シャント正常圧水頭症における容量測定とプロテオミクス (LiNPH)

プロジェクトの背景と概要

特発性正常圧水頭症 (=iNPH) は、脳室拡張を伴う患者に平衡障害、歩行障害、失禁、認知障害などの症状を引き起こす、脳のダイナミクスの乱れを伴う状態です。 この状態は、一般に知られているよりもはるかに一般的であり、有病率は年齢とともに急激に増加し、70 歳の 2.1% から 80 歳以上の 8.9% まで増加します。 Adams と Hakim は、CSF 採取後の症候学と症状の可逆性に基づいて、1965 年には早くもこの疾患を説明しました。 しかし、病気の診断と治療のためのエビデンスに基づいたガイドラインをまとめた iNPH 国際ガイドラインが発表されたのは 2005 年のことでした。 現時点では、CSF タップテストに加えて、患者がシャントに反応する可能性を予測する信頼できるテストは存在しないと述べられています。 疾患の重症度を評価するためのいくつかの異なるスケールがあり、そのうちの 1 つは iNPH スケールであり、歩行、バランス、神経心理学、自制のサブスケールがあります。

リンショーピン大学病院の脳神経外科 (NK) および神経科 (NL) では、2004 年以来、複数の専門家からなるチームがうまく機能しています。 チームは、スウェーデンの南東部の医療地域からの紹介で iNPH を調査し、治療します。 毎年約 250 件の紹介があり、70 ～ 80 人の患者が評価され、少なくとも 40 人の患者が脳室腹腔シャント手術を受けています。 評価は、放射線検査の最初の段階、神経科医による臨床評価、理学療法士による運動評価、作業療法士による認知評価で構成されます。 CSFタップテストは通常​​、腰椎穿刺によって最大50mlの脳脊髄液が排出される検査で行われ、iNPHでは通常症状が緩和されます。 評価には、定性的評価の動きパターンのビデオ録画も含まれます。 結果は、放射線学とともに、一緒に検討され、患者に治療を提供する必要があるかどうかがチームによって検討されます。 患者は NK で脳室腹腔シャントで手術され、手術の 3 か月後に同じ運動および認知テストで NL でフォローアップされ、その後結果が評価されます。 大規模な研究では、シャントを受けた iNPH 患者の約 70% が術後に改善します。

シャント療法は iNPH の唯一の治療法であり、1950 年代から利用されています。 治療の目標は、心室系の脳脊髄液の量を減らし、それによって心室系の量を正常化することです。 1990 年代初頭以降、調整可能なシャント バルブがますます使用されるようになりました。 これは、必要に応じて、移植後にバルブの部位に外部磁石を適用してバルブを調整できることを意味します。 ほとんどの調整可能なバルブの欠点は、患者が磁気カメラ検査を受ける場合など、強い磁場にさらされると、バルブの設定が不注意に調整される可能性があることです。 ただし、調整可能なバルブは、手術後でも患者のニーズに合わせて抵抗を調整できるため、多くの利点があります。 たとえば、シャント後の最も一般的な合併症の 1 つ (硬膜下血腫) は、多くの場合、弁の抵抗を上げることで治療できます。 2015 年、Codman Johnson & Johnson 社は、8 つの異なる設定を備えた調整可能なシャントである新しいシャント バルブ、Certas Plus を導入しました。 バルブは臨床で確立されています。 特別な機能は、40 cm H2O である最高設定 (8) です。これは、理論的にはオフになったシャントに相当する非常に高い抵抗であり、会社によって「仮想オフ」と呼ばれています。 また、MR 耐性を持つように設計されているため、MRI 磁場にさらされても設定が変化しません。 これらの機能はこれまでに in vitro でテストされていますが、臨床研究はまだ行われていません。 これらの機能の利点は、潜在的に外科手術や入院治療が少なくて済むことです。また、南東部の医療地域の患者は、弁の再調整のためにリンショーピンの脳神経外科に行く必要なく、自宅の病院で計画的および緊急の MRI 検査を実施することもできます。

