascrittomico dei pazienti trattati con diverse modalità di stimolazione del midollo spinale (SCS-OMICS)

La sindrome da fallimento chirurgico (FBSS) rappresenta una vera sfida per lo specialista a causa della sua complessità clinica e dell'importanza economica non solo nel costo del trattamento, ma anche per l'elevata incidenza della sindrome nei pazienti in età lavorativa e con un'aspettativa di vita normale. Questa sindrome è una complicanza della chirurgia lombosacrale con un'incidenza che va dal 5 al 40%.

La stimolazione del midollo spinale (SCS) è stata utilizzata per anni nel trattamento di pazienti con FBSS in modo sicuro ed efficace. Sebbene inizialmente si credesse che il principale meccanismo d'azione fosse spiegato dalla "Teoria del controllo del cancello" descritta da Wall e Melzack nel 1965, va notato che altri meccanismi oltre a questo potrebbero contribuire al sollievo dal dolore derivante dalla SCS. Questi includono l'inibizione dell'eccitabilità neuronale e dell'ipersensibilità a livello midollare così come i cambiamenti nel rilascio di neurotrasmettitori come GABA, acetilcolina, adenosina, serotonina e norepinefrina, coinvolti nella trasmissione e modulazione del dolore. Tuttavia, i meccanismi molecolari alla base dell'effetto terapeutico della SCS rimangono sconosciuti.

Gli studi genetici vengono utilizzati per fornire nuove informazioni sui meccanismi molecolari alla base dell'insorgenza e del mantenimento del dolore. Questi possono essere guidati dall'ipotesi, valutando così l'espressione di molecole predefinite, o indipendentemente dall'ipotesi, esplorando l'espressione genica a livello genico nell'intero genoma. I microarray misurano l'espressione di centinaia di geni in un dato campione. Utilizzati per studiare un'ampia varietà di sistemi biologici, sono stati utilizzati per valutare ampi cambiamenti a livello trascrizionale in diverse parti del sistema nervoso centrale o periferico, portando alla scoperta di nuovi geni correlati al dolore come la subunità Kv9.1 del canale del potassio o KCNS1.

Recentemente, alcuni studi su modelli animali suggeriscono che SCS produce ampi cambiamenti nell'espressione genica. Tilley e collaboratori hanno scoperto che SCS produceva modulazione nell'espressione di 5HTra, cFOS e GABAbr1 tra gli altri, con una forte correlazione tra la quantità di corrente applicata e l'espressione di GABAbr1, Na/K ATPasi (correlazione negativa), 5HT3r e VIP (correlazione positiva correlazione) a livello midollare e anche a livello del ganglio della radice dorsale. Questi autori si sono concentrati sull'analisi di gruppi di geni che sono stati mostrati alterati in modelli animali di lesioni ai nervi periferici. Stephens e collaboratori hanno eseguito un RNA seq del midollo spinale di ratti con dolore neuropatico secondario alla legatura del nervo sciatico a cui è stato impiantato uno stimolatore del midollo spinale e hanno scoperto che l'espressione genica è cambiata dopo l'applicazione di SCS. Hanno identificato che l'espressione di alcuni geni chiave nell'espressione della rete proteica di supporto post-sinaptica densa nelle sinapsi glutammaergiche è sottoregolata dopo SCS; questo potrebbe destabilizzare questa fitta rete, diminuendo così l'efficacia della segnalazione sinaptica. Hanno anche scoperto che SCS potrebbe attivare i tratti spinali vicini che colpiscono i neuroni e le cellule lucide nei segmenti spinali distali. Il gruppo di Vallejo e Tilley ha anche eseguito un'ampia analisi del trascrittoma in modelli animali di dolore neuropatico e ha scoperto che SCS produce una significativa modulazione nell'espressione genica a livello del midollo spinale e del ganglio della radice dorsale, con gruppi di geni e vie metaboliche simili in entrambi i tessuti e che sono direttamente o indirettamente correlato alla rigenerazione neurale, alla regolazione delle risposte infiammatorie e immunitarie e alla regolazione del trasporto ionico. Il nostro gruppo ha analizzato l'espressione genica di diversi marcatori (da recettori cannabinoidi, recettori oppioidi e peptidi oppioidi) utilizzando la reazione a catena della polimerasi in tempo reale dall'RNA linfocitario ottenuto da campioni di sangue periferico di pazienti con FBSS trattati con SCS, osservando un aumento significativo della proencefalina ( PNK) seguendo SCS rispetto ai livelli basali e mantenuti nel tempo.

