Profil transkryptomiczny pacjentów leczonych różnymi metodami stymulacji rdzenia kręgowego (SCS-OMICS)

Zespół nieudanej operacji kręgosłupa (FBSS) jest prawdziwym wyzwaniem dla specjalisty ze względu na swoją złożoność kliniczną i znaczenie ekonomiczne nie tylko w kosztach leczenia, ale ze względu na dużą częstość występowania tego zespołu u pacjentów w wieku produkcyjnym iz normalną długością życia. Zespół ten jest powikłaniem operacji odcinka lędźwiowo-krzyżowego z częstością 5-40%.

Stymulacja rdzenia kręgowego (SCS) jest od lat bezpiecznie i skutecznie stosowana w leczeniu pacjentów z FBSS. Chociaż początkowo uważano, że główny mechanizm działania został wyjaśniony przez „teorię kontroli bramek” opisaną przez Walla i Melzacka w 1965 r., należy zauważyć, że inne mechanizmy poza tym mogą przyczynić się do złagodzenia bólu wynikającego z SCS. Należą do nich zahamowanie pobudliwości i nadwrażliwości neuronów na poziomie rdzeniastym oraz zmiany w uwalnianiu neuroprzekaźników, takich jak GABA, acetylocholina, adenozyna, serotonina i norepinefryna, biorących udział w przenoszeniu i modulacji bólu. Jednak mechanizmy molekularne leżące u podstaw efektu terapeutycznego SCS pozostają nieznane.

Badania genetyczne są wykorzystywane do dostarczania nowych informacji na temat mechanizmów molekularnych leżących u podstaw powstawania i utrzymywania się bólu. Mogą one opierać się na hipotezie, oceniając w ten sposób ekspresję cząsteczek domyślnych, lub niezależnie od hipotezy, badając ekspresję genów na poziomie genów w całym genomie. Chipy mikromacierzy mierzą ekspresję setek genów w danej próbce. Wykorzystywane do badania wielu różnych systemów biologicznych, zostały wykorzystane do oceny rozległych zmian na poziomie transkrypcji w różnych częściach ośrodkowego lub obwodowego układu nerwowego, co doprowadziło do odkrycia nowych genów związanych z bólem, takich jak podjednostka Kv9.1 kanału potasowego lub KCNS1.

Ostatnio niektóre badania na modelach zwierzęcych sugerują, że SCS powoduje rozległe zmiany w ekspresji genów. Tilley i współpracownicy odkryli, że SCS wytwarza między innymi modulację ekspresji 5HTra, cFOS i GABAbr1, z silną korelacją między ilością zastosowanego prądu a ekspresją GABAbr1, ATPazy Na/K (korelacja ujemna), 5HT3r i VIP (dodatnia korelacja) na poziomie rdzeniastym, a także na poziomie zwoju korzenia grzbietowego. Autorzy ci skupili się na analizie grup genów, które zostały zmienione w zwierzęcych modelach uszkodzenia nerwów obwodowych. Stephens i współpracownicy przeprowadzili seq RNA rdzenia kręgowego szczurów z bólem neuropatycznym wtórnym do podwiązania nerwu kulszowego, do którego wszczepiono stymulator rdzenia kręgowego i stwierdzili, że ekspresja genów zmieniła się po zastosowaniu SCS. Stwierdzili, że ekspresja niektórych kluczowych genów w ekspresji postsynaptycznej gęstej sieci białek podtrzymujących w synapsach glutaminergicznych jest obniżona po SCS; mogłoby to zdestabilizować tę gęstą sieć, zmniejszając w ten sposób skuteczność sygnalizacji synaptycznej. Odkryli również, że SCS może aktywować pobliskie drogi rdzeniowe, które wpływają na neurony i komórki glejowe w dystalnych odcinkach kręgosłupa. Grupa Vallejo i Tilley przeprowadziła również obszerną analizę transkryptomu w modelach zwierzęcych bólu neuropatycznego i odkryła, że ​​SCS powoduje znaczącą modulację ekspresji genów na poziomie rdzenia kręgowego i zwojów korzenia grzbietowego, przy czym grupy genów i szlaki metaboliczne są podobne w obu tkankach i które są bezpośrednio lub pośrednio związane z regeneracją neuronów, regulacją odpowiedzi zapalnych i immunologicznych oraz regulacją transportu jonów. Nasza grupa przeanalizowała ekspresję genów różnych markerów (z receptorów kannabinoidowych, receptorów opioidowych i peptydów opioidowych) za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazy w czasie rzeczywistym z RNA limfocytów uzyskanego z próbek krwi obwodowej pacjentów z FBSS leczonych SCS, obserwując znaczny wzrost proenkefaliny ( PNK) po SCS w odniesieniu do poziomów wyjściowych i utrzymywała się w czasie.

