Transkriptomisk profil av patienter som behandlats med olika metoder för ryggmärgsstimulering (SCS-OMICS)

Misslyckat ryggkirurgisyndrom (FBSS) är en verklig utmaning för specialisten på grund av dess kliniska komplexitet och ekonomiska betydelse, inte bara i kostnaden för behandling utan på grund av den höga förekomsten av syndromet hos patienter i arbetsför ålder och med normal livslängd. Detta syndrom är en komplikation av lumbosakral kirurgi med en incidens som sträcker sig från 5-40%.

Ryggmärgsstimulering (SCS) har använts vid behandling av patienter med FBSS i flera år på ett säkert och effektivt sätt. Även om man från början trodde att den huvudsakliga verkningsmekanismen förklarades av "Gate Control Theory" som beskrevs av Wall och Melzack 1965, bör det noteras att andra mekanismer utöver detta kunde bidra till smärtlindring till följd av SCS. Dessa inkluderar hämning av neuronal excitabilitet och överkänslighet på märgnivå samt förändringar i frisättningen av neurotransmittorer som GABA, acetylkolin, adenosin, serotonin och noradrenalin, involverade i överföring och modulering av smärta. De molekylära mekanismerna som ligger bakom den terapeutiska effekten av SCS är dock fortfarande okända.

Genetiska studier används för att ge nya insikter om de molekylära mekanismerna bakom uppkomsten och upprätthållandet av smärta. Dessa kan drivas av hypotesen, och därmed utvärdera uttrycket av standardmolekyler, eller oberoende av hypotesen, utforska genuttryck på gennivå i hela genomet. Microarray-chips mäter uttrycket av hundratals gener i ett givet prov. Används för att studera en mängd olika biologiska system, de har använts för att utvärdera omfattande förändringar på transkriptionsnivå i olika delar av det centrala eller perifera nervsystemet, vilket leder till upptäckten av nya smärtrelaterade gener såsom Kv9.1-subenheten av kaliumkanalen eller KCNS1.

Nyligen tyder vissa djurmodellstudier på att SCS producerar omfattande förändringar i genuttryck. Tilley och medarbetare fann att SCS producerade modulering i uttrycket av bland annat 5HTra, cFOS och GABAbr1, med en stark korrelation mellan mängden ström som appliceras och uttrycket av GABAbr1, Na/K ATPas (negativ korrelation), 5HT3r och VIP (positivt) korrelation) på medulär nivå och även på nivån för dorsalrotganglion. Dessa författare fokuserade på att analysera grupper av gener som visades förändrade i djurmodeller av perifer nervskada. Stephens och medarbetare utförde en RNA-sekvens av ryggmärgen hos råttor med neuropatisk smärta sekundärt till ischiasnervens ligering till vilken en ryggmärgsstimulator implanterades och fann att genuttrycket förändrades efter appliceringen av SCS. De identifierade att uttrycket av några nyckelgener i uttrycket av proteintäta postsynaptiska stödjande proteinnätverk i glutamaerga synapser nedregleras efter SCS; detta skulle kunna destabilisera detta täta nätverk och därmed minska effektiviteten av synaptisk signalering. De fann också att SCS kunde aktivera närliggande ryggradskanaler som påverkar nervceller och glansceller i de distala ryggradssegmenten. Vallejo och Tilleys grupp utförde också omfattande transkriptomanalyser i djurmodeller av neuropatisk smärta och fann att SCS producerar signifikant modulering i genuttryck på ryggmärgs- och dorsalrotganglienivå, med grupper av gener och metaboliska vägar liknande i båda vävnaderna och som är direkt eller indirekt relaterat till neural regenerering, reglering av inflammatoriska och immunsvar och reglering av jontransport. Vår grupp analyserade genuttrycket av olika markörer (från cannabinoidreceptorer, opioidreceptorer och opioidpeptider) med hjälp av realtidspolymeraskedjereaktion från lymfocyt-RNA erhållet från perifera blodprover från patienter med FBSS behandlade med SCS, och observerade en signifikant ökning av proenkefalin ( PNK) efter SCS med avseende på baslinjenivåer och bibehålls över tiden.

