Chemonukleolýza s chondroitin sulfátem ABC endolyáza jako nová minimálně invazivní léčba u pacientů s herniací bederního meziobratlového disku

Úvod

použití chemonukleolýzy jako minimálně invazivní léčby herniace děložního a bederního meziobratlového disku (IDH) se předpokládá již více než 50 let (1). Ačkoli bylo jako terapeutická činidla navrženo několik enzymů (trypsin, hyaluronidáza, katepsin G, chymotrypsin a kalpain) (2-6), v klinických podmínkách byly použity pouze dva enzymy (chymopapain a kolagenáza) (1,7). Mezi nimi byl chymopapain představen v červenci 1963 a stal se široce používán v celé Evropě, Severní Americe a Austrálii (8-10). Po hlášení závažných nežádoucích účinků, včetně fatální anafylaxe, krvácení a neurologických komplikací (11-16), produkce chymopapainu (Chymodiactin, Smith Laboratories Inc., MN, USA) z nevědeckých a komerčních důvodů ukončen v roce 2002. První klinická studie kolagenázy (Nukleolysin)byla hlášena v roce 1981 (7). Následně byla kolagenáza hlášena jako méně poškozující kořeny míšního nervu a perineurální tkáně, ale byla hlášena jako méně klinicky účinná než chymopapain (17). Závažné nežádoucí účinky byly také spojeny s tímto enzymem (syndrom cauda equina a herniace disku v důsledku „trávení“ prstence fibrosus) (8,18,19).

byl očekáván bezpečnější a účinnější enzym chemonukleolýzy, a protože chondroitin sulfát ABC endolyáza ukázala slibné výsledky, je konečně připravena k uvedení na japonský trh.

chondroitin sulfát ABC endolyáza

chondroitin sulfát ABC endolyáza je enzym, který katalyzuje depolymeraci chondroitin sulfátu. Tento enzym štěpí β-1,4-galaktosaminové vazby mezi N-acetylgalaktosaminem a kyselinou d-glukuronovou nebo kyselinou l-iduronovou. V důsledku toho chondroitin sulfát ABC endolyáza degraduje chondroitin a sulfát, chondroitin B sulfát, chondroitin C sulfát a řetězce kyseliny hyaluronové (Obrázek 1). Chondroitin sulfát je široce distribuován v několika savčích tkáních, včetně jádra pulposus (NP), kůže, rohovky, kosti a chrupavky. Proto je chondroitin sulfát ABC endolyáza potenciálním terapeutickým enzymem pro IDH. Tento enzym produkovaný různými bakteriálními kmeny již byl zkoumán. Mezi nimi byla chondroitin sulfát ABC endolyáza z Proteus vulgaris nejrozsáhleji zkoumána pro klinickou aplikaci.

Obrázek 1 Schéma mechanismu chemonukleolýzy pomocí chondroitin sulfát ABC endolyázy. NP, nucleus pulposus.

Proteus vulgaris chondroitin sulfát ABC endolyáza byla nejprve purifikována Yamagatou et al. v roce 1968 (20. Charakteristická aktivita byla omezena na výše uvedené boční řetězce, ale neovlivnila keratan sulfát, heparin nebo heparan sulfát. Tato aktivita byla specifičtější než aktivita jiných enzymů (chymopapain a kolagenáza), které byly dříve používány pro chemonukleolýzu. Gen chondroitin sulfát ABC endolyázy byl klonován Sato et al. v roce 1994 byl aktivní enzym exprimován v Escherichia coli (21). Hamai a kol. provedeno další čištění Proteus vulgaris chondroitin sulfát ABC endolyázy z frakce exolyázové aktivity (13).

byly provedeny experimentální studie s použitím zvířecích modelů, jako jsou křečci, králíci, prasata, psi a opice (12,22-27). Všechny studie ověřily, že chondroitin sulfát ABC endolyáza byla výrazně méně škodlivá než chymopapain pro okolní tkáně, nervový systém a vaskulární struktury. I s jeho selektivním a mírným enzymatickým účinkem byly u všech zvířecích modelů získány odlišné klinické odpovědi. Například Takahashi et al. hlášeno příznivý výsledek s chondroitin sulfát ABC endolyázy u 59 psů s příznaky a příznaky krční, hrudní a bederní IDH (12). Sedm dní po injekci tohoto enzymu vykazovalo 45 ze 48 psů zlepšené příznaky a příznaky. Nejen, že nebyly pozorovány žádné nežádoucí účinky, ale také nebyla pozorována žádná recidiva u devíti psů, kteří byli sledováni 14 až 36 měsíců po injekci.

