Chemonukleolys med kondroitinsulfat ABC endolyase som en ny minimalt invasiv behandling för patienter med lumbar intervertebral skiva herniation

introduktion

användningen av kemonukleolys som en minimalt invasiv behandling för cervikal och lumbar intervertebral skiva herniation (IDH) har förväntats i mer än 50 år (1). Även om flera enzymer (trypsin, hyaluronidas, cathepsin G, chymotrypsin och calpain) har föreslagits som terapeutiska medel (2-6), har endast två enzymer (chymopapain och kollagenas) använts i kliniska miljöer (1,7). Bland dem introducerades chymopapain i juli 1963 och blev allmänt använd i hela Europa, Nordamerika och Australien (8-10). Efter rapporter om allvarliga biverkningar, inklusive dödlig anafylaxi, blödning och neurologiska komplikationer (11-16), produktion av chymopapain (Chymodiactin, Smith Laboratories Inc., MN, USA) av icke-vetenskapliga och kommersiella skäl upphörde 2002. Den första kliniska studien på kollagenas (Nukleolysin) rapporterades 1981 (7). Därefter rapporterades kollagenas som mindre skadligt för ryggradsnervrötter och perineurala vävnader, men rapporterades som mindre kliniskt effektivt än chymopapain (17). Allvarliga biverkningar var också associerade med detta enzym (cauda equina syndrom och skivbråck på grund av ”digestion” av annulus fibrosus) (8,18,19).

ett säkrare och effektivare kemonukleolysenzym har förväntats, och eftersom kondroitinsulfat ABC endolyase har visat lovande resultat är det äntligen klart att lanseras på den japanska marknaden.

kondroitinsulfat ABC endolyas

kondroitinsulfat ABC endolyas är ett enzym som katalyserar depolymeriseringen av kondroitinsulfat. Detta enzym klyver de 1,4-galaktosaminbindningarna mellan n-acetylgalaktosamin och antingen d-glukuronsyra eller L-iduronsyra. Följaktligen bryter kondroitinsulfat ABC endolyas kondroitin a-sulfat, kondroitin B-sulfat, kondroitin C-sulfat och hyaluronsyrakedjor (Figur 1). Kondroitinsulfat distribueras i stor utsträckning i flera däggdjursvävnader, inklusive nucleus pulposus (NP), hud, hornhinna, ben och brosk. Därför är kondroitinsulfat ABC endolyas ett potentiellt terapeutiskt enzym för IDH. Detta enzym producerat av olika bakteriestammar har redan undersökts. Bland dem har kondroitinsulfat ABC endolyase från Proteus vulgaris varit den mest omfattande undersökta för klinisk tillämpning.

Figur 1 schematisk av mekanismen för kemonukleolys med användning av kondroitinsulfat ABC endolyas. NP, nucleus pulposus.

Proteus vulgaris kondroitinsulfat ABC endolyas renades först av Yamagata et al. 1968 (20). Den karakteristiska aktiviteten var begränsad till ovan nämnda sidokedjor, men påverkade inte keratansulfat, heparin eller heparansulfat. Denna aktivitet var mer specifik än för andra enzymer (chymopapain och kollagenas), som tidigare användes för kemonukleolys. Genen av kondroitinsulfat ABC endolyas klonades av Sato et al. 1994, och det aktiva enzymet uttrycktes i Escherichia coli (21). Hamai et al. utförs ytterligare rening av Proteus vulgaris kondroitinsulfat ABC endolyas från fraktionen av exolyasaktivitet (13).

experimentella studier har utförts med djurmodeller som hamstrar, kaniner, grisar, hundar och apor (12,22-27). Alla studier verifierade att kondroitinsulfat ABC-endolyas var markant mindre skadligt än chymopapain för omgivande vävnader, nervsystem och vaskulära strukturer. Även med sin selektiva och milda enzymatiska effekt har distinkta kliniska svar erhållits i alla djurmodeller. Till exempel Takahashi et al. rapporterade positivt resultat med kondroitinsulfat ABC endolyase i 59 hundar med symtom och tecken på livmoderhalscancer, bröstkorg och ländryggen IDH (12). Sju dagar efter injektionen av detta enzym visade 45 av 48 hundar förbättrade symtom och tecken. Inte bara inga biverkningar observerades utan också inget återfall observerades hos nio hundar som följdes från 14 till 36 månader efter injektionen.

