Kemonukleolyse med chondroitinsulfat ABC endolyase som en ny minimalt invasiv behandling for patienter med lumbal intervertebral disc herniation

introduktion

anvendelsen af kemonukleolyse som en minimalt invasiv behandling af cervikal og lumbal intervertebral disc herniation (IDH) har været forventet i mere end 50 år (1). Selv om flere lægemidler (trypsin, hyaluronidase, cathepsin G, chymotrypsin og calpain) er blevet foreslået som terapeutiske midler (2-6), er der kun anvendt to lægemidler (chymopapain og collagenase) i kliniske omgivelser (1,7). Blandt dem blev chymopapain introduceret i juli 1963 og blev meget udbredt i hele Europa, Nordamerika og Australien (8-10). Efter rapporter om alvorlige bivirkninger, herunder dødelig anafylaksi, blødning og neurologiske komplikationer (11-16), produktion af chymopapain (Chymodiactin, Smith Laboratories Inc., MN, USA) af ikke-videnskabelige og kommercielle grunde ophørte i 2002. Den første kliniske undersøgelse af collagenase (Nukleolysin) blev rapporteret i 1981 (7). Efterfølgende blev collagenase rapporteret som mindre skadelig for spinal nerve rødder og perineural væv, men blev rapporteret som mindre klinisk effektiv end chymopapain (17). Alvorlige bivirkninger var også forbundet med dette syndrom (cauda heste syndrom og disk herniation på grund af “fordøjelse” af annulus fibrosus) (8,18,19).

der er forventet et sikrere og mere effektivt kemonukleolysesym, og da chondroitinsulfat ABC endolyase har vist lovende resultater, er det endelig klar til at blive lanceret på det japanske marked.

chondroitinsulfat ABC endolyase

chondroitinsulfat ABC endolyase er en katalysator, der katalyserer depolymerisering af chondroitinsulfat. Det spalter de l-1,4-galactosaminiske bindinger mellem n-acetylgalactosamin og enten d-glucuronsyre eller l-iduronsyre. Derfor chondroitin sulfat ABC endolyase nedbryder chondroitin a sulfat, chondroitin B sulfat, chondroitin C sulfat, og hyaluronsyre kæder (Figur 1). Chondroitinsulfat er bredt fordelt i flere pattedyrvæv, herunder nucleus pulposus (NP), hud, hornhinde, knogle og brusk. Derfor er chondroitinsulfat ABC endolyase et potentielt terapeutisk middel til IDH. Dette er produceret af forskellige bakteriestammer er allerede blevet undersøgt. Blandt dem har chondroitinsulfat ABC endolyase fra Proteus vulgaris været den mest omfattende undersøgt til klinisk anvendelse.

Figur 1 skematisk af mekanismen for kemonukleolyse ved anvendelse af chondroitinsulfat ABC endolyase. NP, nucleus pulposus.

Proteus vulgaris chondroitinsulfat ABC endolyase blev først oprenset af Yamagata et al. i 1968 (20). Den karakteristiske aktivitet var begrænset til de ovennævnte sidekæder, men påvirkede ikke keratansulfat, heparin eller heparansulfat. Denne aktivitet var mere specifik end for andre stoffer (chymopapain og collagenase), som tidligere blev anvendt til kemonukleolyse. Genet af chondroitinsulfat ABC endolyase blev klonet af Sato et al. i 1994 blev det aktive stof udtrykt i Escherichia coli (21). Hamai et al. udført yderligere oprensning af Proteus vulgaris chondroitinsulfat ABC endolyase fra fraktionen af eksolyaseaktivitet (13).

eksperimentelle undersøgelser er blevet udført ved hjælp af dyremodeller som hamstere, kaniner, svin, hunde og aber (12,22-27). Alle undersøgelser bekræftede, at chondroitinsulfat ABC endolyase var markant mindre skadelig end chymopapain for det omgivende væv, nervesystemet og vaskulære strukturer. Selv med sin selektive og milde effekt er der opnået tydelige kliniske reaktioner i alle dyremodeller. For eksempel Takahashi et al. rapporteret positivt resultat med chondroitinsulfat ABC endolyase hos 59 hunde med symptomer og tegn på cervikal, thoracic og lumbal IDH (12). Syv dage efter injektionen viste 45 ud af 48 hunde forbedrede symptomer og tegn. Der blev ikke kun observeret nogen bivirkninger, men der blev heller ikke observeret nogen gentagelse hos ni hunde, der blev fulgt fra 14 til 36 måneder efter injektionen.

