Chemonukleoliza z siarczanem chondroityny ABC endoliaza jako nowa minimalnie inwazyjna terapia dla pacjentów z przepukliną krążka międzykręgowego lędźwiowego

wprowadzenie

zastosowanie chemonukleolizy jako minimalnie inwazyjnego leczenia dla pacjentów z przepukliną krążka międzykręgowego od ponad 50 lat przewiduje się przepuklinę krążka międzykręgowego szyjnego i lędźwiowego (IDH) (1). Chociaż kilka enzymów (trypsyna, hialuronidaza, katepsyna G, chymotrypsyna i kalpaina) zostało zaproponowanych jako środki terapeutyczne (2-6), tylko dwa enzymy (chymopapaina i kolagenaza) zostały użyte w warunkach klinicznych (1,7). Wśród nich chymopapaina została wprowadzona w lipcu 1963 i stała się szeroko stosowana w Europie, Ameryce Północnej i Australii (8-10). Po doniesieniach o ciężkich zdarzeniach niepożądanych, w tym śmiertelnej anafilaksji, krwawieniu i powikłaniach neurologicznych (11-16), produkcja chymopapainy (Chymodiactin, Smith Laboratories Inc., MN, USA) z przyczyn nienaukowych i handlowych zaprzestał w 2002 roku. Pierwsze badania kliniczne nad kolagenazą (Nukleolizyną) odnotowano w 1981 r. (7). Następnie stwierdzono, że kolagenaza jest mniej szkodliwa dla korzeni nerwów rdzeniowych i tkanek krocza, ale była mniej skuteczna klinicznie niż chymopapaina (17). Ciężkie zdarzenia niepożądane były również związane z tym enzymem (zespół końskiego ogona i przepuklina dysku ze względu na „trawienie” pierścienia włóknistego) (8,18,19).

spodziewano się bezpieczniejszego i bardziej skutecznego enzymu chemonukleolizy, a ponieważ endoliaza ABC siarczanu chondroityny wykazała obiecujące wyniki, jest wreszcie gotowa do wprowadzenia na rynek japoński.

siarczan chondroityny ABC endoliazy

siarczan chondroityny ABC endoliazy jest enzymem, który katalizuje depolimeryzację siarczanu chondroityny. Enzym ten rozszczepia wiązania β-1,4-galaktozaminowe między N-acetylogalaktozaminą a kwasem d-glukuronowym lub kwasem L-iduronowym. W konsekwencji siarczan chondroityny ABC endoliazy rozkłada siarczan chondroityny A, siarczan chondroityny B, siarczan chondroityny C i łańcuchy kwasu hialuronowego (Fig.1). Siarczan chondroityny jest szeroko rozpowszechniony w kilku tkankach ssaków, w tym w jądrze miąższu (np), skórze, rogówce, kościach i chrząstkach. Dlatego siarczan chondroityny ABC endoliazy jest potencjalnym enzymem terapeutycznym IDH. Ten enzym wytwarzany przez różne szczepy bakterii został już zbadany. Wśród nich siarczan chondroityny ABC endoliazy z Proteus vulgaris był najszerzej badany pod kątem zastosowania klinicznego.

1 Schemat mechanizmu chemonukleolizy z użyciem endoliazy siarczanu chondroityny ABC. NP, jądro miąższowe.

Proteus vulgaris siarczan chondroityny ABC endoliazy został po raz pierwszy oczyszczony przez Yamagata i wsp. w 1968 roku (20). Charakterystyczna aktywność była ograniczona do wyżej wymienionych łańcuchów bocznych, ale nie wpływała na siarczan keratanu, heparynę ani siarczan heparanu. Aktywność ta była bardziej specyficzna niż inne enzymy (chymopapaina i kolagenaza), które były wcześniej stosowane do chemonukleolizy. Gen siarczanu chondroityny ABC endoliazy został sklonowany przez Sato i wsp. w 1994 r., a aktywny enzym ulegał ekspresji w Escherichia coli (21). Hamai et al. przeprowadzono dalsze oczyszczanie endoliazy ABC siarczanu chondroityny Proteus vulgaris z frakcji aktywności egzoliazy (13).

