Cytokiner, Neuroplasticitetsmodulatorer och Biomarkörer i Spinalkanalstenos och Endoskopisk Dekompression

Spinal stenos är en vanlig muskuloskeletal störning som orsakar smärta eller funktionsnedsättning hos patienter. Dock är patogenesen för denna sjukdom komplex och har ännu inte fullständigt klarlagts. Lumbal spinalkanalstenos uppstår från degenerativa förändringar i strukturer belägna bakom ryggmärgen, såsom hypertrofi av ligamentum flavum (LF), samt ligamentförkalkning, degeneration och hypertrofi av facetlederna och/eller diskbråck i intervertebrala skivor belägna anterior om ryggmärgen. Patologin för LF-hypertrofi inkluderar fibrokartilaginösa förändringar associerade med typ II-kollagenproliferation, benbildning, kalciumkristallavsättning, degeneration av kollagen- och elastiska fibrer och chondroid metaplasi av ligamentfibroblaster. Många vetenskapliga studier har försökt utforska etiologin för hypertrofi och benbildning av spinala ligament, med hänsyn till systemiska, lokala, genetiska och miljömässiga faktorer. Dock är mekanismen för degenerationsutveckling fortfarande inte fullt ut förstådd. Förutom mekanisk stress och ökad kollagensyntes (fibros) i ligamentet, vilket gör ålder till en stor riskfaktor, anses närvaron av inflammation och makrofaginfiltration vara en betydande bidragande faktor till degenerationsutveckling.

Därför är det rimligt att anta att närvaron av inflammation associerad med andra hälsotillstånd - särskilt kroniska - kan, i en okänd utsträckning, påverka förloppet av ryggstrukturens degeneration. För närvarande drar fetma och sarkopen särskild uppmärksamhet som störningar som påverkar alla system i människokroppen. Eftersom deras prevalens ökar har en grundlig förståelse av deras konsekvenser för enskilda organ betydande social och praktisk betydelse för prevention och hälsofrämjande.

Ett ökande antal rapporter indikerar att störningar i lipidmetabolism och utsöndring av proinflammatoriska adipokiner och cytokiner är djupt involverade i att reglera cellulära fenotyper och öden, extracellulär matrixmetabolism och inflammation i de patofysiologiska processerna för degenerativa rygg- och ledssjukdomar. Metabola störningar kan påverka benmetabolism och leda till ektopisk benbildning och fettavlagring inte bara i spinala ligament utan också i andra ryggstrukturer. Även värt att notera är adipokinomens inflytande på utvecklingen av muskuloskeletala degenerativa störningar. Även anatomiskt närvarande epiduralt fett i spinalkanalen kan bli inflammerat och spontant utsöndra inflammatoriska cytokiner, potentiellt modifierande funktionen hos angränsande vävnader, såsom paraspinala muskler och ligament. Det är värt att nämna att spinal epidural lipomatos, karakteriserad av ett överskott av fettvävnad i det epidurala utrymmet som leder till spinalkanalstenos, är starkt associerad med fetma.

Hittills har det bekräftats att adipokiner och deras receptorer, även om de primärt finns i vit fettvävnad, också finns i ledbrosk och ryggmärgsben. Adipokiner kan främja ligamentum flavum degeneration genom att stimulera inflammatoriska svar och främja patologiska förändringar. Leptin har visats korrelera signifikant med antalet vertebroer påverkade av ligamentös benbildning. Fan et al. upptäckte att leptin markant uppreglerar alkalisk fosfatas och osteokalcin mRNA-uttryck i ligamentum flavum-celler. Höga nivåer av visfatin har också påträffats i ligamenta flava hos patienter med bekräftad benbildning. Det finns inga tillgängliga data om närvaron och rollen av andra cytokiner härrörande från fettvävnad såsom adipsin, vaspin, resistin, lipokalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1 eller tillväxtdifferentieringsfaktor-15 (GDF-15) i ligamentum flavum. Det är högst sannolikt att dessa cytokiner också är involverade i utvecklingen av spinalkanalstenos, vilket utgår vår forskningshypotes. Närvaron och nivåerna av dessa cytokiner i epidural fettvävnad hos patienter med stenos, jämfört med de utan spinalkanalförträngning, har inte studerats hittills. Eftersom studier bekräftar att kronisk systemisk inflammation påverkar olika vävnader och lokal inflammation signifikant påverkar angränsande strukturer, antar vi att ligament, paraspinala muskler, intervertebrala skivor etc., kan vara särskilt sårbara för cytokiner utsöndrade av epidural fettvävnad. Tidigare in vitro-studier bekräftade att en lokal miljö rik på cytokiner såsom IL-6, IL-1α, kväveoxid-donator (SNAP) och prostaglandin E2 förändrar genuttrycket för kollagen I, V, XI och osteokalcin i ligamentum flavum-celler. Dock har inverkan av de nämnda adipokinerna på utvecklingen av ligamentum flavum degeneration ännu inte fastställts.