kliniske anvendelser

i betragtning af disse resultater blev faser 1-3 kliniske forsøg udført i Japan. Matsuyama et al. rapporterede resultater af fase 2 og 3 forsøg på kemonukleolyse med chondroitinsulfat ABC endolyase til behandling af lumbal IDH (klinisk forsøgsregistrering nr.: NCT00634946) (11). I denne undersøgelse modtog i alt 194 patienter tre forskellige doser chondroitinsulfat ABC endolyase (1,25, 2.5 eller 5 U) eller placebo-injektioner og smerteintensitet blev målt ved hjælp af en 100 mm visuel analog skala (VAS) (0 mm indikerer “ingen smerte” og 100 mm indikerer “værste smerte nogensinde oplevet”). Gennemsnitlige ændringer i de værste smerter i benene fra baseline til uge 13 var -31,7 mm (placebo), -46,7 mm (1,25 e), -41,1 mm (2,5 E) og -47,6 mm (5 E). Forskellene var signifikante i uge 13 i grupperne 1,25 E (P=0,03) og 5 U (P=0,01) sammenlignet med dem i placebogruppen. Ingen patient døde eller udviklede anafylaksi eller neurologiske følger. Forbedring af dosis-respons i de værste smerter i benene i uge 13 var ikke signifikant (P=0, 14). Forfatterne foreslog således den anbefalede kliniske dosis af chondroitinsulfat ABC endolyase som 1,25 U. Chiba et al. rapporterede resultaterne af fase 3-forsøg på kemonukleolyse med chondroitinsulfat ABC endolyase til lumbal IDH-behandling (28). I denne undersøgelse modtog 163 patienter chondroitinsulfat ABC endolyase (1,25 U) eller placebo-injektioner, og smerteintensiteten blev målt ved anvendelse af en 100 mm VAS. Gennemsnitlige ændringer i de værste smerter i benene fra baseline til uge 52 var -42,3 mm (placebo) og -54.2 mm (chondroitinsulfat ABC endolyase). Forskellen var signifikant i uge 52 i chondroitinsulfat ABC endolyase-gruppen (P=0,01) sammenlignet med den i placebogruppen. I chondroitinsulfat ABC endolyase-gruppen blev rygsmerter, Modisk type 1-ændring og fald i skivehøjde ofte rapporteret uden nogen klinisk relevant konsekvens.

i Japan blev chondroitinsulfat ABC endolyase (HERNICORE karrus, Seikagaku Corporation, Tokyo, Japan) frigivet i August 2018 til behandling af lumbal IDH. For at undgå uventede bivirkninger blev den første frigivelse kun leveret til hospitaler med rigelig erfaring med behandling af lumbal IDH. Derudover var indikationen begrænset til indeholdt IDHs (subligamentøs ekstrudering), eksklusive fremspring. Ikke-indeholdte IDH ‘ er (transligamentøs ekstrudering og sekvestrering) blev udelukket fra indikationen på grund af risikoen for lækage og den lave terapeutiske virkning i sekvestreret NP-fragment. I øjeblikket anvendes kemonukleolyse med chondroitinsulfat ABC endolyase kun til patienter med radikulopati, der er resistente over for konventionelle konservative behandlinger.

