Transcriptomisch profiel van patiënten behandeld met verschillende modaliteiten van ruggenmergstimulatie (SCS-OMICS)

Failed Back Surgery Syndroom (FBSS) is een echte uitdaging voor de specialist vanwege de klinische complexiteit en het economisch belang, niet alleen wat betreft de kosten van de behandeling, maar ook vanwege de hoge incidentie van het syndroom bij patiënten in de werkende leeftijd en met een normale levensverwachting. Dit syndroom is een complicatie van lumbosacrale chirurgie met een incidentie variërend van 5-40%.

Ruggenmergstimulatie (SCS) wordt al jaren veilig en effectief gebruikt bij de behandeling van patiënten met FBSS. Hoewel aanvankelijk werd aangenomen dat het belangrijkste werkingsmechanisme werd verklaard door de "Gate Control Theory", beschreven door Wall en Melzack in 1965, moet worden opgemerkt dat andere mechanismen dan dit zouden kunnen bijdragen aan pijnverlichting als gevolg van SCS. Deze omvatten remming van neuronale prikkelbaarheid en overgevoeligheid op medullair niveau, evenals veranderingen in de afgifte van neurotransmitters zoals GABA, acetylcholine, adenosine, serotonine en noradrenaline, die betrokken zijn bij de overdracht en modulatie van pijn. De moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan het therapeutische effect van SCS blijven echter onbekend.

Genetische studies worden gebruikt om nieuwe inzichten te verschaffen in de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan het ontstaan ​​en in stand houden van pijn. Deze kunnen worden aangestuurd door de hypothese, waardoor de expressie van standaardmoleculen wordt geëvalueerd, of onafhankelijk van de hypothese, genexpressie op genniveau op het hele genoom onderzoeken. Microarray-chips meten de expressie van honderden genen in een bepaald monster. Gebruikt om een ​​grote verscheidenheid aan biologische systemen te bestuderen, zijn ze gebruikt om uitgebreide veranderingen op transcriptieniveau in verschillende delen van het centrale of perifere zenuwstelsel te evalueren, wat heeft geleid tot de ontdekking van nieuwe pijngerelateerde genen zoals de Kv9.1-subeenheid van het kaliumkanaal of KCNS1.

Onlangs suggereren enkele diermodelstudies dat SCS uitgebreide veranderingen in genexpressie veroorzaakt. Tilley en medewerkers ontdekten dat SCS modulatie produceerde in de expressie van onder andere 5HTra, cFOS en GABAbr1, met een sterke correlatie tussen de hoeveelheid toegepaste stroom en de expressie van GABAbr1, Na/K ATPase (negatieve correlatie), 5HT3r en VIP (positieve correlatie). correlatie) op het mergniveau en ook op het niveau van het dorsale wortelganglion. Deze auteurs concentreerden zich op het analyseren van groepen genen waarvan werd aangetoond dat ze veranderd waren in diermodellen van perifere zenuwbeschadiging. Stephens en medewerkers voerden een RNA-seq uit van het ruggenmerg van ratten met neuropathische pijn secundair aan de heupzenuwligatie waarin een ruggenmergstimulator was geïmplanteerd en ontdekten dat genexpressie veranderde na de toepassing van SCS. Ze identificeerden dat de expressie van enkele sleutelgenen in de expressie van eiwitdicht postsynaptisch ondersteunend eiwitnetwerk in glutamaergische synapsen wordt gereguleerd na SCS; dit zou dit dichte netwerk kunnen destabiliseren, waardoor de effectiviteit van synaptische signalering afneemt. Ze ontdekten ook dat SCS nabijgelegen spinale kanalen kan activeren die neuronen en glanscellen in de distale spinale segmenten aantasten. De groep van Vallejo en Tilley voerde ook uitgebreide transcriptoomanalyse uit in diermodellen van neuropathische pijn en ontdekte dat SCS significante modulatie in genexpressie produceert op het niveau van het ruggenmerg en het ganglion van de dorsale wortel, met groepen genen en metabole routes die vergelijkbaar zijn in beide weefsels en die direct of indirect gerelateerd aan neurale regeneratie, regulatie van ontstekings- en immuunresponsen en regulatie van ionentransport. Onze groep analyseerde de genexpressie van verschillende markers (van cannabinoïde-receptoren, opioïde-receptoren en opioïde-peptiden) met behulp van real-time polymerasekettingreactie van lymfocyten-RNA verkregen uit perifere bloedmonsters van patiënten met FBSS behandeld met SCS, en observeerde een significante toename van proenkefaline ( PNK) volgens SCS met betrekking tot basislijnniveaus en gehandhaafd in de tijd.