klinické aplikace

vzhledem k těmto výsledkům byly v Japonsku provedeny fáze 1-3 klinické studie. Matsuyama a kol. hlášené výsledky studií fáze 2 a 3 chemonukleolýzy s chondroitin sulfátovou ABC endolyázou pro léčbu bederního IDH (registrační číslo klinické studie.: NCT00634946) (11). V této studii dostalo celkem 194 pacientů tři různé dávky chondroitin sulfát ABC endolyázy (1, 25, 2.5 nebo 5 U) nebo placebo injekcí a intenzita bolesti byla měřena pomocí 100 mm vizuální analogové stupnice (VAS) (0 mm označující „žádná bolest“ a 100 mm označující „nejhorší bolest, jakou kdy zažila“). Průměrné změny nejhorší bolesti nohou od výchozího stavu do 13. týdne byly -31,7 mm (placebo), -46,7 mm (1,25 U), -41,1 mm (2,5 U) a -47,6 mm (5 U). Rozdíly byly významné ve 13. týdnu ve skupinách 1, 25 U (P=0, 03) a 5 U (P=0, 01) ve srovnání se skupinami s placebem. Žádný pacient nezemřel ani se nevyvinula anafylaxe nebo neurologické následky. Zlepšení odpovědi na dávku u nejhorší bolesti nohou ve 13. týdnu nebylo signifikantní (P=0,14). Autoři tak navrhli doporučenou klinickou dávku chondroitin sulfátu ABC endolyázy jako 1,25 u. Chiba et al. byly hlášeny výsledky studií fáze 3 na chemonukleolýze s chondroitin sulfát ABC endolyázou pro bederní léčbu IDH (28). V této studii dostávalo 163 pacientů chondroitin sulfát ABC endolyázu (1, 25 U) nebo placebo injekce a intenzita bolesti byla měřena pomocí 100 mm VAS. Průměrné změny nejhorší bolesti nohou od výchozího stavu do 52. týdne byly -42,3 mm (placebo) a -54.2 mm (chondroitin sulfát ABC endolyáza). Rozdíl byl významný v 52. týdnu ve skupině s chondroitin sulfátovou ABC endolyázou (P=0, 01)ve srovnání se skupinou s placebem. Ve skupině s chondroitin sulfátovou ABC endolyázou byla často hlášena bolest zad, Změna Modického typu 1 a snížení výšky disku bez jakýchkoli klinicky relevantních důsledků.

v Japonsku byla v srpnu 2018 propuštěna chondroitin sulfát ABC endolyáza (HERNICORE®, Seikagaku Corporation, Tokio, Japonsko) pro léčbu bederního IDH. Aby se zabránilo neočekávaným nežádoucím účinkům, bylo první uvolnění poskytnuto pouze nemocnicím s bohatými zkušenostmi s léčbou bederního IDH. Kromě toho byla indikace omezena na obsažené IDHs (subligamentózní extruze), s výjimkou výčnělku. Neobsahující IDH (transligamentózní extruze a sekvestrace) byly z indikace vyloučeny z důvodu rizika úniku enzymu a nízkého terapeutického účinku v sekvestrovaném fragmentu NP. V současné době se chemonukleolýza s chondroitin sulfátovou ABC endolyázou používá pouze u pacientů s radikulopatií rezistentní na konvenční konzervativní léčbu.