心室拡張は放射線診断です。 1940年代以降、側脳室の側方境界間の最大直径と頭蓋骨の内側の最大両頭頂直径が測定され、2つを割って比を得ることによって、いわゆるエバンス指数が得られました。 測定は簡単ですが、誤差の原因が多く、心室系の容積変化に対する感度が低い方法です。 臨床診療と研究の両方において、より信頼性の高い方法が必要です。 容積測定法、すなわち心室の容積を測定する方法はますます使用されるようになっていますが、手動計算に時間がかかるため、臨床現場ではまだ実施されていません。 特別なソフトウェア (ITK-SNAP) で変換された MRI 画像を使用して、体積を計算し、心室系の 3 次元画像をプロットすることができます。 シャント弁の抵抗と心室容積の減少との関係を調べた文献の研究はいくつかあります。 シャント療法、シャント抵抗に関連する心室容積の変化を研究する前向き盲検研究はなく、また、心室容積の減少と術後の臨床転帰との間に相関関係があるかどうかに関する研究もありません。 ウプサラの研究グループは最近、シャントされた iNPH 患者に関する研究を発表しました。そこでは、リンシェーピングで開発された新しい MRI 技術 (SyntheticMR) が、治療後にエバンス指数を変えることなく心室容積がどのように減少するかを明確に示すことができます。 同じ研究で、心室の別のパラメーター、いわゆる脳梁角度が、シャント後にどのように明確に変化するかを示すこともできました。 これは、この患者グループに適用できる放射線評価スケール Radscale の一部です。 同じ研究グループは以前、SyntheticMR を使用して、iNPH 患者のタップテスト後に心室容積がどのように減少し、24 時間以内に元に戻るかを示すこともできました。 米国リンシェーピングの CMIV (= 医用画像および視覚化センター) には、大学病院の 3 テスラ MR カメラがいくつかあり、SyntheticMR の優れた技術的および科学的知識がそこで開発されています。 短時間の MRI プロトコル (6 分) を使用して、脳組織の状態の定量的データを生成します。これにより、脳の灰白質、脳細胞のサポート タンパク質であるミエリン、および脳脊髄液が何であるかを簡単に確認し、脳脊髄液を計算します。各コンポーネントのボリューム。 DTI (=Diffusion Tensor Imaging) シーケンスを含む水頭症の標準プロトコルを使用したシーケンスでは、MRI カメラでさらに 15 ～ 20 分必要です。 また、SyntheticMR は、これまで唯一の方法として、脳室の外側にある基底槽と脳溝にある CSF の量を簡単に計算できます。 しかし、これまでのところ、健康な脳または iNPH における脳外 CSF の量を研究した人はいません。 さらに、シャントに反応してこの量の脳外 CSF がどのように変化するかを研究した人は誰もいません。

プロテオームとは、生物や臓器が合成するタンパク質の総称です。 プロテオームは一定ではなく、同じ生物内の異なる臓器間および同じ臓器内で時間の経過とともに変化し、病気の生物または臓器で変化します。 プロテオミクスはこれらのタンパク質の科学であり、特定のタンパク質がいつどこで見つかるか、これらの濃度、それらがどのように分解され、修飾され、さまざまな生理学的および疾患プロセスで相互作用するかを調べるために使用できます。 一部の神経疾患は、本態性振戦や慢性神経因性疼痛などのプロテオミクス変化で特徴付けられており、私たちの研究グループのメンバーによって特徴付けられています。 iNPH 患者の脳脊髄液のプロテオミクスは、文献に 3 つの研究しかなく、比較的未開拓です。 これらは、健康な脳で期待されるものと比較して際立っているいくつかのタンパク質を特徴付けています. 腰椎穿刺を介して採取されたCSFと脳室からの脳脊髄液との間の比較研究は実施されていません。 リンショーピン大学病院の疼痛およびリハビリテーション医学部門には、多くの科学論文を発表するプロテオミクス ラボ (PAINOMICS ラボ) が設立されました。 プロテオミクス研究に利用できる標準的な方法は、二次元ゲル電気泳動 (2D 電気泳動) と質量分析 (LC-MS/MS) です。 これらは、1 つのサンプルで最大 1,000 個のタンパク質を分析するために適用され、抗体ベースの技術で検証されます。 抗体ベースの技術を使用すると、いわゆるマルチプレックスパネルで最大 86 のサイトカイン、ケモカイン、成長因子、および代謝物質を分析することもできます。 プロテオミクス研究で得られるデータ セットは複雑です。 これらのデータセットは、多くの高度に相関した変数 (タンパク質の濃度) で構成されています。 次に、iNPH の患者とコントロールの間でタンパク質の含有量の変化を比較して、プロテオームの「フィンガープリント」の違いを確立することができます。 明確な診断を行い、治療が成功する可能性を評価し、iNPH の病態生理学をより深く理解するために、現在利用可能な方法を補完するものとして、新しいバイオマーカーが大いに必要とされています。