kliniska tillämpningar

med tanke på dessa resultat utfördes fas 1-3 kliniska prövningar i Japan. Matsuyama et al. rapporterade resultat från fas 2 och 3-studier på kemonukleolys med kondroitinsulfat ABC endolyas för behandling av lumbar IDH (klinisk prövningsregistrering nr.: NCT00634946) (11). I denna studie fick totalt 194 patienter tre olika doser kondroitinsulfat ABC endolyas (1,25, 2.5, eller 5 U) eller placeboinjektioner och smärtintensitet mättes med en 100 mm visuell analog skala (VAS) (0 mm som indikerar ”ingen smärta” och 100 mm som indikerar ”värsta smärta som någonsin upplevts”). Genomsnittliga förändringar i den värsta bensmärtan från baslinjen till Vecka 13 var -31,7 mm (placebo), -46,7 mm (1,25 U), -41,1 mm (2,5 U) och -47,6 mm (5 U). Skillnaderna var signifikanta vid vecka 13 i grupperna 1, 25 U (P=0, 03) och 5 U (P=0, 01) jämfört med i placebogruppen. Ingen patient dog eller utvecklade anafylaxi eller neurologiska följder. Dosresponsförbättringen av den värsta bensmärtan vid vecka 13 var inte signifikant (P=0,14). Författarna föreslog således den rekommenderade kliniska dosen av kondroitinsulfat ABC endolyas som 1,25 U. Chiba et al. rapporterade resultaten av fas 3-studier på kemonukleolys med kondroitinsulfat ABC endolyas för lumbar IDH-behandling (28). I denna studie fick 163 patienter kondroitinsulfat ABC-endolyas (1,25 U) eller placeboinjektioner, och smärtintensiteten mättes med användning av en 100 mm VAS. Genomsnittliga förändringar i den värsta bensmärtan från baslinjen till Vecka 52 var -42, 3 mm (placebo) och -54.2 mm (kondroitinsulfat ABC endolyas). Skillnaden var signifikant vid Vecka 52 i kondroitinsulfat ABC-endolyasgruppen (P=0, 01) jämfört med den i placebogruppen. I kondroitinsulfat ABC-endolyasgruppen rapporterades ofta ryggsmärta, modisk typ 1-förändring och minskning av skivhöjden utan någon kliniskt relevant konsekvens.

i Japan släpptes kondroitinsulfat ABC-endolyas (HERNICORE bisexual, Seikagaku Corporation, Tokyo, Japan) i augusti 2018 för behandling av lumbar IDH. För att undvika oväntade biverkningar tillhandahölls den första utgåvan endast till sjukhus med riklig erfarenhet av behandling av lumbar IDH. Dessutom var indikationen begränsad till innehöll idh (subligamentisk extrudering), exklusive utsprång. Icke-inneslutna idh (transligamentisk extrudering och sekvestrering) exkluderades från indikationen på grund av risken för enzymläckage och den låga terapeutiska effekten i sekvestrerat NP-fragment. För närvarande används kemonukleolys med kondroitinsulfat ABC-endolyas endast för patienter med radikulopati som är resistenta mot konventionella konservativa behandlingar.

Injektionsprocedurer

patienterna loggades försiktigt in i benägen position. Under proceduren placerades ett fluoroskop över mitten av operationsbordet för att säkerställa lämplig nålpositionering (figur 2a). Vid begränsad fluoroskoprörelse användes bäckenlutning ofta för att bekräfta skivutrymme och nålbana (liknande lateral liggande position). Efter att ha markerat hudinträdespositionen desinficerades huden och täcktes med en kirurgisk draperi. Under lokalbedövning infördes 22-gauge spinalnål med stylet i mitten av skivutrymmet med hjälp av ett posterolateralt tillvägagångssätt från motsatt sida av radikulopati (Figur 2B). Nålspetsens position bekräftades med en posterolateral fluoroskopisk vy under införandet. Den slutliga spetspositionen (mitten av NP) bekräftades av både en anteroposterior och en lateral fluoroskopisk vy. Användningen av kontrastmedium var förbjuden under hela processen. Styletten drogs ut och 1,25 U lyofiliserat kondroitinsulfat ABC endolyas upplöst i 1,2 mL saltlösning injicerades. För att svara på oväntade biverkningar såsom anafylaksi etablerades en intravenös linje före injektion och ett antibiotikum administrerades 30 minuter före ovannämnda förfaranden. Patienterna var på sjukhus på injektionsdagen.