injekční postupy

pacienti byli pečlivě logováni do polohy na břiše. Během postupu byl fluoroskop umístěn přes střed operačního stolu, aby bylo zajištěno vhodné umístění jehly (obrázek 2A). V případě omezeného pohybu fluoroskopu bylo často používáno naklápění pánve k potvrzení prostoru disku a trajektorie jehly (podobné laterální poloze vleže). Po označení vstupní polohy kůže byla kůže dezinfikována a zakryta chirurgickou rouškou. Při lokální anestezii byla do středu diskového prostoru vložena 22-gauge spinální jehla se styletem pomocí posterolaterálního přístupu z opačné strany radikulopatie(obrázek 2B). Poloha hrotu jehly byla potvrzena posterolaterálním fluoroskopickým pohledem během zavedení. Konečná poloha hrotu (střed NP) byla potvrzena jak anteroposteriorním, tak laterálním fluoroskopickým pohledem. Použití kontrastního média bylo v celém procesu zakázáno. Stylet byl vytažen a bylo injikováno 1,25 U lyofilizované chondroitin sulfátové ABC endolyázy rozpuštěné v 1,2 mL fyziologického roztoku. V reakci na neočekávané nežádoucí účinky, jako je anafylaxe, byla před injekcí stanovena intravenózní linie a antibiotikum bylo podáno 30 minut před výše uvedenými postupy. Pacienti byli hospitalizováni v den injekce.

Obrázek 2 injekční postupy pro chondroitin sulfát ABC endolyázy. (A) poloha pacienta a umístění fluoroskopu; B) posterolaterálním přístupem z opačné strany radikulopatie se zavede páteřní jehla o velikosti 22 gauge; C) během zavedení je poloha hrotu jehly potvrzena posterolaterálním fluoroskopickým pohledem; D) konečná poloha hrotu je potvrzena anteroposteriorním fluoroskopickým pohledem.

reprezentativní případ

reprezentativní případ léčený chemonukleolýzou za použití chondroitin sulfátové ABC endolyázy je znázorněn na obrázku 3. Tento 33letý muž trpěl bolestí levé nohy (dermatom L5), která začala 3 měsíce před návštěvou naší ambulance. Neurologické vyšetření neodhalilo žádnou zjevnou svalovou slabost. Lumbální T2 vážená magnetická rezonance (MRI) odhalila lumbální IDH centrálního typu L4/5 (obrázek 3A). Úleva od bolesti nohou po injekci chondroitin sulfátu ABC endolyázy se postupně vyskytovala po dobu 2 týdnů a byla spojena s nově vyvinutou bolestí zad. MRI provedená 2 měsíce po injekci odhalila snížení bederního IDH (obrázek 3B) a také snížení výšky disku. Brandner a kol.index disku vypočítaný z předoperačních a pooperačních rentgenových snímků odhalil, že přední Brandner et al.index disku se snížil z 0,375 na 0,195 (29). Tato změna byla dříve hlášena obecný průběh chemonukleolýzy. Klinicky se pacient stěžoval na nově vyvinutý perzistentní lumbago 3 měsíce po injekci. Tento typ lumbago byl již hlášen v předchozích fázových studiích (11,28). Protože bolest mohla být kontrolována léky, byl pacient pozorován ambulantně.

obrázek 3 reprezentativní případ chemonukleolýzy s chondroitin sulfátovou ABC endolyázou. Obrazy magnetické rezonance před injekcí (A,B) a po injekci (D,E). Jsou zobrazeny sagitální (A,D) a axiální (B,E) T2 vážené magnetické rezonance. Před injekcí (C) a po injekci (F) boční pohled na rentgenové snímky jsou také zobrazeny. Všimněte si, že rentgenové snímky před injekcí a po injekci odhalily sníženou výšku disku (šipky) po injekci chondroitin sulfátu ABC endolyázy.

diskuse

teoreticky se chemonukleolýza jeví jako nejlepší možná strategie pro léčbu cervikálního a bederního IDH. Přestože byly v klinických studiích dříve použity dva enzymy (chymopapain a kolagenáza) (1,7), byly hlášeny závažné nežádoucí účinky, jako je anafylaxe, krvácení a neurologické komplikace (11-16). Proto byla Proteus vulgaris chondroitin sulfát ABC endolyáza rozsáhle analyzována na začátku experimentálních studií pro její účinek na nervové tkáně ,krevní cévy a další okolní struktury (např., žlutý vaz a koncovka) (12,22-27). Všechny studie ukázaly, že chondroitin sulfát ABC endolyáza způsobila podstatně menší poškození než chymopapain, s výjimkou NP a chrupavky. Kato et al. mikroskopicky pozorované změny v kloubní chrupavce po injekci chondroitin sulfátu ABC endolyázy (22,27). Zjistili, že změny byly mírnější než změny pozorované u chymopapainu a že bylo možné regenerovat chondrocyty po injekci chondroitin sulfátu ABC endolyázy. Tyto nálezy byly pozorovány i při použití 4-8násobku dávky použité klinicky. Z tohoto pohledu může být chondroitin sulfát ABC endolyáza definována jako Matrix-specifický enzym, který umožňuje normální reprodukci NP (22,24,27).