目的、科学的問題およびサブスタディ:

1. 合成 MRI を使用して心室容積を監視する臨床的に有用な方法を評価および検証します。 確立された容積測定法 (ITK-SNAP) と比較し、評価者内および評価者間の信頼性を比較します。
2. 健康な対照者とINPH患者の通常の生理学的状態での脳室容積と脳外頭蓋内CSFの量をマッピングし、INPHでのシャント後にこれらの容積がどのように変化するかを計算します。
3. シャント後の容積変化と容積測定および iNPH Radscale の変化が、術後 3 か月の臨床転帰とどのように相関するかを調査します。
4. シャント弁 CERTAS PLUS の機能と in vivo での MR 抵抗に対する安全性を調べ、弁の抵抗に基づいて心室容積の減少の程度を関連付けます。
5. 術前に CSF および血漿中の iNPH のプロテオミクス発現をマッピングし、脳室腹腔シャント後 3、12、および 36 か月での変化を監視します。
6. iNPH の CSF のプロテオミクスが、腰椎と心室の CSF と血漿の間でどのように異なるかを比較します。 iNPH 患者の腰椎 CSF が、同年齢の神経学的に健康なコホート対照者および本態性振戦患者と比較して異なるかどうかを調べます。

プロジェクトの計画、実施、および研究対象の選択:

スウェーデン国家倫理審査委員会 (Etikprövningsmyndigheten)、参照番号 2020-0071920 は、このプロジェクト計画を承認しました。

NPH チームの調査を受け、シャント治療に適していると判断された 50 人の患者が、研究のために連続して募集されます。

リンショーピン大学病院の整形外科、泌尿器科、婦人科の手術待機リストを介して、60 歳以上の 50 人のボランティアからなる対照群を募集します。 ボランティアは、脊椎麻酔で計画された整形外科/婦人科/泌尿器科の手術中に、麻酔を適用するために腰椎穿刺を受ける高齢の患者から募集されます。 ボランティアは術前に、容積測定のための標準シーケンスとSyntheticMRプロトコルを含むMRI検査を受けます。

NPH チームによる iNPH 患者の術前調査は、次の検査で構成されています。 1. 神経科医による臨床評価。 2. 理学療法士がバランスと歩行能力を評価します。 テストには、Timed Up and Go (TUG)、歩数と時間、歩行スケール、バランス スケール、iNPH スケールの一部としての 10 m ウォーキングが含まれます。 3. 作業療法士は、認知機能を評価し、次のテストを実行します: MMSE (=Mini-Mental State Examination)、Grooved pegboard、Rey Auditory Verbal Learning Test、Stroop color Naming and Stroop Interference、Trail Making Test A および B.尿失禁は、尿失禁スケールで行われます。 すべての評価は、iNPH スケールにまとめられています。

髄腔内圧の測定を伴う腰椎穿刺、細胞分析、タンパク質分析、ライム病に対する抗体、および CSF タップテストが基本的な調査に含まれています。 患者の病歴、症状、および放射線学と CSF タップテストの結果は、NPH チーム内で議論され、患者がシャントに適していると見なされるかどうかが決定されます。

チームによってシャントが推奨され、研究の除外基準を満たしていない患者は、ラファエル・ホルムグレン博士の外来患者に呼び出され、意図された手術とそれに伴うリスクについて知らされ、口頭および書面による情報の後、研究への参加が提案されます。 患者は、応答する前に考えて、担当看護師の電話に戻る時間を与えられます。

コントロール グループのボランティアは、リンショーピン大学病院の整形外科、泌尿器科、婦人科によって脊椎麻酔の手術が計画されている患者から募集されます。 彼らは、書面による情報に加えて、電話で口頭で、または必要に応じてラファエル・ホルムグレン博士との外来診察中に研究への参加の可能性について通知されます。 対照群の参加者は、手術前に標準プロトコルと合成 MRI による MRI 検査を受けます。 脊椎麻酔を施す前に、プロテオミクスプロファイルの分析のために腰椎 CSF 10 ml を採取し、同じ目的で血液サンプルを採取します。