Sfruttando i vantaggi dello studio su larga scala del genoma mediante microarrays, abbiamo portato avanti negli ultimi anni un progetto di ricerca con l'obiettivo principale di identificare nuove basi molecolari, definite con profili trascrittomici, differenzialmente espresse nel plasma di pazienti affetti da FBSS e trattato con tonico o SCS convenzionale. Questo studio è stato finanziato dall'Instituto de Salud Carlos III attraverso il Progetto PI16/01364 (Co-finanziato dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale/Fondo Sociale Europeo "Un modo per fare l'Europa"/"Investire nel tuo futuro"). Il progetto è stato approvato dal Comitato Etico per la Ricerca Clinica dell'Ospedale Generale Universitario di Valencia. Lo studio è conforme alle normative locali, alle linee guida di buona pratica clinica e ai principi della Dichiarazione di Helsinki, nonché alla legislazione e ai regolamenti vigenti in materia di protezione dei dati personali e diritti e responsabilità in materia di informazione e documentazione in ambito sanitario. Il nostro gruppo ha eseguito un'analisi trascrittomica del sangue di pazienti affetti da FBSS e trattati con SCS (pazienti responder); abbiamo ottenuto campioni prima e in tempi diversi dopo l'impianto del sistema al fine di trovare un'espressione genica differenziale in risposta al trattamento e che potrebbero servire come potenziali biomarcatori di efficacia alla terapia. Abbiamo anche eseguito l'analisi trascrittomica dei pazienti in cui SCS non era efficace (non-responder), confrontando i risultati con i pazienti che hanno risposto con l'intenzione di trovare un'espressione differenziale di potenziali biomarcatori di risposta alla terapia SCS. Infine, abbiamo confrontato l'espressione dei pazienti con diagnosi di FBSS con un gruppo di pazienti con intervento alla colonna vertebrale che non hanno sviluppato dolore e sono serviti come gruppo di controllo; cerchiamo di trovare differenze nell'espressione genica tra le due popolazioni con l'obiettivo di trovare possibili biomarcatori dello sviluppo della malattia. Sono stati inclusi 30 pazienti con FBSS trattati con SCS (di cui 7 non-responder e 23 responder) e 15 pazienti di controllo. Abbiamo completato il reclutamento e l'analisi dei periodi di campionamento e siamo attualmente nella fase di interpretazione dei risultati finali e sviluppo delle pubblicazioni corrispondenti. Sebbene i risultati non siano definitivi, l'analisi preliminare mostra che ci sono più di 190 geni espressi in modo differenziato (p <0,05) al basale quando si confrontano pazienti di controllo e pazienti con FBSS trattati con SCS. Abbiamo anche trovato più di 750 geni differenzialmente espressi nei pazienti impiantati prima e dopo l'inizio della terapia SCS.

IPOTESI

I processi biochimici e molecolari associati alla FBSS sono sconosciuti così come i cambiamenti che si verificano nei pazienti sottoposti a SCS. Le analisi trascrittomiche sembrano strumenti promettenti per fornire informazioni sui meccanismi alla base del dolore cronico. La quantificazione dell'RNA con RT-PCR consentirà di identificare i geni differenziali implicati e di trarre solide conclusioni.

La nostra ipotesi si basa sul fatto che diverse espressioni genetiche devono verificarsi in situazioni cliniche correlate al dolore e che queste alterazioni dovrebbero essere modificate in modo differenziato nei pazienti trattati con successo con la stimolazione del midollo spinale.

L'identificazione di questi possibili biomarcatori di stato o evoluzione della patologia e il suo trattamento contribuiranno in modo significativo a stabilire strategie terapeutiche più accurate e possono servire come biomarcatori predittivi di risposta al trattamento, guidando la selezione di bersagli terapeutici per lo sviluppo di future strategie di trattamento.

OBIETTIVI DELLO STUDIO

Sulla base di queste ipotesi e con i risultati speranzosi precedentemente ottenuti dal nostro gruppo, i ricercatori mirano a confrontare se la programmazione DTM del sistema SCS produce un diverso effetto a livello di espressione rispetto alla programmazione convenzionale con l'intenzione di cercare biomarcatori di risposta ed evoluzione a questo modalità di programmazione.

Gli investigatori mirano anche a studiare se queste differenze potrebbero essere in relazione a risultati clinici significativamente diversi e correlare con l'intensità dell'effetto delle diverse modalità.