badania eksperymentalne przeprowadzono z wykorzystaniem modeli zwierzęcych, takich jak chomiki, króliki, świnie, psy i małpy (12,22-27). Wszystkie badania potwierdziły, że endoliaza ABC siarczanu chondroityny była znacznie mniej szkodliwa niż chymopapaina dla otaczających tkanek, układu nerwowego i struktur naczyniowych. Nawet dzięki selektywnemu i łagodnemu działaniu enzymatycznemu uzyskano wyraźne odpowiedzi kliniczne we wszystkich modelach zwierzęcych. Na przykład Takahashi et al. odnotowano korzystny wynik z endoliazą ABC siarczanu chondroityny u 59 psów z objawami i objawami szyjki macicy, klatki piersiowej i lędźwiowego IDH (12). Siedem dni po wstrzyknięciu tego enzymu u 45 z 48 psów stwierdzono poprawę objawów przedmiotowych i podmiotowych. Nie tylko nie zaobserwowano żadnych działań niepożądanych, ale także nie zaobserwowano nawrotów u dziewięciu psów, które były obserwowane od 14 do 36 miesięcy po wstrzyknięciu.

zastosowania kliniczne

biorąc pod uwagę te wyniki, fazy 1-3 badania kliniczne przeprowadzono w Japonii. Matsuyama et al. zgłoszone wyniki badań fazy 2 i 3 nad chemonukleolizą z endoliazą ABC siarczanu chondroityny w leczeniu lędźwiowego IDH (Nr rejestracyjny badania klinicznego: NCT00634946) (11). W badaniu tym łącznie 194 pacjentów otrzymało trzy różne dawki endoliazy ABC siarczanu chondroityny (1,25, 2.5 lub 5 U) lub zastrzyki placebo, a intensywność bólu mierzono za pomocą wizualnej skali analogowej (vas) 100 mm (0 mm wskazuje „brak bólu” i 100 mm wskazuje „najgorszy ból w historii”). Średnie zmiany w najgorszym bólu nóg od początku do 13. tygodnia wynosiły -31,7 mm (placebo), -46,7 mm (1,25 J.), -41,1 mm (2,5 J.) i -47,6 mm (5 J.). Różnice były znaczące w 13. tygodniu w grupach 1, 25 J. (P=0, 03) i 5 J. (P=0, 01) w porównaniu z grupą placebo. Żaden pacjent nie zmarł, nie rozwinęła się anafilaksja ani następstwa neurologiczne. Poprawa reakcji na dawkę w przypadku najgorszego bólu nóg w 13. tygodniu nie była znacząca (P=0,14). Autorzy zaproponowali zatem zalecaną dawkę kliniczną endoliazy ABC siarczanu chondroityny jako 1,25 U. Chiba i wsp. przedstawiono wyniki badań fazy 3 nad chemonukleolizą z endoliazą ABC siarczanu chondroityny w leczeniu lędźwiowego IDH (28). W tym badaniu 163 pacjentów otrzymało iniekcje siarczanu chondroityny ABC endoliazy (1,25 J.) lub placebo, a intensywność bólu mierzono za pomocą 100 mm VAS. Średnie zmiany najgorszego bólu nóg od wartości początkowej do 52. tygodnia wynosiły -42,3 mm (placebo) i -54.2 mm (siarczan chondroityny ABC endoliazy). Różnica była znacząca w 52. tygodniu w grupie otrzymującej siarczan chondroityny ABC endoliazy (P=0,01) w porównaniu z grupą otrzymującą placebo. W grupie otrzymującej siarczan chondroityny ABC endoliazy, często zgłaszano ból pleców, zmianę typu modowego 1 i zmniejszenie wysokości krążka bez żadnych istotnych klinicznie konsekwencji.

