Cytokines, Neuroplasticiteitsmodulatoren en Biomarkers bij Spinalekanaalstenose en Endoscopische Decompressie

Spinale stenose is een veelvoorkomende aandoening van het bewegingsapparaat die pijn of invaliditeit bij patiënten veroorzaakt. De pathogenese van deze ziekte is echter complex en is nog niet volledig opgehelderd. Lumbale spinale stenose ontstaat door degeneratieve veranderingen in structuren achter het ruggenmerg, zoals hypertrofie van het ligamentum flavum (LF), evenals ligamentcalcificatie, degeneratie en hypertrofie van de facetgewrichten en/of hernia van tussenwervelschijven anterior aan het ruggenmerg. De pathologie van LF-hypertrofie omvat fibrocartilagineuze veranderingen geassocieerd met type II collageenproliferatie, ossificatie, calciumkristalafzetting, degeneratie van collageen- en elastische vezels, en chondroïde metaplasie van ligamentfibroblasten. Talloze wetenschappelijke studies hebben geprobeerd de etiologie van hypertrofie en ossificatie van spinale ligamenten te onderzoeken, waarbij systemische, lokale, genetische en omgevingsfactoren werden overwogen. Het mechanisme van degeneratieontwikkeling is echter nog steeds niet volledig begrepen. Naast mechanische stress en verhoogde collageensynthese (fibrose) in het ligament, waardoor leeftijd een belangrijke risicofactor is, wordt de aanwezigheid van ontsteking en macrofaaginfiltratie beschouwd als een belangrijke bijdrager aan degeneratieontwikkeling.

Daarom is het redelijk om aan te nemen dat de aanwezigheid van ontsteking geassocieerd met andere gezondheidsaandoeningen - vooral chronische - in onbekende mate het beloop van degeneratie van spinale structuren kan beïnvloeden. Momenteel krijgen obesitas en sarcopenie bijzondere aandacht als aandoeningen die alle systemen van het menselijk lichaam beïnvloeden. Aangezien hun prevalentie toeneemt, heeft een grondig begrip van hun gevolgen voor individuele organen aanzienlijk sociaal en praktisch belang voor preventie en gezondheidsbescherming.

Een toenemend aantal rapporten geeft aan dat verstoringen in het lipidenmetabolisme en de secretie van pro-inflammatoire adipokines en cytokines diep betrokken zijn bij het reguleren van cellulaire fenotypen en lot, extracellulaire matrixmetabolisme en ontsteking in de pathofysiologische processen van degeneratieve spinale en gewrichtsaandoeningen. Metabole stoornissen kunnen het botmetabolisme beïnvloeden en leiden tot ectopische ossificatie en vetafzetting, niet alleen in spinale ligamenten maar ook in andere spinale structuren. Ook opmerkelijk is de invloed van de adipokinome op de ontwikkeling van degeneratieve aandoeningen van het bewegingsapparaat. Zelfs anatomisch aanwezig epiduraal vet in het wervelkanaal kan ontstoken raken en spontaan inflammatoire cytokines uitscheiden, mogelijk de functie van aangrenzende weefsels, zoals paraspinale spieren en ligamenten, wijzigend. Het is vermeldenswaard dat spinale epidurale lipomatose, gekenmerkt door een overmaat aan vetweefsel in de epidurale ruimte leidend tot wervelkanaalstenose, sterk geassocieerd is met obesitas.

Tot nu toe is bevestigd dat adipokines en hun receptoren, hoewel voornamelijk gelokaliseerd in wit vetweefsel, ook aanwezig zijn in gewrichtskraakbeen en spinale beenmerg. Adipokines kunnen degeneratie van het ligamentum flavum bevorderen door inflammatoire reacties te stimuleren en pathologische veranderingen te bevorderen. Van leptine is aangetoond dat het significant correleert met het aantal wervels aangetast door ligamentaire ossificatie. Fan et al. ontdekten dat leptine alkalinefosfatase en osteocalcine mRNA-expressie in ligamentum flavum-cellen merkbaar opreguleert. Hoge niveaus van visfatine zijn ook gevonden in de ligamenta flava van patiënten met bevestigde ossificatie. Er zijn geen beschikbare gegevens over de aanwezigheid en rol van andere uit vetweefsel afkomstige cytokines zoals adipsine, vaspine, resistine, lipocaline-2, progranuline, chemerine, omentine-1 of groeidifferentiatiefactor-15 (GDF-15) in het ligamentum flavum. Het is zeer waarschijnlijk dat deze cytokines ook betrokken zijn bij de ontwikkeling van wervelkanaalstenose, wat onze onderzoekshypothese vormt. De aanwezigheid en niveaus van deze cytokines in epiduraal vetweefsel bij patiënten met stenose, vergeleken met die zonder vernauwing van het wervelkanaal, zijn tot op heden niet onderzocht. Aangezien studies bevestigen dat chronische systemische ontsteking verschillende weefsels beïnvloedt en lokale ontsteking aangrenzende structuren significant beïnvloedt, veronderstellen we dat ligamenten, paraspinale spieren, tussenwervelschijven, etc., bijzonder vatbaar kunnen zijn voor cytokines uitgescheiden door epiduraal vetweefsel. Eerdere in vitro-studies bevestigden dat een lokale omgeving rijk aan cytokines zoals IL-6, IL-1α, stikstofmonoxidedonor (SNAP) en prostaglandine E2 de genexpressie van collageen I, V, XI en osteocalcine in ligamentum flavum-cellen verandert. De impact van de genoemde adipokines op de ontwikkeling van ligamentum flavum-degeneratie is echter nog niet vastgesteld.