injektionsprocedurer

patienter blev omhyggeligt log rullet ind i tilbøjelig position. Under proceduren blev der anbragt et fluoroskop over midten af betjeningsbordet for at sikre passende nålepositionering (figur 2a). I tilfælde af begrænset fluoroskopbevægelse blev bækkenhældning ofte brugt til at bekræfte diskplads og nålebane (svarende til lateral liggende position). Efter markering af hudens indtastningsposition blev huden desinficeret og dækket med en kirurgisk drapering. Under lokalbedøvelse blev 22-gauge spinalnål med stylet indsat i midten af diskrummet ved hjælp af en posterolateral tilgang fra den modsatte side af radiculopatien (figur 2b). Placeringen af nålespidsen blev bekræftet med et posterolateralt fluoroskopisk billede under indsættelsen. Den endelige spidsposition (midten af NP) blev bekræftet af både en anteroposterior og en lateral fluoroskopisk visning. Brugen af kontrastmedium var forbudt i hele processen. Styletten blev trukket ud, og 1,25 U lyofiliseret chondroitinsulfat ABC endolyase opløst i 1,2 mL saltvand blev injiceret. For at reagere på uventede bivirkninger såsom anafylaksi blev der etableret en intravenøs linje før injektion, og et antibiotikum blev administreret 30 minutter før ovennævnte procedurer. Patienterne blev indlagt på injektionsdagen.

figur 2 injektionsprocedurer for chondroitinsulfat ABC endolyase. (A) patientens kropsholdning og fluoroskoppositionering; (B) en 22-gauge spinalnål indsættes via den posterolaterale tilgang fra den modsatte side af radiculopathy; (C) under indsættelsen bekræftes nålespidsens position ved et posterolateralt fluoroskopisk billede; (D) den endelige spidsposition bekræftes af et anteroposterior fluoroskopisk billede.

repræsentativt tilfælde

et repræsentativt tilfælde behandlet med kemonukleolyse ved anvendelse af chondroitinsulfat ABC endolyase er vist i figur 3. Denne 33-årige mand præsenterede smerter i venstre ben (L5 dermatome), der var startet 3 måneder før vi besøgte vores Poliklinik. Neurologisk undersøgelse afslørede ingen tilsyneladende muskelsvaghed. Lumbal T2-vægtet magnetisk resonansafbildning (MRI) afslørede en central type L4/5 lumbal IDH (figur 3a). Ben smertelindring efter chondroitinsulfat ABC endolyase injektion opstod gradvist over en 2-ugers periode og var forbundet med nyudviklede rygsmerter. MR udført 2 måneder efter injektionen afslørede reduktion af lumbal IDH (figur 3b) samt reduktion af diskhøjden. Brandner et al.diskindeks beregnet ud fra præoperative og postoperative røntgenbilleder afslørede, at den forreste Brandner et al.diskindekset var faldet fra 0,375 til 0,195 (29). Denne ændring var tidligere rapporteret generelt forløb for kemonukleolysen. Klinisk klagede patienten over en nyudviklet vedvarende lumbago 3 måneder efter injektionen. Denne type lumbago var allerede rapporteret i tidligere fasestudier (11,28). Da smerten kunne styres af medicin, blev patienten observeret på ambulant basis.

figur 3 et repræsentativt tilfælde af kemonukleolyse med chondroitinsulfat ABC endolyase. Billeder af magnetisk resonans før injektion (A,B) og efter injektion (D,E). Sagittal (A,D) og aksial (B,E) T2-vægtede magnetiske resonansbilleder vises. Præinjektion (C) og Postinjektion (F) lateral visning af røntgenbilleder er også vist. Bemærk, at røntgenbilleder før injektion og efter injektion afslørede reduceret skivehøjde (pile) efter chondroitinsulfat ABC endolyase injektion.

Diskussion

teoretisk synes kemonukleolyse at være den bedst mulige strategi til behandling af cervikal og lumbal IDH. Selv om der tidligere var anvendt to symptomer (chymopapain og collagenase) i kliniske omgivelser (1,7), blev der rapporteret alvorlige bivirkninger såsom anafylaksi, blødning og neurologiske komplikationer (11-16). Derfor blev Proteus vulgaris chondroitinsulfat ABC endolyase grundigt analyseret tidligt i eksperimentelle undersøgelser for dets virkning på neurale væv, blodkar og andre omgivende strukturer (f. eks., gul ligament og endeplade) (12,22-27). Alle undersøgelser viste, at chondroitinsulfat ABC endolyase forårsagede betydeligt mindre skade end chymopapain, undtagen i NP og brusk. Kato et al. mikroskopisk observerede ændringer i ledbrusk efter injektion af chondroitinsulfat ABC endolyase (22,27). De fandt ud af, at ændringerne var mildere end dem, der blev observeret med chymopapain, og at det var muligt at regenerere chondrocytter efter chondroitinsulfat ABC endolyase injektion. Disse fund blev observeret, selv når der blev anvendt 4-8 gange den dosis, der blev anvendt klinisk. Ud fra dette perspektiv kan chondroitinsulfat ABC endolyase defineres som et matricsspecifikt, der tillader normal NP-reproduktion (22,24,27).