シャントされる参加 iNPH 患者は、手術の前日に、修正された標準プロトコルと SyntheticMR を使用した MRI を受けます。所要時間は約45分。

患者は翌日全身麻酔を受け、腰椎穿刺を行った後、10mlの脳脊髄液を採取する。 同時に、プロテオミクス分析のために血液サンプルも採取されます。 患者は、3 人の外科医 (NK の Rafael Holmgren 博士、Peter Zsigmond 博士、または Martin Nilsson 博士) のうちの 1 人による標準的な手順により、脳室腹腔シャントで手術されます。患者は Codman CERTAS PLUS シャント バルブを受け取り、オペレーター、患者、および放射線研究者には見えない 2 つのバルブ設定のうちの 1 つ (無作為化に従って別の同僚が設定): 4 (=110 mm H2O、従来のデフォルト設定) または 8 (> 400 mm H20 別名「仮想オフ」)。 脳室がカテーテルによって穿刺されると、プロテオミクス用の別の 10 ml CSF がここで収集されます。 サンプルはプロテオミクス研究所に運ばれ、遠心分離され、小分けにされてから凍結されます。 その後、それらはリンショーピン大学病院の職業環境医学のバイオバンクに保管されます (国立保健福祉委員会に登録されています)。 入ってくる各被験者には固有のコード番号が与えられ、すべての試験管にこの番号が付けられます。 コードキーは、リンシェーピングの脳神経外科の施錠されたキャビネットに保管されています。

手術後約 36 時間 (範囲 24 ～ 48 時間) に、患者は新しい MRI 検査を受けて、この検査の後、弁の上にかざしたリーダー コンパスで弁の設定をチェックします。 最初に弁の設定 8 を受けた患者は、手術後の MRI 検査で検出される硬膜下血腫を患っていない限り、現在は標準設定 4 を受け取るように調整されています。 その後、患者は自宅または地元の病院に退院します。 したがって、すべての患者は機能するシャント治療を受けて帰宅します。

患者は、外科医への再訪問のために3か月後にシャントされたiNPH患者の標準的なフォローアップのために呼び戻され、運動および認知テストと同じプロトコルで理学療法士および作業療法士による臨床検査/フォローアップを実施します手術前のように。 患者はまた、手術前と同じプロトコルで新しい MRI 検査を受けます。 シャントバルブの設定は、MRIの後にチェックされ、バルブの設定が以前と同じであることを確認します。 また、シャントバルブチャンバーは、心室から10mlのCSFを得るために小さな針で無菌条件下で穿刺され、血液サンプルもプロテオミクス分析のために採取されます。

患者は、手術の 1 年後と 3 年後に、臨床評価とシャント弁の新規穿刺、および 3 か月の健康診断と同じ手順での血液検査のために、再び手術医に呼び出されます。

MRI に関連するシャント抵抗の調整を含むすべてのシャント関連の合併症は、継続的に記録されます。

CSF および血液サンプルのアッセイは、Painomics ラボの Bijar Ghafouri 教授によって、質量分析と 2D 電気泳動の両方を使用して実行され、タンパク質を特定、分離し、ELISA 技術を使用してそれらを特徴付けます。 サンプルの身元は審査官には知らされていません。

MRI 研究は、Dr. Holmgren と Dr. Georgiopoulos による従来の技術 (ITK SNAP) と SyntheticMR 技術の両方で行われた研究のボリュームの評価に適合した特定のソフトウェアで分析されます。 患者の身元とシャントの設定は、試験官だけでなく、研究のタイミングも知らされません。

研究集団のサイズの統計的根拠

50 人の iNPH 患者の量は、プロジェクトの表明された目的に答えるのに十分であると判断されます。 これは、iNPH でのプロテオミクスの研究 (Chen et al および Li et al、参考文献を参照) には、それぞれ 18 人および 15 人の患者が含まれ、統計的に有意な明確な結果が得られたためです。 Virhammar らによる腰椎穿刺およびシャント後の合成 MRI で計算された心室容積に関する研究には、それぞれ 23 名および 18 名の患者が含まれ、統計的に有意な明確な結果が得られました。 対照群の神経学的に健康な対照被験者/ボランティアの数は、INPH患者の数に対応する50人に達する。