na druhé straně placebem kontrolované studie potvrdily, že nežádoucí účinky se vyskytly u sedmi pacientů ve skupině chondroitin sulfát ABC endolyázy během 52 týdnů pozorování (abnormální funkce jater, výčnělek meziobratlové ploténky, pneumotorax, hemoroidy, leiomyom dělohy, bederní radikulopatie a bolest zad), ale všechny tyto ustoupily nebo zlepšily (11,28).

injekční postup také hraje důležitou roli při bezpečné léčbě. Ačkoli zvířecí modely ukázaly, že epidurální injekce chondroitin sulfátu ABC endolyázy nepoškodila okolní tkáně (22), únik do epidurálního prostoru by měl být minimalizován, aby se zabránilo nežádoucím účinkům. Proto jsme použili relativně jemné jehly (22 gauge), které byly vloženy z opačné strany radikulopatie. Kromě toho byly z indikace vyloučeny neobsahující IDH (transligamentózní extruze a sekvestrace), aby se zabránilo úniku, i když slzy na prstencovém fibrosu. Již jsme léčili přibližně 30 pacientů injekcí chondroitin sulfátu ABC endolyázy a nebyly pozorovány žádné nežádoucí účinky. Abychom zabránili anafylaxi při druhé injekci, poskytujeme pacientovi certifikát odkazující na injekci chondroitin sulfátu ABC endolyázy a upozorňujeme pacienta na riziko anafylaxe.

závěry

použití chondroitin sulfátové ABC endolyázy v chemonukleolýze teprve začíná. Předchozí studie a klinické studie potvrdily jeho bezpečnost a účinnost při léčbě bederní IDH. Další klinické zkušenosti mohou objasnit nejvhodnější typ IDH a profil pacienta pro tuto léčbu. V blízké budoucnosti se očekává také rozšíření indikace herniace cervikálního disku.

poděkování

děkujeme společnosti Seikagaku za poskytnutí originálního obrázku pro 1. ilustraci. Děkujeme také pracovníkům operačního sálu za jejich technickou pomoc, pracovníkům lékařských záznamů, kteří pomáhali shromažďovat údaje o pacientech, a pracovníkům radiologického oddělení pro záznam rentgenových snímků a údajů MRI. Tato práce byla částečně podpořena grantem Iwai Medical Foundation.

poznámka pod čarou

střety zájmů: autoři nemají žádný střet zájmů vyhlásit.

