Transkriptomisk profil av pasienter behandlet med ulike modaliteter for ryggmargsstimulering (SCS-OMICS)

Mislykket ryggkirurgisyndrom (FBSS) er en reell utfordring for spesialisten på grunn av dens kliniske kompleksitet og økonomiske betydning, ikke bare i kostnadene ved behandling, men på grunn av den høye forekomsten av syndromet hos pasienter i arbeidsfør alder og med normal forventet levetid. Dette syndromet er en komplikasjon av lumbosakral kirurgi med en forekomst som varierer fra 5-40 %.

Ryggmargsstimulering (SCS) har blitt brukt i behandling av pasienter med FBSS i årevis trygt og effektivt. Selv om det i utgangspunktet ble antatt at hovedvirkningsmekanismen ble forklart av "Gate Control Theory" beskrevet av Wall og Melzack i 1965, bør det bemerkes at andre mekanismer utover dette kan bidra til smertelindring som følge av SCS. Disse inkluderer hemming av nevronal eksitabilitet og overfølsomhet på medullært nivå, samt endringer i frigjøring av nevrotransmittere som GABA, acetylkolin, adenosin, serotonin og noradrenalin, involvert i overføring og modulering av smerte. Imidlertid forblir de molekylære mekanismene som ligger til grunn for den terapeutiske effekten av SCS ukjente.

Genetiske studier brukes til å gi ny innsikt i de molekylære mekanismene som ligger til grunn for utbruddet og vedlikeholdet av smerte. Disse kan være drevet av hypotesen, og dermed evaluere uttrykket av standardmolekyler, eller uavhengig av hypotesen, utforske genuttrykk på gennivå i hele genomet. Microarray-brikker måler uttrykket av hundrevis av gener i en gitt prøve. Brukt til å studere en lang rekke biologiske systemer, har de blitt brukt til å evaluere omfattende endringer på transkripsjonsnivå i forskjellige deler av det sentrale eller perifere nervesystemet, noe som fører til oppdagelsen av nye smerterelaterte gener som Kv9.1-underenheten av kaliumkanalen eller KCNS1.

Nylig antyder noen dyremodellstudier at SCS produserer omfattende endringer i genuttrykk. Tilley og samarbeidspartnere fant at SCS produserte modulering i uttrykket av blant annet 5HTra, cFOS og GABAbr1, med en sterk korrelasjon mellom mengden strøm som påføres og uttrykket av GABAbr1, Na/K ATPase (negativ korrelasjon), 5HT3r og VIP (positiv korrelasjon) på medulært nivå og også på nivået til dorsalrotganglion. Disse forfatterne fokuserte på å analysere grupper av gener som ble vist endret i dyremodeller av perifer nerveskade. Stephens og medarbeidere utførte en RNA-sekvens av ryggmargen til rotter med nevropatisk smerte sekundært til isjiasnerveligeringen som en ryggmargsstimulator ble implantert til, og fant at genuttrykket endret seg etter påføring av SCS. De identifiserte at uttrykket av noen nøkkelgener i uttrykket av proteintett post-synaptisk støttende proteinnettverk i glutamaerge synapser er nedregulert etter SCS; dette kan destabilisere dette tette nettverket, og dermed redusere effektiviteten til synaptisk signalering. De fant også at SCS kunne aktivere nærliggende spinalkanaler som påvirker nevroner og glansceller i de distale spinalsegmentene. Vallejo og Tilleys gruppe utførte også omfattende transkriptomanalyser i dyremodeller av nevropatisk smerte og fant at SCS produserer betydelig modulering i genuttrykk på ryggmargs- og dorsalrotganglionnivå, med grupper av gener og metabolske veier som ligner i begge vev og som er direkte eller indirekte relatert til neural regenerering, regulering av inflammatoriske og immunresponser og regulering av ionetransport. Vår gruppe analyserte genuttrykket til forskjellige markører (fra cannabinoidreseptorer, opioidreseptorer og opioidpeptider) ved å bruke sanntids polymerasekjedereaksjon fra lymfocytt-RNA hentet fra perifere blodprøver fra pasienter med FBSS behandlet med SCS, og observerte en betydelig økning i proenkefalin ( PNK) følger SCS med hensyn til grunnlinjenivåer og opprettholdes over tid.

