Risposta infiammatoria e stress ossidativo in cardiochirurgia: min. Circolazione extracorporea invasiva vs. convenzionale

L'obiettivo generale del progetto è quello di sviluppare uno o più metodi analitici accurati e semplici per la quantificazione di biomarcatori specifici dello stress ossidativo in campioni biologici che forniranno diagnosi, prognosi e disegno terapeutico più semplici nei pazienti sottoposti a chirurgia a cuore aperto e un possibile confronto tra diversi metodi terapeutici. Strategie per ridurre lo stress ossidativo.

Per raggiungere questo obiettivo il progetto sarà suddiviso in obiettivi specifici:

• Assortimento di specifiche specie ossidative reattive e sviluppo di protocolli analitici per questi biomarcatori di stress ossidativo utilizzando sofisticate apparecchiature analitiche.
• Quantificazione di specifici biomarcatori di stress ossidativo come indicatori di stress ossidativo prima e dopo un intervento chirurgico a cuore aperto con l'uso di bypass cardiopolmonare.
• Previsione del livello di stress ossidativo con specifici biomarcatori di stress ossidativo in pazienti sottoposti a intervento di bypass cardiopolmonare a cuore arrestato
• Elaborazione statistica dei dati ottenuti e implementazione nella pratica clinica adattando la circolazione extracorporea al singolo paziente.
• Confronto dello stress ossidativo in pazienti sottoposti a intervento chirurgico a cuore aperto con l'uso di due diversi tipi di tecniche di bypass cardiopolmonare.

Stato dell'arte nel campo di ricerca proposto e indagine della letteratura rilevante Studi recenti sullo stato di stress ossidativo hanno identificato nei biomarcatori il potenziale per rivoluzionare la scienza medica in termini di diagnosi, prognosi e terapia. Sono stati identificati biomarcatori per varie malattie e disturbi, ad esempio disturbi metabolici, malattie cardiovascolari, infarti del miocardio, disturbi neurologici, ecc. I biomarcatori specifici possono aiutare nella diagnosi dello stress quando i biomarcatori prognostici vengono esplorati per studiare la progressione o l’esito di questa cascata stress-malattia e possono prevedere la probabilità dell’insorgenza della malattia. Recentemente molti autori hanno pubblicato revisioni sullo stress ossidativo e sui suoi biomarcatori, nonché sulla loro determinazione quantitativa, ci sono anche alcuni studi clinici, ma spesso questi coinvolgono un tipo di biomarcatore. La determinazione di questi composti nel siero e nel plasma rappresenta una sfida per ogni tecnica analitica e richiede precauzioni speciali nella fase pre-analitica. Recentemente sono stati utilizzati vari metodi cromatografici per sostituire i metodi spettrofotometrici convenzionali. Finora, i metodi della cromatografia liquida ad alta pressione (HPLC), della cromatografia liquida con spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS) e della gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) si sono dimostrati specifici e più sensibili per la maggior parte dello stress ossidativo (OS ) biomarcatori da materiale biologico, ma non esiste ancora un metodo sufficientemente specifico, accurato, sensibile e quantitativo per misurare i biomarcatori nei campioni biologici e che possa essere utilizzato nella diagnostica clinica. Poiché l’identificazione dei biomarcatori è più affidabile, è possibile effettuare più correlazioni con determinate malattie o disturbi, soprattutto nel campo delle malattie cardiovascolari, dove la letteratura è scarsa o assente. In questo studio verranno sviluppati e validati metodi analitici robusti e specifici per specifici biomarcatori di OS, comprendendo quindi i meccanismi e la sequenza temporale dei livelli di biomarcatori di OS dopo un intervento di chirurgia cardiaca.