Med hjälp av fördelarna med storskaliga studier av genomet med hjälp av mikroarrayer har vi under de senaste åren genomfört ett forskningsprojekt med huvudmålet att identifiera nya molekylära baser, definierade med transkriptomiska profiler, differentiellt uttryckta i plasma hos patienter som drabbats av FBSS och behandlas med tonic eller konventionell SCS. Denna studie har finansierats av Instituto de Salud Carlos III genom projektet PI16/01364 (samfinansierat av Europeiska regionala utvecklingsfonden/Europeiska socialfonden "A way to make Europe"/"Investing in your future"). Projektet godkändes av den etiska kommittén för klinisk forskning vid universitetssjukhuset i Valencia. Studien överensstämde med lokala föreskrifter, riktlinjer för god klinisk praxis och principerna i Helsingforsdeklarationen, samt gällande lagar och förordningar som reglerar skydd av personuppgifter och rättigheter och skyldigheter avseende information och dokumentation inom hälso- och sjukvården. Vår grupp utförde en transkriptomisk analys av blodet från patienter som drabbats av FBSS och behandlade med SCS (svarspatienter); vi tog prover före och vid olika tidpunkter efter implantation av systemet för att hitta differentiellt genuttryck som svar på behandling och som skulle kunna fungera som potentiella biomarkörer för terapins effektivitet. Vi utförde också transkriptomisk analys av patienter där SCS inte var effektiv (icke-svarare), och jämförde resultaten med de svarande patienterna med avsikt att hitta differentiellt uttryck av potentiella biomarkörer för svar på SCS-terapi. Slutligen jämförde vi uttrycket hos patienter som diagnostiserats med FBSS med en grupp ryggradsintervenerade patienter som inte utvecklade smärta och fungerade som kontrollgrupp; vi försöker hitta skillnader i genuttrycket mellan de två populationerna i syfte att hitta möjliga biomarkörer för sjukdomsutveckling. Vi inkluderade 30 patienter med SCS-behandlade FBSS (av vilka 7 var icke-svarare och 23 svarande) och 15 kontrollpatienter. Vi har slutfört rekryteringen och analysen av provperioderna och vi befinner oss för närvarande i tolkningsfasen av de slutliga resultaten och utvecklingen av motsvarande publikationer. Även om resultaten inte är definitiva, visar preliminär analys att det finns mer än 190 differentiellt uttryckta gener (p < 0,05) vid baslinjen när man jämför kontrollpatienter och patienter med FBSS behandlade med SCS. Vi hittade också mer än 750 gener differentiellt uttryckta i patienter implanterade före och efter starten av SCS-terapi.

HYPOTES

De biokemiska och molekylära processerna förknippade med FBSS är okända liksom förändringarna som sker hos patienter som genomgår SCS. Den transkriptomiska analysen verkar lovande verktyg för att ge insikt om mekanismerna bakom kronisk smärta. Kvantifiering av RNA med RT-PCR kommer att göra det möjligt att identifiera inblandade differentialgener och solida slutsatser att dras.

Vår hypotes är baserad på det faktum att olika genetiska uttryck måste förekomma i kliniska situationer relaterade till smärta och att dessa förändringar bör modifieras differentiellt hos patienter som framgångsrikt behandlats med ryggmärgsstimulering.

Identifieringen av dessa möjliga biomarkörer för tillstånd eller utveckling av patologin och dess behandling kommer avsevärt att bidra till att etablera mer exakta terapeutiska strategier och kan fungera som prediktiva biomarkörer för svar på behandling, vägledande vid valet av terapeutiska mål för utvecklingen av framtida behandlingsstrategier.

STUDIENS MÅL

Baserat på dessa hypoteser och med de hoppfulla resultat som vår grupp tidigare erhållit, strävar forskarna efter att jämföra om DTM-programmeringen av SCS-systemet ger en annan effekt på uttrycksnivå än konventionell programmering med avsikten att söka biomarkörer för respons och evolution på detta. programmeringsmodalitet.

Utredarna syftar också till att studera om dessa skillnader kan vara i relation till signifikant olika kliniska utfall och korrelera med intensiteten av effekten av de olika modaliteterna.