på den anden side har placebokontrollerede undersøgelser bekræftet, at bivirkninger forekom hos syv patienter i chondroitinsulfat ABC endolyase-gruppen i løbet af 52 ugers observation (unormal leverfunktion, diskusprotrusion, pneumothoraks, hæmorroider, livmoderleiomyom, lumbal radiculopati og rygsmerter), men alle disse forsvandt eller forbedredes (11,28).

injektionsproceduren spiller også en vigtig rolle i sikker behandling. Selvom dyremodeller har vist, at epidural injektion af chondroitinsulfat ABC endolyase ikke skadede de omgivende væv (22), bør lækage til det epidurale rum minimeres for at forhindre bivirkninger. Derfor brugte vi relativt fine nåle (22 gauge), som blev indsat fra den modsatte side af radikulopati. Desuden blev ikke-indeholdt IDH ‘ er (transligamentøs ekstrudering og sekvestrering) udelukket fra indikationen for at forhindre lækage gennem tårer på annulus fibrosus. 30 patienter med chondroitinsulfat ABC endolyase injektion, og der er ikke observeret nogen bivirkning. For at forhindre anafylaksi ved den anden injektion giver vi patienten et certifikat, der henviser til chondroitinsulfat ABC endolyase injektion og advarer patienten om risikoen for anafylaksi.

konklusioner

anvendelsen af chondroitinsulfat ABC endolyase i kemonukleolyse er lige begyndt. Tidligere undersøgelser og kliniske forsøg har bekræftet dets sikkerhed og effektivitet i lumbal IDH-behandling. Yderligere kliniske erfaringer kan tydeliggøre den mest hensigtsmæssige IDH-type og patientprofil til denne behandling. Udvidelse af indikationen for cervical disc herniation forventes også i den nærmeste fremtid.

anerkendelser

vi takker Seikagaku Corporation for at levere et originalt billede til 1.illustration. Vi takker også operationsstuepersonalet for deres tekniske assistance, lægejournalerne, der hjalp med at indsamle patientdata, og radiologiafdelingens personale til optagelse af røntgenbilleder og MR-data. Dette arbejde blev delvist støttet af et tilskud fra Ivai Medical Foundation.

fodnote

interessekonflikter: forfatterne har ingen interessekonflikter at erklære.