Figur 2 injektionsförfaranden för kondroitinsulfat ABC endolyas. (A) patientens hållning och positionering av fluoroskop; (B) en 22-gauge spinalnål sätts in via den posterolaterala inflygningen från motsatt sida av radikulopati; (C) under införandet bekräftas nålspetsens position med en posterolateral fluoroskopisk vy; (D) den slutliga spetspositionen bekräftas med en anteroposterior fluoroskopisk vy.

representativt fall

ett representativt fall behandlat med kemonukleolys med kondroitinsulfat ABC endolyas visas i Figur 3. Denna 33-åriga man presenterade med vänster benvärk (L5 dermatom) som hade börjat 3 månader innan vi besökte vår poliklinik. Neurologisk undersökning avslöjade ingen uppenbar muskelsvaghet. Lumbar T2-viktad magnetisk resonansavbildning (MRI) avslöjade en central typ L4/5 lumbar IDH (figur 3A). Ben smärtlindring efter kondroitinsulfat ABC endolyasinjektion inträffade gradvis under en 2-veckorsperiod och var associerad med nyutvecklad ryggsmärta. Mr utfördes 2 månader efter injektionen avslöjade minskning av ländryggen IDH (figur 3B) samt minskning av skivhöjden. Brandner et al.skivindex beräknat från preoperativa och postoperativa röntgenbilder avslöjade att anterior Brandner et al.skivindex hade minskat från 0.375 till 0.195 (29). Denna förändring hade tidigare rapporterats allmän kurs för kemonukleolys. Kliniskt klagade patienten på en nyutvecklad ihållande lumbago 3 månader efter injektionen. Denna typ av lumbago hade redan rapporterats i tidigare fasstudier (11,28). Eftersom smärtan kunde kontrolleras genom medicinering observerades patienten på poliklinisk basis.

Figur 3 ett representativt fall av kemonukleolys med kondroitinsulfat ABC endolyas. Före injektion (A,B) och efter injektion (D,E) magnetiska resonansbilder. Sagittal (A,D) och axiell (B,E) T2-viktade magnetiska resonansbilder visas. Före injektion (C) och efter injektion (F) sidovy av röntgenbilder visas också. Observera att röntgenbilder före injektion och efter injektion avslöjade minskad skivhöjd (pilar) efter kondroitinsulfat ABC endolyasinjektion.

diskussion

teoretiskt verkar kemonukleolys vara den bästa möjliga strategin för behandling av cervikal och lumbar IDH. Även om två enzymer (chymopapain och kollagenas) tidigare hade använts i kliniska miljöer (1,7) rapporterades allvarliga biverkningar såsom anafylaxi, blödning och neurologiska komplikationer (11-16). Därför analyserades Proteus vulgaris kondroitinsulfat ABC endolyase i stor utsträckning tidigt i de experimentella studierna för dess effekt på neurala vävnader, blodkärl och andra omgivande strukturer (t. ex., gul ligament och ändplatta) (12,22-27). Alla studier visade att kondroitinsulfat ABC endolyas orsakade betydligt mindre skada än chymopapain, utom i NP och brosk. Kato et al. mikroskopiskt observerade förändringar i ledbrusk efter injektion av kondroitinsulfat ABC endolyas (22,27). De fann att förändringarna var mildare än de som observerades med chymopapain och att det var möjligt att regenerera kondrocyter efter kondroitinsulfat ABC endolyasinjektion. Dessa fynd observerades även vid användning av 4-8 gånger den dos som användes kliniskt. Ur detta perspektiv kan kondroitinsulfat ABC endolyas definieras som ett matrisspecifikt enzym som möjliggör normal NP-reproduktion (22,24,27).