Studien kommer att innefatta undersökning av koncentrationerna av cytokiner (särskilt adipokiner) och neuroplasticitetsmodulatorer och deras mRNA-uttryck i vävnader som rutinmässigt avlägsnas från patienter med spinal stenos och diskbråck under kirurgi, samt insamling av blod från patienter två gånger, före ingreppet och vid en uppföljningsbesök två månader efter ingreppet.

Mål

1. Att identifiera skillnader i utvalda biomarkörkoncentrationer i prover av ligamentum flavum, paraspinala muskler och epiduralt fett insamlade från lumbalregionen hos patienter med stenos jämfört med de utan spinalkanaldegeneration.
2. Att fastställa om uttrycket av utvalda biomarkörer i vävnader korrelerar med deras närvaro i patienternas blod och om de relaterar till graden av degeneration, funktionsnedsättning, smärtintensitet och kroppsmassa.
3. Att välja potentiella biomarkörer för att övervaka effektiviteten av spinalkanaldekompressionskirurgi genom att jämföra biomarkörnivåer före operation och två månader in i återhämtning.
4. Att identifiera potentiella proteiner som modulerar metabolism och inflammation i ligamentum flavum.
5. Att utvärdera inverkan av utvalda cytokiner och epidural fettvävnads adipokinom på metabolism och inflammation i ligamentum flavum-cellkulturer.

Studiepopulation Beskrivning

Studien kommer att innefatta 100 patienter från Ortopedisk-Rehabiliterings Kliniska Sjukhus vid Poznań Universitet för Medicinska Vetenskaper, inklusive både män och kvinnor:

• 50 patienter med lumbal spinalkanalstenos, ålder 40-90 år
• 50 patienter med intervertebralt diskbråck, ålder 18-40 år, som kräver kirurgisk behandling Deltagare kommer att genomgå kirurgi förutsatt att de ger informerat samtycke till att använda deras vävnader i vetenskaplig forskning.
• Studiegruppen kommer att genomgå endoskopisk spinalkanaldekompression, vilket innebär borttagning av vävnader (ben, ligament, led) som komprimerar neurala strukturer, och eventuellt borttagning av en förskjuten intervertebral diskfragment.
• Kontrollgruppen kommer att genomgå isolerad intervertebral diskbråckskirurgi, vilket innebär borttagning av den förskjutna diskfragmentet.

Metoder Före operation (inom 48h) och två månader efter operation kommer 20 ml venöst blod att tas från varje patient.

Under kirurgi kommer följande prover att samlas:

• Paraspinal muskelvävnad
• Ligamentum flavum
• Epidural fettvävnad

Studien kommer att använda följande metoder/verktyg:

1. Standardiserade frågeformulär för funktionsnedsättning och smärtintensitet
2. MRI av lumbalryggen (rutinmässigt utfört före kirurgi)

3. Molekylära tester

   1. mRNA-uttryck av cytokiner (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipokalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1) kommer att mätas med PCR.
   2. Immunoassays med kommersiella ELISA-kits kommer att utföras på vävnadshomogenat och serum för att bestämma proteinkoncentrationer (GDF-15, adipsin, vaspin, resistin, lipokalin-2, progranulin, chemerin, omentin-1)
4. Cellodling och stimulering av celler med cytokiner och medium erhållet från fettvävnad En tredjedel av det biologiska materialet kommer att avsättas för cellodlingsstudier. Prover av ligamentum flavum, paraspinala muskler och epidural fettvävnad kommer att samlas direkt efter kirurgi och placeras i sterila behållare med lämpliga transportmedier.

Alla prover kommer omedelbart att transporteras till cellodlingslaboratoriet under sterila förhållanden, på kortast möjliga tid från insamling. Vid ankomst till laboratoriet kommer de att genomgå lämpliga, förut fastställda cellisoleringsprotokoll, anpassade efter egenskaperna för varje vävnadstyp.

Efter exponeringsperioden kommer uttrycket av mRNA och proteinnivåer av cytokiner, fibrosmarkörer, benmarkörer, extracellulära matrixproteiner, matrixnedbrytningsenzymer att mätas i det konditionerade mediumet insamlat från odlingarna av myocyter och ligamentum flavum-fibroblaster.