1. Smith L. opløsning af nucleus Pulposus hos mennesker. JAMA 1964; 187: 137-40.
2. Dando PM, Morton DB, Buttle DJ, et al. Kvantitativ vurdering af humane proteinaser som midler til kemonukleolyse. Rygrad 1988; 13:188-92.
3. Takenaka Y, Revel M, Kahan A, et al. Eksperimentel model af skiveherniationer hos rotter til undersøgelse af nukleolytiske lægemidler. Rygsøjlen (Phila Pa 1976) 1987; 12:556-60.
4. Vavita S, Shimisu K, Susuki K, et al. Kemonukleolyse med calpain I hos kaniner. Rygrad 1993; 18:159-64.
5. Kodama H, Shimisu K, Banno Y, et al. Calpain hæmning af cerebrospinalvæske og virkninger af calpain på intratekalt nervevæv. Rygsøjle 2002; 27: 1077-81.
6. Antoniou J, Mvale F, Demers CN, et al. Kvantitativ magnetisk resonansbilleddannelse af nucleus Pulposus af intervertebrale diske. Rygsøjle 2006; 31:1547-54.
7. Sussman BJ, Bromley JV. Injektion af collagenase til behandling af herniated lumbal disk. Indledende klinisk rapport. JAMA 1981; 245: 730-2.
8. Artigas J, Brock M, Mayer HM. Komplikationer efter kemonukleolyse med collagenase. J Neurosurg 1984; 61: 679-85.
9. Flanagan N, Smith L. kliniske studier af kemonukleolysepatienter med ti til tyve års opfølgningsevaluering. Clin Orthop Relateret Res 1986.15-7.
10. Tregonning GD, Transfeldt EE, McCulloch JA, et al. Chymopapain versus konventionel kirurgi for lumbal disc herniation. 10 års resultater af behandlingen. J Bone Joint Surg Br 1991; 73:481-6.
11. Matsuyama Y, Chiba K, Ivata H, et al. En multicenter, randomiseret, dobbeltblind, dosisfindingsundersøgelse af condoliase hos patienter med lumbal disc herniation. J Neurosurg: Rygsøjlen 2018; 28: 499-511.
12. Takahashi T, Nakayama M, Chimura S, et al. Behandling af canine intervertebral disc forskydning med chondroitinase ABC. Rygrad 1997; 22:1435-9; diskussion 1446-7.
13. Hamai A, Hashimoto N, Mochisuki H, et al. To forskellige chondroitinsulfat ABC lyaser. En endoeliminase, der giver tetrasaccharider, og en eksoeliminase, der fortrinsvis virker på oligosaccharider. J Biol Chem 1997; 272: 9123-30.
14. Dyck P. paraplegi efter kemonukleolyse. En case-rapport og diskussion af neurotoksicitet. Rygrad 1985; 10:359-62.
15. Buchman A, rb, MD MD, et al. Hæmoragiske komplikationer efter lumbal injektion af chymopapain. Neurokirurgi 1985; 16: 222-4.
16. Cusick JF, Ho KC, Schamberg JF. Subarachnoid blødning efter chymopapain kemonukleolyse. J Neurosurg 1987; 66: 775-8.
17. B. K., Kobrine AI. Virkninger af collagenase og chymopapain på spinal nerver og intervertebrale skiver af cynomolgus aber. J Neurosurg 1986; 64: 474-83.
18. Vintermantel E, Emde H, Loev F. Intradiscal collagenase til behandling af lumbal disc herniations. En sammenligning af kliniske resultater og computertomografi opfølgning. Acta Neurochir (København) 1985; 78: 98-104.
19. Hedtmann a, Steffen R, kr Krismer J. prospektiv sammenlignende undersøgelse af intradisk højdosis og lavdosis collagenase versus chymopapain. Rygrad 1987; 12:388-92.
20. Yamagata T, Saito H, Habuchi O, et al. Rensning og egenskaber af bakterielle chondroitinaser og chondrosulfataser. J Biol Chem 1968;243: 1523-35.
21. Sato N, Shimada M, Nakajima H, et al. Kloning og ekspression i Escherichia coli af genet, der koder for Proteus vulgaris chondroitin ABC lyase. Appl Microbiol Biotechnol 1994; 41: 39-46.
22. Kato F, Mimatsu K, Ivata H, et al. Sammenligning af vævsreaktion med CHONDROITINASE ABC og chymopapain hos kaniner som grundlag for klinisk anvendelse i kemonukleolyse. Clin Orthop Relateret Res 1993.294-302.
23. Sugimura T, Kato F, Mimatsu K, et al. Eksperimentel kemonukleolyse med CHONDROITINASE ABC hos aber. Rygrad 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. Funktionel og strukturel evaluering efter lokal anvendelse på intraspinale nervestrukturer og blodkar. Rygrad 1996; 21:1952-6.
27. Kato F, Ivata H, Mimatsu K, et al. Eksperimentel kemonukleolyse med CHONDROITINASE ABC. Clin Orthop Relateret Res 1990.301-8.
28. Chiba K, Matsuyama Y, Seo T, et al. Condoliase til behandling af lumbal Disc Herniation: et randomiseret kontrolleret forsøg. Rygsøjle (Phila Pa 1976) 2018;43:E869-76.
29. Brandner mig. Normale værdier af hvirvellegemet og intervertebral diskindeks hos voksne. American journal of roentgenology, radium therapy, and nuclear medicine 1972; 114: 411-4.