1. Smith L. rozpouštění enzymu jádra Pulposus u lidí. JAMAOVÁ 1964; 187: 137-40.
2. Dando PM, Morton DB, Buttle DJ, et al. Kvantitativní hodnocení lidských proteináz jako činidel pro chemonukleolýzu. Páteř 1988; 13: 188-92.
3. Takenaka Y, Revel M, Kahan A, et al. Experimentální model herniace disku u potkanů pro studium nukleolytických léčiv. Páteř (Phila Pa 1976) 1987; 12:556-60.
4. Wakita S, Shimizu K, Suzuki K, et al. Chemonukleolýza s kalpainem I u králíků. Páteř 1993; 18: 159-64.
5. Kodama H, Shimizu K, Banno Y, et al. Inhibice kalpainu mozkomíšním mokem a účinky kalpainu na intratekální nervovou tkáň. Páteř 2002; 27: 1077-81.
6. Antoniou J, Mwale F, Demers CN, et al. Kvantitativní zobrazování magnetickou rezonancí enzymaticky indukované degradace jádra Pulposus intervertebrálních disků. Páteř 2006; 31: 1547-54.
7. Sussman BJ, Bromley JW, Gomez JC. Injekce kolagenázy při léčbě herniovaného bederního disku. Počáteční klinická zpráva. JAMAOVÁ 1981; 245: 730-2.
8. Artigas J, Brock M, Mayer HM. Komplikace po chemonukleolýze s kolagenázou. Jarošík 1984; 61: 679-85.
9. Flanagan N, Smith L. klinické studie pacientů s chemonukleolýzou s desetiletým až dvacetiletým sledováním. Clin Ortoped Relat Res 1986.15-7.
10. Tregonning GD, Transfeldt EE, McCulloch JA, et al. Chymopapain versus konvenční chirurgie pro herniaci bederního disku. 10leté výsledky léčby. J Kostní Kloub Surg Br 1991; 73:481-6.
11. Matsuyama Y, Chiba K, Iwata H, et al. Multicentrická, randomizovaná, dvojitě zaslepená studie condoliase u pacientů s herniací bederního disku. J Neurochirurg: Páteř 2018; 28: 499-511.
12. Takahashi T, Nakayama M, Chimura S, et al. Léčba posunutí psího meziobratlového disku chondroitinázou ABC. Páteř 1997; 22: 1435-9; diskuse 1446-7.
13. Hamai A, Hashimoto N, Mochizuki H, et al. Dvě odlišné chondroitin sulfátové ABC lyázy. Endoelimináza poskytující tetrasacharidy a exoelimináza přednostně působící na oligosacharidy. J Biol Chem 1997; 272: 9123-30.
14. Dyck P. paraplegie po chemonukleolýze. Kazuistika a diskuse o neurotoxicitě. Páteř 1985; 10: 359-62.
15. Buchman A, Wright RB, WICHTER MD, et al. Hemoragické komplikace po bederní injekci chymopapainu. Neurochirurgie 1985; 16: 222-4.
16. Cusick JF, Ho KC, Schamberg JF. Subarachnoidální krvácení po chemonukleolýze chymopapainu. Jarošík 1987; 66: 775-8.
17. Zook BC, Kobrine AI. Účinky kolagenázy a chymopapainu na míšní nervy a meziobratlové ploténky opic Cynomolgus. Jarošík 1986; 64: 474-83.
18. Wintermantel E, Emde H, Loew F. Intradiskální kolagenáza pro léčbu herniací bederního disku. Porovnání klinických výsledků a sledování počítačové tomografie. Acta Neurochir (Wien) 1985; 78: 98-104.
19. Hedtmann a, Steffen R, Krämer J.prospektivní srovnávací studie intradiskální vysoké dávky a nízké dávky kolagenázy versus chymopapain. Páteř 1987; 12: 388-92.
20. Yamagata T, Saito H, Habuchi O, et al. Čištění a vlastnosti bakteriálních chondroitináz a chondrosulfatáz. J Biol Chem 1968; 243: 1523-35.
21. Sato N, Shimada M, Nakajima H, et al. Klonování a exprese genu kódujícího Proteus vulgaris chondroitin ABC lyázu v Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol 1994; 41: 39-46.
22. Kato F, Mimatsu K, Iwata H, et al. Srovnání tkáňové reakce s CHONDROITINÁZOU ABC a chymopapainem u králíků jako základ klinické aplikace při chemonukleolýze. Clin Orthop Relat Res 1993.294-302.
23. Sugimura T, Kato F, Mimatsu K, et al. Experimentální chemonukleolýza s CHONDROITINÁZOU ABC u opic. Páteř 1996; 21: 161-5.
24. Chiba K, Masuda K, Andersson GB, et al. Matrix replenishment by intervertebral disc cells after chemonucleolysis in vitro with chondroitinase ABC and chymopapain. Spine J 2007;7:694-700.
25. Olmarker K, Danielsen N, Nannmark U, et al. Microvascular effects of chondroitinase ABC and chymopapain. An in vivo experimental study on hamsters and rabbits. Clin Orthop Relat Res 1990.274-9.
26. Olmarker K, Strömberg J, Blomquist J, et al. Chondroitinase ABC (pharmaceutical grade) for chemonucleolysis. Funkční a strukturální hodnocení po lokální aplikaci na intraspinální nervové struktury a krevní cévy. Páteř 1996; 21: 1952-6.
27. Kato F, Iwata H, Mimatsu K, et al. Experimentální chemonukleolýza s CHONDROITINÁZOU ABC. Clin Ortoped Relat Res 1990.301-8.
28. Chiba K, Matsuyama Y, Seo T, et al. Condoliase pro léčbu herniace bederního disku: randomizovaná kontrolovaná studie. Páteř (Phila Pa 1976) 2018; 43: E869-76.
29. Brandner ME. Normální hodnoty indexu obratlového těla a meziobratlového disku u dospělých. The American journal of roentgenology, radium therapy, and nuclear medicine 1972; 114: 411-4.