w Japonii siarczan chondroityny ABC endoliazy (HERNICORE®, Seikagaku Corporation, Tokio, Japonia) został wydany w sierpniu 2018 r.do leczenia lędźwiowego IDH. Aby uniknąć nieoczekiwanych zdarzeń niepożądanych, pierwsze zwolnienie zostało dostarczone tylko do szpitali z bogatym doświadczeniem w leczeniu lędźwiowego IDH. Dodatkowo, wskazanie ograniczono do zamkniętego IDHs (subligamentous extrusion), z wyłączeniem występu. Ze względu na ryzyko wycieku enzymu i niski efekt terapeutyczny w sekwestrowanym fragmencie NP, ze wskazaniem wyłączono niezawierające IDHs (transligamentowe wytłaczanie i sekwestracja). Obecnie chemonukleolizę z endoliazą ABC siarczanu chondroityny stosuje się tylko u pacjentów z radikulopatią oporną na konwencjonalne leczenie zachowawcze.

procedury iniekcji

pacjenci byli ostrożnie logowani w pozycji leżącej. Podczas zabiegu, fluoroskop został umieszczony na środku stołu operacyjnego w celu zapewnienia odpowiedniego ułożenia igły (ryc. 2A). W przypadku ograniczonego ruchu fluoroskopu często stosowano przechylanie miednicy w celu potwierdzenia przestrzeni dyskowej i trajektorii igły (podobnie jak w pozycji poziomej). Po oznaczeniu pozycji wejścia skóry, skóra została zdezynfekowana i pokryta serwetką chirurgiczną. W znieczuleniu miejscowym, igłę rdzeniową 22-gauge z rysikiem wprowadzono do środka przestrzeni dyskowej za pomocą tylno-bocznego podejścia od przeciwnej strony radikulopatii (ryc. 2b). Położenie końcówki igły zostało potwierdzone fluoroskopowym obrazem tylno-bocznym podczas wprowadzania. Końcowe położenie końcówki (środek NP) zostało potwierdzone zarówno przez przedni i boczny widok fluoroskopowy. Stosowanie środka kontrastowego było zabronione w całym procesie. Stylet wyciągnięto i wstrzyknięto 1,25 U liofilizowanego siarczanu chondroityny ABC endoliazy rozpuszczonej w 1,2 mL soli fizjologicznej. W odpowiedzi na nieoczekiwane zdarzenia niepożądane, takie jak anafilaksja, przed wstrzyknięciem ustanowiono linię dożylną i podano antybiotyk na 30 minut przed wyżej wymienionymi procedurami. Pacjenci byli hospitalizowani w dniu wstrzyknięcia.

ryc. 2 procedury wstrzykiwania siarczanu chondroityny ABC endoliazy. A) postawa pacjenta i ustawienie fluoroskopu; B) igła rdzeniowa o rozmiarze 22 mm jest wprowadzana przez podejście tylno-boczne z przeciwnej strony radikulopatii; C) podczas wprowadzania położenie końcówki igły jest potwierdzone za pomocą tylno-bocznego widoku fluoroskopowego; D) ostateczne położenie końcówki jest potwierdzone za pomocą przednio-bocznego widoku fluoroskopowego.

