Citochine, Modulatori della Neuroplasticità e Biomarcatori nella Stenosi del Canale Spinale e nella Decompressione Endoscopica

La stenosi spinale è un disturbo muscolo-scheletrico comune che causa dolore o disabilità nei pazienti. Tuttavia, la patogenesi di questa malattia è complessa e non è stata ancora completamente chiarita. La stenosi del canale vertebrale lombare risulta da cambiamenti degenerativi nelle strutture situate dietro il midollo spinale, come l'ipertrofia del legamento giallo (LF), nonché la calcificazione del legamento, la degenerazione e l'ipertrofia delle faccette articolari e/o l'erniazione dei dischi intervertebrali situati anteriormente al midollo spinale. La patologia dell'ipertrofia del LF include cambiamenti fibrocartilaginei associati alla proliferazione del collagene di tipo II, ossificazione, deposizione di cristalli di calcio, degenerazione delle fibre collagene ed elastiche e metaplasia condroide dei fibroblasti del legamento. Numerosi studi scientifici hanno tentato di esplorare l'eziologia dell'ipertrofia e dell'ossificazione dei legamenti spinali, considerando fattori sistemici, locali, genetici e ambientali. Tuttavia, il meccanismo di sviluppo della degenerazione non è ancora completamente compreso. Oltre allo stress meccanico e all'aumentata sintesi di collagene (fibrosi) nel legamento, che rendono l'età un fattore di rischio principale, la presenza di infiammazione e infiltrazione di macrofagi è considerata un contributore significativo allo sviluppo della degenerazione.

Pertanto, è ragionevole supporre che la presenza di infiammazione associata ad altre condizioni di salute - specialmente croniche - possa, in misura sconosciuta, influenzare il decorso della degenerazione delle strutture spinali. Attualmente, l'obesità e la sarcopenia stanno attirando particolare attenzione come disturbi che colpiscono tutti i sistemi del corpo umano. Poiché la loro prevalenza è in aumento, una comprensione approfondita delle loro conseguenze sugli organi individuali ha un'importanza sociale e pratica significativa per la prevenzione e la protezione della salute.

Un numero crescente di rapporti indica che i disturbi del metabolismo lipidico e la secrezione di adipochine e citochine pro-infiammatorie sono profondamente coinvolti nella regolazione dei fenotipi e dei destini cellulari, nel metabolismo della matrice extracellulare e nell'infiammazione nei processi fisiopatologici delle malattie degenerative spinali e articolari. I disturbi metabolici possono influenzare il metabolismo osseo e portare a ossificazione ectopica e deposizione di grasso non solo nei legamenti spinali ma anche in altre strutture spinali. È anche degno di nota l'influenza dell'adipochinoma sullo sviluppo dei disturbi degenerativi muscolo-scheletrici. Anche il grasso epidurale anatomicamente presente nel canale spinale può infiammarsi e secernere spontaneamente citochine infiammatorie, potenzialmente modificando la funzione dei tessuti adiacenti, come i muscoli e i legamenti paravertebrali. Vale la pena menzionare che la lipomatosi epidurale spinale, caratterizzata da un eccesso di tessuto adiposo nello spazio epidurale che porta alla stenosi del canale spinale, è fortemente associata all'obesità.

Finora, è stato confermato che le adipochine e i loro recettori, sebbene localizzati principalmente nel tessuto adiposo bianco, sono presenti anche nella cartilagine articolare e nel midollo osseo spinale. Le adipochine possono promuovere la degenerazione del legamento giallo stimolando le risposte infiammatorie e promuovendo cambiamenti patologici. È stato dimostrato che la leptina si correla significativamente con il numero di vertebre affette da ossificazione legamentosa. Fan et al. hanno scoperto che la leptina aumenta marcatamente l'espressione dell'mRNA della fosfatasi alcalina e dell'osteocalcina nelle cellule del legamento giallo. Sono stati anche trovati alti livelli di visfatina nei legamenti gialli di pazienti con ossificazione confermata. Non ci sono dati disponibili sulla presenza e il ruolo di altre citochine derivate dal tessuto adiposo come adipsina, vaspina, resistina, lipocalina-2, progranulina, chemerina, omentina-1 o fattore di crescita e differenziazione-15 (GDF-15) nel legamento giallo. È altamente probabile che queste citochine siano coinvolte anche nello sviluppo della stenosi del canale spinale, il che costituisce la nostra ipotesi di ricerca. La presenza e i livelli di queste citochine nel tessuto adiposo epidurale in pazienti con stenosi, rispetto a quelli senza restringimento del canale spinale, non sono stati studiati finora. Poiché gli studi confermano che l'infiammazione sistemica cronica colpisce vari tessuti e l'infiammazione locale influisce significativamente sulle strutture vicine, ipotizziamo che legamenti, muscoli paravertebrali, dischi intervertebrali, ecc., possano essere particolarmente vulnerabili alle citochine secrete dal tessuto adiposo epidurale. Precedenti studi in vitro hanno confermato che un ambiente locale ricco di citochine come IL-6, IL-1α, donatore di ossido nitrico (SNAP) e prostaglandina E2 cambia l'espressione genica dei collageni I, V, XI e dell'osteocalcina nelle cellule del legamento giallo. Tuttavia, l'impatto delle menzionate adipochine sullo sviluppo della degenerazione del legamento giallo non è stato ancora determinato.