Gebruikmakend van de voordelen van grootschalige studie van het genoom met behulp van microarrays, hebben we de afgelopen jaren een onderzoeksproject uitgevoerd met als hoofddoel het identificeren van nieuwe moleculaire basen, gedefinieerd met transcriptomische profielen, differentieel tot expressie gebracht in het plasma van patiënten die getroffen zijn door FBSS en behandeld met tonic of conventioneel SCS. Deze studie is gefinancierd door Instituto de Salud Carlos III via het project PI16/01364 (medegefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling/Europees Sociaal Fonds "A way to make Europe"/"Investing in your future"). Het project werd goedgekeurd door de ethische commissie voor klinisch onderzoek van het Universitair Algemeen Ziekenhuis van Valencia. De studie voldeed aan lokale regelgeving, Good Clinical Practice-richtlijnen en de principes van de Verklaring van Helsinki, evenals aan de huidige wet- en regelgeving met betrekking tot de bescherming van persoonsgegevens en de rechten en verantwoordelijkheden met betrekking tot informatie en documentatie in de gezondheidszorg. Onze groep voerde een transcriptomische analyse uit van het bloed van patiënten met FBSS die werden behandeld met SCS (responderpatiënten); we verkregen monsters voor en op verschillende tijdstippen na implantatie van het systeem om differentiële genexpressie te vinden als reactie op behandeling en die zouden kunnen dienen als potentiële biomarkers voor effectiviteit van therapie. We hebben ook transcriptomische analyse uitgevoerd van patiënten bij wie SCS niet effectief was (non-responders), waarbij we de resultaten vergeleken met de reagerende patiënten met de bedoeling differentiële expressie te vinden van potentiële biomarkers van respons op SCS-therapie. Ten slotte vergeleken we de expressie van patiënten met de diagnose FBSS met een groep patiënten met een wervelkolominterventie die geen pijn ontwikkelden en dienden als controlegroep; we proberen verschillen in de genexpressie tussen de twee populaties te vinden met als doel mogelijke biomarkers voor ziekteontwikkeling te vinden. We includeerden 30 patiënten met SCS-behandelde FBSS (waarvan 7 non-responders en 23 responders) en 15 controlepatiënten. We hebben de werving en analyse van de monsterperiodes afgerond en we bevinden ons momenteel in de interpretatiefase van de definitieve resultaten en de ontwikkeling van de bijbehorende publicaties. Hoewel de resultaten niet definitief zijn, toont voorlopige analyse aan dat er meer dan 190 differentieel tot expressie gebrachte genen (p < 0,05) zijn bij aanvang bij het vergelijken van controlepatiënten en patiënten met FBSS die met SCS werden behandeld. We vonden ook meer dan 750 genen die differentieel tot expressie werden gebracht bij patiënten die voor en na het begin van de SCS-therapie waren geïmplanteerd.

HYPOTHESE

De biochemische en moleculaire processen geassocieerd met FBSS zijn onbekend, evenals de veranderingen die optreden bij patiënten die SCS ondergaan. De transcriptomische analyse lijkt veelbelovende hulpmiddelen om inzicht te geven in de mechanismen die ten grondslag liggen aan chronische pijn. Kwantificering van RNA met RT-PCR zal het mogelijk maken om differentiële betrokken genen te identificeren en solide conclusies te trekken.

Onze hypothese is gebaseerd op het feit dat verschillende genetische expressies moeten voorkomen in klinische situaties die verband houden met pijn en dat deze veranderingen differentieel moeten worden gewijzigd bij patiënten die met succes zijn behandeld met ruggenmergstimulatie.

De identificatie van deze mogelijke biomarkers van de toestand of evolutie van de pathologie en de behandeling ervan zal aanzienlijk bijdragen tot het vaststellen van nauwkeurigere therapeutische strategieën en kan dienen als voorspellende biomarkers van respons op behandeling, als leidraad voor de selectie van therapeutische doelen voor de ontwikkeling van toekomstige behandelingsstrategieën.

DOELEN VAN DE STUDIE

Op basis van deze hypothesen en met de hoopvolle resultaten die eerder door onze groep zijn verkregen, proberen de onderzoekers te vergelijken of de DTM-programmering van het SCS-systeem een ​​ander expressieniveau-effect produceert dan conventionele programmering met de bedoeling biomarkers te zoeken voor respons en evolutie hierop. programmeerwijze.

De onderzoekers willen ook onderzoeken of deze verschillen verband kunnen houden met significant verschillende klinische uitkomsten en correleren met de intensiteit van het effect van de verschillende modaliteiten.