reprezentatywny przypadek

reprezentatywny przypadek potraktowany chemonukleolizą z użyciem endoliazy ABC siarczanu chondroityny przedstawiono na fig.3. Ten 33-letni mężczyzna przedstawił ból lewej nogi (L5 dermatome), który rozpoczął się 3 miesiące przed wizytą w naszej przychodni. Badanie neurologiczne nie wykazało widocznego osłabienia mięśni. Rezonans magnetyczny lędźwiowy T2 (MRI) ujawnił centralny Typ L4 / 5 lędźwiowego IDH (ryc. 3A). Ulga w bólu nóg po wstrzyknięciu endoliazy siarczanu chondroityny stopniowo występowała w ciągu 2 tygodni i była związana z nowo rozwiniętym bólem pleców. Badanie MRI przeprowadzone 2 miesiące po wstrzyknięciu wykazało zmniejszenie IDH lędźwiowego (ryc. 3b) oraz zmniejszenie wysokości tarczy. Brandner i in.wskaźnik dysku obliczony na podstawie przedoperacyjnych i pooperacyjnych zdjęć radiologicznych wykazał, że przedni Brandner i wsp.indeks dysków spadł z 0,375 do 0,195 (29). Zmiana ta była wcześniej zgłaszana jako ogólny przebieg chemonukleolizy. Klinicznie pacjent skarżył się na nowo rozwinięty trwały lumbago 3 miesiące po wstrzyknięciu. Ten typ lumbago był już opisywany w poprzednich badaniach fazy (11,28). Ponieważ ból można kontrolować za pomocą leków, pacjent był obserwowany w warunkach ambulatoryjnych.

3 reprezentatywny przypadek chemonukleolizy z endoliazą ABC siarczanu chondroityny. Obrazy rezonansu magnetycznego przed wstrzyknięciem (A,B) i po wstrzyknięciu (D,E). Pokazano obrazy rezonansu magnetycznego z obciążeniem strzałkowym (A,D) i osiowym (B,E) T2. Przed wstrzyknięciem (C) i po wstrzyknięciu (F) przedstawiono również boczne zdjęcia rentgenowskie. Należy zauważyć, że zdjęcia radiologiczne przed wstrzyknięciem i po wstrzyknięciu wykazały zmniejszoną wysokość dysku (strzałki) po wstrzyknięciu siarczanu chondroityny ABC endoliazy.

dyskusja

teoretycznie chemonukleoliza wydaje się być najlepszą możliwą strategią leczenia IDH szyjki macicy i lędźwiowego. Chociaż dwa enzymy (chymopapaina i kolagenaza) były wcześniej stosowane w warunkach klinicznych (1,7), zgłaszano ciężkie działania niepożądane, takie jak anafilaksja, krwawienie i powikłania neurologiczne (11-16). Dlatego endoliaza ABC siarczanu chondroityny Proteus vulgaris została szeroko przeanalizowana na początku badań eksperymentalnych pod kątem jej wpływu na tkanki nerwowe, naczynia krwionośne i inne otaczające struktury (np., więzadło żółte i endplate) (12,22-27). Wszystkie badania wykazały, że endoliaza ABC siarczanu chondroityny spowodowała znacznie mniejsze uszkodzenia niż chymopapaina, z wyjątkiem NP i chrząstki. Kato i in. mikroskopowo obserwowane zmiany w chrząstce stawowej po wstrzyknięciu endoliazy ABC siarczanu chondroityny (22,27). Odkryli, że zmiany były łagodniejsze niż obserwowane w przypadku chymopapainy i że możliwe było regenerację chondrocytów po wstrzyknięciu endoliazy siarczanu chondroityny ABC. Wyniki te obserwowano nawet w przypadku stosowania dawki 4-8 razy większej niż stosowana klinicznie. Z tego punktu widzenia endoliazę ABC siarczanu chondroityny można zdefiniować jako enzym specyficzny dla matrycy, który umożliwia prawidłową reprodukcję np (22,24,27).

z drugiej strony, badania kontrolowane placebo potwierdziły, że działania niepożądane wystąpiły u siedmiu pacjentów z grupy endoliazy siarczanu chondroityny ABC podczas 52 tygodni obserwacji (nieprawidłowa czynność wątroby, występ krążka międzykręgowego, odma opłucnowa, hemoroidy, mięśniak macicy, radikulopatia lędźwiowa i ból pleców), ale wszystkie z nich ustąpiły lub uległy poprawie (11,28).