Wykorzystując zalety badań genomu na dużą skalę przy użyciu mikromacierzy, w ostatnich latach zrealizowaliśmy projekt badawczy, którego głównym celem jest identyfikacja nowych zasad molekularnych, zdefiniowanych za pomocą profili transkryptomicznych, ulegających zróżnicowanej ekspresji w osoczu pacjentów dotkniętych FBSS i leczonych tonikiem lub konwencjonalnymi SCS. Niniejsze badanie zostało sfinansowane przez Instituto de Salud Carlos III w ramach projektu PI16/01364 (współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego/Europejskiego Funduszu Społecznego „A way to make Europe”/„Investing in your future”). Projekt został zatwierdzony przez Komisję Etyczną ds. Badań Klinicznych Uniwersyteckiego Szpitala Ogólnego w Walencji. Badanie było zgodne z lokalnymi przepisami, wytycznymi Dobrej Praktyki Klinicznej i zasadami Deklaracji Helsińskiej, a także z obowiązującymi przepisami prawa i regulacjami dotyczącymi ochrony danych osobowych oraz praw i obowiązków dotyczących informacji i dokumentacji w ochronie zdrowia. Nasza grupa przeprowadziła analizę transkryptomiczną krwi pacjentów dotkniętych FBSS i leczonych SCS (pacjenci reagujący); uzyskaliśmy próbki przed iw różnym czasie po wszczepieniu systemu, aby znaleźć zróżnicowaną ekspresję genów w odpowiedzi na leczenie i które mogłyby służyć jako potencjalne biomarkery skuteczności terapii. Przeprowadziliśmy również analizę transkryptomiczną pacjentów, u których SCS nie był skuteczny (osoby niereagujące), porównując wyniki z pacjentami reagującymi z zamiarem znalezienia zróżnicowanej ekspresji potencjalnych biomarkerów odpowiedzi na terapię SCS. Na koniec porównaliśmy ekspresję pacjentów, u których zdiagnozowano FBSS, z grupą pacjentów z interwencją kręgosłupa, u których nie wystąpił ból i służyli jako grupa kontrolna; staramy się znaleźć różnice w ekspresji genów między dwiema populacjami w celu znalezienia możliwych biomarkerów rozwoju choroby. Włączyliśmy 30 pacjentów z FBSS leczonych SCS (z których 7 nie odpowiadało, a 23 odpowiadało) i 15 pacjentów kontrolnych. Zakończyliśmy rekrutację i analizę okresów próbek, a obecnie jesteśmy w fazie interpretacji ostatecznych wyników i opracowywania odpowiednich publikacji. Chociaż wyniki nie są ostateczne, wstępna analiza pokazuje, że na początku badania istnieje ponad 190 genów o zróżnicowanej ekspresji (p < 0,05), porównując pacjentów z grupy kontrolnej i pacjentów z FBSS leczonych SCS. Znaleźliśmy również ponad 750 genów o różnej ekspresji u pacjentów, którym wszczepiono implant przed i po rozpoczęciu terapii SCS.

HIPOTEZA

Procesy biochemiczne i molekularne związane z FBSS są nieznane, podobnie jak zmiany zachodzące u pacjentów poddawanych SCS. Analiza transkryptomiczna wydaje się obiecującym narzędziem zapewniającym wgląd w mechanizmy leżące u podstaw przewlekłego bólu. Kwantyfikacja RNA za pomocą RT-PCR pozwoli zidentyfikować różne zaangażowane geny i wyciągnąć solidne wnioski.

Nasza hipoteza opiera się na fakcie, że w sytuacjach klinicznych związanych z bólem musi wystąpić inna ekspresja genetyczna i że zmiany te powinny być różnie modyfikowane u pacjentów skutecznie leczonych stymulacją rdzenia kręgowego.

Identyfikacja tych możliwych biomarkerów stanu lub ewolucji patologii i jej leczenia znacząco przyczyni się do ustalenia dokładniejszych strategii terapeutycznych i może służyć jako biomarkery prognostyczne odpowiedzi na leczenie, kierując wyborem celów terapeutycznych dla rozwoju przyszłych strategii leczenia.

CELE BADANIA

W oparciu o te hipotezy i pełne nadziei wyniki uzyskane wcześniej przez naszą grupę, badacze dążą do porównania, czy programowanie DTM systemu SCS daje inny efekt na poziomie ekspresji niż konwencjonalne programowanie z zamiarem poszukiwania biomarkerów odpowiedzi i ewolucji do tego modalność programowania.

Badacze mają również na celu zbadanie, czy różnice te mogą być związane z istotnie różnymi wynikami klinicznymi i korelować z intensywnością efektu różnych modalności.