Cytokiner, Nevroplastisitetsmodulatorer og Biomarkører i Spinalkanalstenose og Endoskopisk Dekomprensjon

Spinal stenose er en vanlig muskel- og skjelettlidelse som forårsaker smerte eller funksjonshemming hos pasienter. Imidlertid er patogenesen til denne sykdommen kompleks og er ennå ikke fullstendig avklart. Lumbal spinalkanalstenose skyldes degenerative forandringer i strukturer som ligger bak ryggmargen, som hypertrofi av ligamentum flavum (LF), samt ligamentkalsifisering, degenerasjon og hypertrofi av facetleddene og/eller prolaps av intervertebrale skiver som ligger anterior for ryggmargen. Patologien ved LF-hypertrofi inkluderer fibrokartilaginøse forandringer assosiert med type II-kollagenproliferasjon, ossifisering, kalsiumkrystallavleiring, degenerasjon av kollagen- og elastiske fibrer, og chondroid metaplasi av ligamentfibroblaster. Mange vitenskapelige studier har forsøkt å utforske etiologien til hypertrofi og ossifisering av spinale ligamenter, med vurdering av systemiske, lokale, genetiske og miljømessige faktorer. Imidlertid er mekanismen for degenerasjonsutvikling fortsatt ikke fullstendig forstått. Foruten mekanisk stress og økt kollagensyntese (fibrose) i ligamentet, som gjør alder til en hovedrisikofaktor, anses tilstedeværelsen av betennelse og makrofaginfiltrasjon som en betydelig bidragsyter til degenerasjonsutvikling.

Derfor er det rimelig å anta at tilstedeværelsen av betennelse assosiert med andre helsetilstander – spesielt kroniske – i en ukjent grad kan påvirke forløpet av ryggstrukturenes degenerasjon. For tiden vekker fedme og sarkopeni spesielt oppmerksomhet som lidelser som påvirker alle systemer i den menneskelige kroppen. Siden forekomsten øker, har en grundig forståelse av deres konsekvenser for enkelte organer betydelig sosial og praktisk betydning for forebygging og helsevern.

Et økende antall rapporter indikerer at forstyrrelser i lipidmetabolisme og sekresjon av pro-inflammatoriske adipokiner og cytokiner er dypt involvert i regulering av cellulære fenotyper og skjebner, ekstracellulærmatrisemetabolisme og betennelse i de patofysiologiske prosessene ved degenerative rygg- og leddlidelser. Metabole forstyrrelser kan påvirke beinmetabolisme og føre til ektopisk ossifisering og fettavleiring ikke bare i spinale ligamenter, men også i andre ryggstrukturer. Også bemerkelsesverdig er innflytelsen fra adipokinomet på utviklingen av muskel- og skjelettdegenerative lidelser. Selv anatomisk tilstedeværende epiduralt fett i ryggkanalen kan bli betent og spontant utskille inflammatoriske cytokiner, som potensielt modifiserer funksjonen til tilstøtende vev, som paraspinale muskler og ligamenter. Det er verdt å nevne at spinal epidural lipomatose, karakterisert av et overskudd av fettvev i epiduralrommet som fører til spinalkanalstenose, er sterkt assosiert med fedme.

Så langt er det bekreftet at adipokiner og deres reseptorer, selv om de primært finnes i hvitt fettvev, også er tilstede i leddbrusk og spinalt beinmarg. Adipokiner kan fremme ligamentum flavum-degenerasjon ved å stimulere inflammatoriske responser og fremme patologiske forandringer. Det er vist at leptin signifikant korrelerer med antall virvler påvirket av ligamentær ossifisering. Fan et al. oppdaget at leptin markant oppregulerer alkalisk fosfatase og osteokalcin mRNA-uttrykk i ligamentum flavum-celler. Høye nivåer av visfatin er også funnet i ligamenta flava hos pasienter med bekreftet ossifisering. Det er ingen tilgjengelige data om tilstedeværelsen og rollen til andre cytokiner avledet fra fettvev som adipsin, vaspin, resistin, lipocalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1 eller vekst differensieringsfaktor-15 (GDF-15) i ligamentum flavum. Det er svært sannsynlig at disse cytokinene også er involvert i utviklingen av spinalkanalstenose, som utgjør vår forskningshypotese. Tilstedeværelsen og nivåene av disse cytokinene i epiduralt fettvev hos pasienter med stenose, sammenlignet med de uten spinalkanalinnsnevring, har ikke blitt studert til dags dato. Siden studier bekrefter at kronisk systemisk betennelse påvirker ulike vev og lokal betennelse signifikant påvirker nærliggende strukturer, hypotiserer vi at ligamenter, paraspinale muskler, intervertebrale skiver osv., kan være spesielt sårbare for cytokiner utskilt av epiduralt fettvev. Tidligere in vitro-studier bekreftet at et lokalt miljø rikt på cytokiner som IL-6, IL-1α, nitrogendonor (SNAP) og prostaglandin E2 endrer genuttrykket av kollagener I, V, XI og osteokalcin i ligamentum flavum-celler. Imidlertid er påvirkningen av de nevnte adipokinene på utviklingen av ligamentum flavum-degenerasjon ennå ikke fastslått.