procedura iniekcji odgrywa również ważną rolę w bezpiecznym leczeniu. Chociaż modele zwierzęce wykazały, że zewnątrzoponowe wstrzyknięcie endoliazy ABC siarczanu chondroityny nie uszkodziło otaczających tkanek (22), wyciek do przestrzeni zewnątrzoponowej należy zminimalizować, aby zapobiec zdarzeniom niepożądanym. Dlatego użyliśmy stosunkowo cienkich igieł (22 gauge), które zostały wprowadzone z przeciwnej strony radikulopatii. Ponadto ze wskazania wyłączono niezawierające IDHs (transligamentous extrusion and sequestration), aby zapobiec wyciekowi przez rozdarcia na pierścieniu włóknistym. Leczyliśmy już około 30 pacjentów wstrzyknięciem endoliazy siarczanu chondroityny ABC i nie zaobserwowano żadnego zdarzenia niepożądanego. Aby zapobiec anafilaksji przy drugim wstrzyknięciu, dostarczamy pacjentowi certyfikat wskazujący na wstrzyknięcie siarczanu chondroityny ABC endoliazy i ostrzegamy pacjenta o ryzyku anafilaksji.

wnioski

zastosowanie endoliazy ABC siarczanu chondroityny w chemonukleolizie dopiero się zaczyna. Wcześniejsze badania i badania kliniczne potwierdziły jego bezpieczeństwo i skuteczność w leczeniu lędźwiowego IDH. Dalsze doświadczenia kliniczne mogą wyjaśnić najbardziej odpowiedni typ IDH i profil pacjenta w tym leczeniu. W niedalekiej przyszłości oczekuje się również rozszerzenia wskazania do przepukliny krążka szyjnego.

podziękowania

dziękujemy firmie Seikagaku za dostarczenie oryginalnego obrazu do pierwszej ilustracji. Dziękujemy również pracownikom sali operacyjnej za pomoc techniczną, pracownikom dokumentacji medycznej, którzy pomogli zebrać dane pacjentów, a pracownikom działu radiologii za rejestrację zdjęć radiologicznych i danych MRI. Praca ta była częściowo wspierana przez grant z Iwai Medical Foundation.

przypis

konflikty interesów: autorzy nie mają konfliktu interesów do zadeklarowania.