Het onderzoek omvat het onderzoeken van de concentraties van cytokines (vooral adipokines) en neuroplasticiteitsmodulatoren en hun mRNA-expressie in weefsels die routinematig worden verwijderd van patiënten met spinale stenose en discushernia tijdens chirurgie, evenals het tweemaal afnemen van bloed van patiënten, vóór de ingreep en tijdens een vervolgbezoek twee maanden na de ingreep.

Doelstellingen

1. Verschillen identificeren in geselecteerde biomarkerconcentraties in monsters van ligamentum flavum, paraspinale spieren en epiduraal vet verzameld uit de lumbale regio van patiënten met stenose vergeleken met die zonder wervelkanaaldegeneratie.
2. Bepalen of de expressie van geselecteerde biomarkers in weefsels correleert met hun aanwezigheid in het bloed van de patiënten en of ze verband houden met de mate van degeneratie, invaliditeit, pijnintensiteit en lichaamsmassa.
3. Potentiële biomarkers selecteren voor het monitoren van de effectiviteit van wervelkanaaldecompressiechirurgie door biomarker niveaus vóór operatie en twee maanden in herstel te vergelijken.
4. Potentiële eiwitten identificeren die metabolisme en ontsteking in het ligamentum flavum moduleren.
5. De impact evalueren van geselecteerde cytokines en adipokinome van epiduraal vetweefsel op metabolisme en ontsteking in ligamentum flavum celculturen.

Beschrijving van de onderzoekspopulatie

Het onderzoek omvat 100 patiënten van de Orthopedisch-Revalidatie Klinisch Ziekenhuis van de Medische Universiteit Poznań, inclusief zowel mannen als vrouwen:

• 50 patiënten met lumbale wervelkanaalstenose, leeftijd 40-90 jaar
• 50 patiënten met tussenwervelschijfhernia, leeftijd 18-40 jaar, die chirurgische behandeling vereisen. Deelnemers ondergaan een operatie mits ze geïnformeerde toestemming geven voor het gebruik van hun weefsels in wetenschappelijk onderzoek.
• De onderzoeksgroep ondergaat endoscopische wervelkanaaldecompressie, waarbij weefsels (bot, ligament, gewricht) die neurale structuren samendrukken worden verwijderd, en mogelijk een verplaatst fragment van de tussenwervelschijf wordt verwijderd.
• De controlegroep ondergaat geïsoleerde tussenwervelschijfhernia-operatie, waarbij het verplaatste schijffragment wordt verwijderd.

Methoden Vóór operatie (binnen 48 uur) en twee maanden na operatie wordt van elke patiënt 20 ml veneus bloed afgenomen.

Tijdens de operatie worden de volgende monsters verzameld:

• Paraspinaal spierweefsel
• Ligamentum flavum
• Epiduraal vetweefsel

Het onderzoek gebruikt de volgende methoden/hulpmiddelen:

1. Gestandaardiseerde vragenlijsten voor invaliditeit en pijnintensiteit
2. MRI van de lumbale wervelkolom (routinematig uitgevoerd vóór operatie)

3. Moleculaire testen

   1. mRNA-expressie van cytokines (GDF-15, adipsine, vaspine, resistine, lipocaline-2, progranuline, chemerine, omentine-1) wordt gemeten met behulp van PCR.
   2. Immunoassays met commerciële ELISA-kits worden uitgevoerd op weefselhomogenaten en serum om eiwitconcentraties te bepalen (GDF-15, adipsine, vaspine, resistine, lipocaline-2, progranuline, chemerine, omentine-1)
4. Celkweek en stimulatie van cellen met cytokines en medium verkregen uit vetweefsel Een derde van het biologische materiaal wordt toegewezen voor celkweekstudies. Monsters van het ligamentum flavum, paraspinale spieren en epiduraal vetweefsel worden direct na de operatie verzameld en in steriele containers met geschikte transportmedia geplaatst.

Alle monsters worden onmiddellijk onder steriele omstandigheden naar het celkweeklaboratorium getransporteerd, in de kortst mogelijke tijd vanaf verzameling. Bij aankomst in het laboratorium ondergaan ze geschikte, vooraf vastgestelde celisolatieprotocollen, afgestemd op de kenmerken van elk weefseltype.

Na de blootstellingsperiode worden de expressie van mRNA en eiwitniveaus van cytokines, fibrosemarkers, botmarkers, extracellulaire matrixeiwitten, matrixdegradatie-enzymen gemeten in het geconditioneerde medium verzameld uit de kweken van myocyten en ligamentum flavum fibroblasten.