Lo studio coinvolgerà l'esame delle concentrazioni di citochine (specialmente adipochine) e modulatori della neuroplasticità e la loro espressione di mRNA in tessuti rimossi di routine da pazienti con stenosi spinale ed ernia del disco durante l'intervento chirurgico, nonché la raccolta di sangue dai pazienti due volte, prima della procedura e durante una visita di controllo due mesi dopo la procedura.

Obiettivi

1. Identificare le differenze nelle concentrazioni di biomarcatori selezionati in campioni di legamento giallo, muscoli paravertebrali e grasso epidurale raccolti dalla regione lombare di pazienti con stenosi rispetto a quelli senza degenerazione del canale spinale.
2. Determinare se l'espressione di biomarcatori selezionati nei tessuti si correla con la loro presenza nel sangue dei pazienti e se si relazionano con il grado di degenerazione, disabilità, intensità del dolore e massa corporea.
3. Selezionare potenziali biomarcatori per monitorare l'efficacia della chirurgia di decompressione del canale spinale confrontando i livelli dei biomarcatori prima dell'intervento e due mesi durante la guarigione.
4. Identificare potenziali proteine che modulano il metabolismo e l'infiammazione nel legamento giallo.
5. Valutare l'impatto di citochine selezionate e dell'adipochinoma del tessuto adiposo epidurale sul metabolismo e l'infiammazione in colture cellulari di legamento giallo.

Descrizione della Popolazione dello Studio

Lo studio coinvolgerà 100 pazienti dell'Ospedale Clinico Ortopedico-Riabilitativo dell'Università di Scienze Mediche di Poznań, inclusi sia uomini che donne:

• 50 pazienti con stenosi del canale spinale lombare, di età 40-90 anni
• 50 pazienti con ernia del disco intervertebrale, di età 18-40 anni, che richiedono trattamento chirurgico I partecipanti subiranno l'intervento chirurgico a condizione che diano il consenso informato per l'uso dei loro tessuti nella ricerca scientifica.
• Il gruppo di studio subirà la decompressione endoscopica del canale spinale, che comporta la rimozione di tessuti (osso, legamento, articolazione) che comprimono le strutture neurali, e possibilmente la rimozione di un frammento di disco intervertebrale dislocato.
• Il gruppo di controllo subirà un intervento chirurgico isolato per ernia del disco intervertebrale, che comporta la rimozione del frammento di disco dislocato.

Metodi Prima dell'intervento (entro 48h) e due mesi dopo l'intervento, verrà prelevato 20 ml di sangue venoso da ciascun paziente.

Durante l'intervento chirurgico, verranno raccolti i seguenti campioni:

• Tessuto muscolare paravertebrale
• Legamento giallo
• Tessuto adiposo epidurale

Lo studio utilizzerà i seguenti metodi/strumenti:

1. Questionari standardizzati per disabilità e intensità del dolore
2. Risonanza magnetica della colonna lombare (eseguita di routine prima dell'intervento)

3. Test molecolari

   1. L'espressione di mRNA delle citochine (GDF-15, adipsina, vaspina, resistina, lipocalina-2, progranulina, chemerina, omentina-1) sarà misurata usando la PCR.
   2. Saranno eseguiti saggi immunoenzimatici utilizzando kit ELISA commerciali su omogenati di tessuto e siero per determinare le concentrazioni proteiche (GDF-15, adipsina, vaspina, resistina, lipocalina-2, progranulina, chemerina, omentina-1)
4. Coltura cellulare e stimolazione delle cellule con citochine e mezzo ottenuto da tessuto adiposo Un terzo del materiale biologico sarà destinato agli studi di coltura cellulare. I campioni di legamento giallo, muscoli paravertebrali e tessuto adiposo epidurale saranno raccolti direttamente dopo l'intervento chirurgico e posti in contenitori sterili con mezzi di trasporto appropriati.

Tutti i campioni saranno immediatamente trasportati al laboratorio di coltura cellulare in condizioni sterili, nel più breve tempo possibile dalla raccolta. All'arrivo in laboratorio, subiranno appropriati protocolli di isolamento cellulare pre-stabiliti, adattati alle caratteristiche di ogni tipo di tessuto.

Dopo il periodo di esposizione, l'espressione di mRNA e i livelli proteici di citochine, marcatori di fibrosi, marcatori ossei, proteine della matrice extracellulare, enzimi di degradazione della matrice saranno misurati nel mezzo condizionato raccolto dalle colture di miociti e fibroblasti del legamento giallo.