1. Smith L. JAMA 1964;187: 137-40.
2. Dando PM, Morton DB, Buttle DJ, et al. Ocena ilościowa ludzkich proteinaz jako czynników do chemonukleolizy. Spine 1988;13: 188-92.
3. Takenaka Y, Revel M, Kahan A, et al. Eksperymentalny model przepuklin krążkowych u szczurów do badania leków nukleolitycznych. Spine (Phila Pa 1976) 1987;12:556-60.
4. Wakita S, Shimizu K, Suzuki K i in. Chemonukleoliza z kalpainą I u królików. Spine 1993;18: 159-64.
5. Kodama H, Shimizu K, Banno Y, et al. Hamowanie kalpain przez płyn mózgowo-rdzeniowy i wpływ kalpain na dokanałową tkankę nerwową. Spine 2002;27: 1077-81.
6. Antoniou J, Mwale F, Demers CN, et al. Ilościowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego indukowanej enzymatycznie degradacji Jądra miąższu krążków międzykręgowych. Spine 2006; 31:1547-54.
7. Sussman BJ, Bromley JW, Gomez JC. Wstrzyknięcie kolagenazy w leczeniu przepukliny dysku lędźwiowego. Wstępny raport kliniczny. JAMA 1981;245: 730-2.
8. Artigas J, Brock M, Mayer HM. Powikłania po chemonukleolizie z kolagenazą. J Neurosurg 1984; 61: 679-85.
9. Flanagan N, Smith L. badania kliniczne pacjentów z chemonukleolizą z dziesięcioletnią lub dwudziestoletnią obserwacją. Clin Orthop Relat Res 1986.15-7.
10. Tregonning GD, Transfeldt EE, McCulloch JA, et al. Chymopapaina a konwencjonalna operacja przepukliny dysku lędźwiowego. 10-letnie wyniki leczenia. J Bone Joint Surg Br 1991;73:481-6.
11. Matsuyama Y, Chiba K, Iwata h, et al. Wieloośrodkowe, randomizowane, podwójnie zaślepione badanie kondolazy u pacjentów z przepukliną dysku lędźwiowego. J Neurosurg: Spine 2018;28: 499-511.
12. Takahashi T, Nakayama m, Chimura s, et al. Leczenie przemieszczenia krążka międzykręgowego psów za pomocą CHONDROITINAZY ABC. Spine 1997;22: 1435-9; dyskusja 1446-7.
13. Hamai a, Hashimoto N, Mochizuki h, et al. Dwie odrębne liazy siarczanu chondroityny. Endoeliminaza dająca tetrasacharydy i egzoeliminaza korzystnie działająca na oligosacharydy. J Biol Chem 1997;272: 9123-30.
14. Dyck P. Paraplegia po chemonukleolizie. Opis przypadku i omówienie neurotoksyczności. Spine 1985;10: 359-62.
15. Buchman a, Wright RB, Wichter MD, et al. Powikłania krwotoczne po wstrzyknięciu lędźwiowym chymopapainy. Neurochirurgia 1985;16: 222-4.
16. Cusick JF, Ho KC, Schamberg JF. Krwotok podpajęczynówkowy po chemonukleolizie chymopapainy. J Neurosurg 1987; 66: 775-8.
17. Zook BC, Kobrine AI. Wpływ kolagenazy i chymopapainy na nerwy rdzeniowe i krążki międzykręgowe małp Cynomolgus. J Neurosurg 1986; 64: 474-83.
18. Wintermantel E, Emde H, Loew F. kolagenaza śródskórna do leczenia przepuklin dysku lędźwiowego. Porównanie wyników klinicznych i obserwacji z tomografii komputerowej. Acta Neurochir (Wien) 1985;78: 98-104.
19. Hedtmann a, Steffen R, Krämer J. prospektywne badanie porównawcze intradiscal high-dose and low-dose Collagenase versus chymopapain. Spine 1987;12: 388-92.
20. Yamagata T, Saito H, Habuchi O, et al. Oczyszczanie i właściwości chondroitinaz bakteryjnych i chondrosulfataz. J Biol Chem 1968;243: 1523-35.
21. Sato N, Shimada m, Nakajima h, et al. Klonowanie i ekspresja w Escherichia coli genu kodującego chondroitynę Proteus vulgaris ABC lyase. Appl Microbiol Biotechnol 1994;41: 39-46.
22. Kato F, Mimatsu K, Iwata H, et al. Porównanie reakcji tkankowej z CHONDROITINAZĄ ABC i chymopapainą u królików jako podstawa zastosowania klinicznego w chemonukleolizie. Clin Orthop Relat Res 1993.294-302.
23. Sugimura T, Kato F, Mimatsu K, et al. Eksperymentalna chemonukleoliza z CHONDROITINAZĄ ABC u małp. Spine 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. Ocena funkcjonalna i strukturalna po miejscowym zastosowaniu na wewnątrzszpitalnych strukturach nerwowych i naczyniach krwionośnych. Spine 1996;21: 1952-6.
27. Kato F, Iwata H, Mimatsu K, et al. Eksperymentalna chemonukleoliza z CHONDROITINAZĄ ABC. Clin Orthop Relat Res 1990.301-8.
28. Chiba K, Matsuyama Y, Seo T, et al. Kondolaza w leczeniu przepukliny dysku lędźwiowego: randomizowane, kontrolowane badanie. Spine (Phila Pa 1976) 2018; 43: E869-76.
29. Brandner ME. Wartości prawidłowe ciała kręgowego i indeksu krążka międzykręgowego u dorosłych. The American journal of roentgenology, radium therapy, and nuclear medicine 1972;114: 411-4.