Il bypass cardiopolmonare è stato identificato come un fattore indipendente per la risposta infiammatoria sistemica, che potenzialmente porta a instabilità emodinamica, disfunzione multiorgano e varie complicazioni con conseguente prolungata unità di terapia intensiva (UTI) e degenza ospedaliera. Una delle strategie per ridurre la risposta infiammatoria è stata il MiECC. Secondo la Minimal invasive Extra-Corporeal Technologies International Society (MiECTiS) per caratterizzare un circuito come MiECC deve includere un circuito chiuso; superfici di contatto con il sangue biologicamente inerti; volume di adescamento ridotto; una pompa centrifuga; un ossigenatore a membrana; uno scambiatore di calore; un sistema per la somministrazione di cardioplegia; una trappola per bolle venose/dispositivo per la rimozione dell'aria venosa e un sistema di gestione del sangue versato. Sono stati pubblicati numerosi studi che misurano e confrontano la risposta infiammatoria in pazienti sottoposti a intervento chirurgico a cuore aperto con bypass cardiopolmonare convenzionale (CCPB) o MiECC. Studi recenti, che hanno confrontato il gruppo MiECC con il CPB convenzionale, hanno mostrato livelli più bassi di proteina C-reattiva (CRP) e di interleuchina 6 e interleuchina 8 nel gruppo MiECC. Uno studio, che misurava i marcatori di stress ossidativo in pazienti sottoposti a intervento di bypass coronarico con MiECC, CCPB o senza l’uso di un circuito extracorporeo (bypass coronarico off-pump - OPCAB), ha rivelato una diminuzione statisticamente significativa dei livelli di malondialdeide in MiECC e OPCAB quando rispetto al CCPB, che ha mostrato risultati promettenti su 30 pazienti inclusi nel loro studio. Anche i livelli di malondialdeide raggiungono il picco dopo un paio d'ore dall'intervento, rendendo così ancora più interessante il confronto della risposta immunitaria al MiECC o al CCPB. Aumentando il numero di campioni di sangue, una coorte di studio più ampia e nuove tecniche di analisi della malondialdeide, i ricercatori ritengono che potrebbero essere identificati potenziali valori prognostici. Negli ultimi anni l’isoprostano è stato identificato come un promettente biomarker della perossidazione lipidica. In un recente studio condotto su bambini con difetti cardiaci congeniti sottoposti a chirurgia cardiaca, una rapida eliminazione degli isoprostani è stata associata a un migliore risultato clinico. Non sono stati trovati studi aggiornati che confrontino i risultati degli isoprostani in pazienti sottoposti a CCPB o MiECC. Endocan, un potenziale marcatore immunoinfiammatorio, che riflette la disfunzione endoteliale, potrebbe essere utilizzato anche come potenziale marcatore prognostico per identificare gruppi di pazienti che trarrebbero maggiori benefici dal MiECC. Ad oggi sono stati condotti due studi che hanno studiato la cinetica di endocan dopo CCPB. Confrontando i nostri risultati con altri studi e aggiungendo MiECC all’equazione potrebbe rivelarsi utile per studi futuri che utilizzano endocan come marcatore prognostico.

IMPORTANZA DEI RISULTATI ATTESI:

Il progetto di ricerca intitolato Stress ossidativo e risposta infiammatoria sistemica dopo intervento cardiaco: circolazione extracorporea minimamente invasiva vs. circolazione extracorporea convenzionale contribuirà efficacemente al miglioramento della qualità della vita poiché il suo focus sarà sull’individuazione di specifici biomarcatori di OS e sulla comprensione dei meccanismi e cronologia dei livelli di biomarcatori di OS dopo un intervento di chirurgia cardiaca. A conoscenza dei ricercatori, questo sarà il primo studio così completo che includerà diversi biomarcatori nella previsione del livello di stress ossidativo nei pazienti sottoposti a intervento di bypass cardiopolmonare a cuore arrestato e confronterà due tipi di circuiti di bypass cardiopolmonare. Per stabilire questa previsione, i biomarcatori dell'OS saranno quantificati utilizzando diversi metodi cromatografici in tandem con la spettrometria di massa per la determinazione selettiva ed efficiente di questi biomarcatori. I metodi analitici sviluppati e convalidati saranno robusti ed efficienti per il trasferimento del metodo in un ambiente clinico. I dati ottenuti verranno elaborati statisticamente e implementati nella pratica clinica adattata alla circolazione extracorporea del singolo paziente.