Studien vil innebære å undersøke konsentrasjonene av cytokiner (spesielt adipokiner) og nevroplastisitetsmodulatorer og deres mRNA-uttrykk i vev som rutinemessig fjernes fra pasienter med spinal stenose og skiveprolaps under operasjon, samt å samle blod fra pasienter to ganger, før inngrepet og under en oppfølgingskontroll to måneder etter inngrepet.

Mål

1. Å identifisere forskjeller i konsentrasjoner av utvalgte biomarkører i prøver av ligamentum flavum, paraspinale muskler og epiduralt fett samlet fra lumbalregionen hos pasienter med stenose sammenlignet med de uten spinalkanaldegenerasjon.
2. Å fastslå om uttrykket av utvalgte biomarkører i vev korrelerer med deres tilstedeværelse i pasientenes blod og om de relaterer seg til graden av degenerasjon, funksjonshemming, smerteintensitet og kroppsmasse.
3. Å velge potensielle biomarkører for å overvåke effektiviteten av spinalkanaldekompresjonskirurgi ved å sammenligne biomarkørnivåer før operasjon og to måneder inn i rekonvalesensen.
4. Å identifisere potensielle proteiner som modulerer metabolisme og betennelse i ligamentum flavum.
5. Å evaluere påvirkningen av utvalgte cytokiner og epiduralt fettvevs adipokinom på metabolisme og betennelse i ligamentum flavum-cellekulturer.

Beskrivelse av studiebefolkning

Studien vil omfatte 100 pasienter fra Ortopedisk-rehabiliterende kliniske sykehus ved Poznań universitet for medisinske vitenskaper, inkludert både menn og kvinner:

• 50 pasienter med lumbal spinalkanalstenose, alder 40-90 år
• 50 pasienter med intervertebral skiveprolaps, alder 18-40 år, som krever kirurgisk behandling Deltakere vil gjennomgå operasjon forutsatt at de gir informert samtykke til å bruke vev deres i vitenskapelig forskning.
• Studiegruppen vil gjennomgå endoskopisk spinalkanaldekompresjon, som innebærer fjerning av vev (bein, ligament, ledd) som komprimerer nevrale strukturer, og eventuelt fjerning av en forskyvd intervertebral skivefragment.
• Kontrollgruppen vil gjennomgå isolert intervertebral skiveprolapsoperasjon, som innebærer fjerning av den forskyvde skivefragmentet.

Metoder Før operasjon (innen 48t) og to måneder etter operasjon, vil 20 ml venøst blod bli tappet fra hver pasient.

Under operasjonen vil følgende prøver bli samlet:

• Paraspinal muskelvev
• Ligamentum flavum
• Epiduralt fettvev

Studien vil bruke følgende metoder/verktøy:

1. Standardiserte spørreskjemaer for funksjonshemming og smerteintensitet
2. MR av lumbal rygg (rutinemessig utført før operasjon)

3. Molekylære tester

   1. mRNA-uttrykk av cytokiner (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipocalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1) vil bli målt ved bruk av PCR.
   2. Immunologiske analyser ved bruk av kommersielle ELISA-sett vil bli utført på vevshomogenater og serum for å bestemme proteinkonsentrasjoner (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipocalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1)
4. Cellekultur og stimulering av celler med cytokiner og medium oppnådd fra fettvev En tredjedel av det biologiske materialet vil bli tildelt til cellekulturstudier. Prøver av ligamentum flavum, paraspinale muskler og epiduralt fettvev vil bli samlet direkte etter operasjon og plassert i sterile beholdere med passende transportmedium.

Alle prøver vil umiddelbart bli transportert til cellekulturlaboratoriet under sterile forhold, i kortest mulig tid fra innsamling. Ved ankomst til laboratoriet vil de gjennomgå passende, forhåndsetablerte celleisolasjonsprotokoller, tilpasset egenskapene til hver vevstype.

Etter eksponeringsperioden vil uttrykket av mRNA og proteinnivåer av cytokiner, fibrosemarkører, beinmarkører, ekstracellulærmatriseproteiner, matrisenedbrytende enzymer bli målt i det betingede mediumet samlet fra kulturer av myocyter og ligamentum flavum-fibroblaster.