Ved å bruke fordelene ved storskala studier av genomet ved bruk av mikroarrayer, har vi gjennomført et forskningsprosjekt de siste årene med hovedmålet å identifisere nye molekylære baser, definert med transkriptomiske profiler, differensielt uttrykt i plasmaet til pasienter som er rammet av FBSS og behandlet med tonic eller konvensjonell SCS. Denne studien er finansiert av Instituto de Salud Carlos III gjennom prosjektet PI16/01364 (samfinansiert av European Regional Development Fund/European Social Fund "A way to make Europe"/"Investing in your future"). Prosjektet ble godkjent av den etiske komiteen for klinisk forskning ved Universitetssykehuset i Valencia. Studien fulgte lokale forskrifter, retningslinjer for god klinisk praksis, og prinsippene i Helsinki-erklæringen, samt gjeldende lover og regler som regulerer beskyttelse av personopplysninger og rettigheter og plikter angående informasjon og dokumentasjon i helsevesenet. Vår gruppe utførte en transkriptomisk analyse av blodet til pasienter som var berørt av FBSS og behandlet med SCS (responderpasienter); vi innhentet prøver før og til forskjellige tider etter implantasjon av systemet for å finne differensielt genuttrykk som respons på behandling, og som kan tjene som potensielle biomarkører for effektivitet til terapi. Vi utførte også transkriptomisk analyse av pasienter der SCS ikke var effektiv (ikke-respondere), og sammenlignet resultatene med de responderende pasientene med den hensikt å finne differensielt uttrykk for potensielle biomarkører for respons på SCS-terapi. Til slutt sammenlignet vi uttrykket til pasienter diagnostisert med FBSS med en gruppe ryggradsintervenerte pasienter som ikke utviklet smerte og fungerte som kontrollgruppe; vi prøver å finne forskjeller i genuttrykket mellom de to populasjonene med mål om å finne mulige biomarkører for sykdomsutvikling. Vi inkluderte 30 pasienter med SCS-behandlet FBSS (hvorav 7 var ikke-respondere og 23 respondere) og 15 kontrollpasienter. Vi har fullført rekrutteringen og analysen av prøveperiodene, og vi er nå i tolkningsfasen av de endelige resultatene og utviklingen av de tilsvarende publikasjonene. Selv om resultatene ikke er definitive, viser foreløpig analyse at det er mer enn 190 differensielt uttrykte gener (p < 0,05) ved baseline når man sammenligner kontrollpasienter og pasienter med FBSS behandlet med SCS. Vi fant også mer enn 750 gener differensielt uttrykt i pasienter implantert før og etter starten av SCS-terapi.

HYPOTESE

De biokjemiske og molekylære prosessene assosiert med FBSS er ukjente, i likhet med endringene som skjer hos pasienter som gjennomgår SCS. Den transkriptomiske analysen virker lovende verktøy for å gi innsikt i mekanismene som ligger til grunn for kronisk smerte. Kvantifisering av RNA med RT-PCR vil tillate å identifisere differensielle gener implisert og solide konklusjoner som kan trekkes.

Vår hypotese er basert på det faktum at forskjellig genetisk uttrykk må forekomme i kliniske situasjoner relatert til smerte, og at disse endringene bør modifiseres differensielt hos pasienter som er vellykket behandlet med ryggmargsstimulering.

Identifiseringen av disse mulige biomarkørene for tilstanden eller utviklingen av patologien og dens behandling vil bidra betydelig til å etablere mer nøyaktige terapeutiske strategier og kan tjene som prediktive biomarkører for respons på behandling, som veileder valget av terapeutiske mål for utvikling av fremtidige behandlingsstrategier.

MÅL MED STUDIEN

Basert på disse hypotesene og med de håpefulle resultatene vår gruppe tidligere har oppnådd, tar etterforskerne sikte på å sammenligne om DTM-programmeringen av SCS-systemet produserer en annen effekt på uttrykksnivå enn konvensjonell programmering med den hensikt å søke biomarkører for respons og evolusjon på dette. programmeringsmodalitet.

Etterforskerne tar også sikte på å studere om disse forskjellene kan være i forhold til signifikant forskjellige kliniske utfall og korrelere med intensiteten av effekten av de forskjellige modalitetene.