å andra sidan har placebokontrollerade studier bekräftat att biverkningar inträffade hos sju patienter i kondroitinsulfat ABC-endolyasgruppen under 52 veckors observation (onormal leverfunktion, intervertebral skivutsprång, pneumotorax, hemorrojder, livmoderleiomyom, lumbar radikulopati och ryggsmärta), men alla dessa löstes eller förbättrades (11,28).

injektionsförfarandet spelar också en viktig roll vid säker behandling. Även om djurmodeller har visat att epidural injektion av kondroitinsulfat ABC endolyas inte skadade de omgivande vävnaderna (22), bör läckage till epiduralutrymmet minimeras för att förhindra biverkningar. Därför använde vi relativt fina nålar (22 gauge), som infördes från motsatt sida av radikulopati. Vidare uteslöts icke-inneslutna idh (transligamentisk extrudering och sekvestrering) från indikationen för att förhindra läckage även om tårar på annulus fibrosus. Vi har redan behandlat cirka 30 patienter med kondroitinsulfat ABC endolyasinjektion, och ingen biverkning har observerats. För att förhindra anafylaxi vid den andra injektionen ger vi patienten ett certifikat som hänvisar till kondroitinsulfat ABC endolyasinjektion och varnar patienten för risken för anafylaksi.

slutsatser

användningen av kondroitinsulfat ABC-endolyas vid kemonukleolys börjar bara. Tidigare studier och kliniska prövningar har bekräftat dess säkerhet och effektivitet vid lumbar IDH-behandling. Ytterligare kliniska erfarenheter kan klargöra den mest lämpliga IDH-typen och patientprofilen för denna behandling. Expansion av indikationen för cervikal skivbråck förväntas också inom en snar framtid.

bekräftelser

vi tackar Seikagaku Corporation för att tillhandahålla en originalbild för 1: a illustrationen. Vi tackar också personalen i operationssalen för deras tekniska hjälp, de medicinska journaler som hjälpte till att samla in patientdata och personalen vid röntgenavdelningen för inspelning av röntgenbilder och MR-data. Detta arbete stöddes delvis av ett bidrag från Iwai Medical Foundation.

fotnot

intressekonflikter: författarna har inga intressekonflikter att förklara.

1. Smith L. enzym upplösning av Nucleus Pulposus hos människor. JAMA 1964; 187: 137-40.
2. Dando PM, Morton DB, Buttle DJ, et al. Kvantitativ bedömning av humana proteinaser som medel för kemonukleolys. Ryggrad 1988; 13: 188-92.
3. Takenaka Y, Revel M, Kahan A, et al. Experimentell modell av diskbråck hos råttor för studier av nukleolytiska läkemedel. Ryggrad (Phila Pa 1976) 1987; 12:556-60.
4. Wakita S, Shimizu K, Suzuki K, et al. Kemonukleolys med calpain I hos kaniner. Ryggrad 1993; 18: 159-64.
5. Kodama H, Shimizu K, Banno Y, et al. Calpain hämning av cerebrospinalvätska och effekter av calpain på intratekal nervvävnad. Ryggrad 2002; 27: 1077-81.
6. Antoniou J, Mwale F, Demers CN, et al. Kvantitativ magnetisk resonansavbildning av enzymatiskt inducerad nedbrytning av Kärnpulposus hos intervertebrala skivor. Ryggrad 2006; 31: 1547-54.
7. Sussman BJ, Bromley JW, Gomez JC. Injektion av kollagenas vid behandling av hernierad ländryggsskiva. Inledande klinisk rapport. JAMA 1981; 245: 730-2.
8. Artigas J, Brock M, Mayer HM. Komplikationer efter kemonukleolys med kollagenas. J Neurosurg 1984; 61: 679-85.
9. Flanagan N, Smith L. kliniska studier av kemonukleolyspatienter med tio till tjugo års uppföljningsutvärdering. Clin Orthop Relat Res 1986.15-7.
10. Tregonning GD, Transfeldt EE, McCulloch JA, et al. Chymopapain kontra konventionell kirurgi för ländryggsbråck. 10 års resultat av behandlingen. J Benled Surg Br 1991; 73:481-6.
11. Matsuyama Y, Chiba K, Iwata H, et al. En multicenter, randomiserad, dubbelblind, dosfyndstudie av kondolias hos patienter med ländryggsbråck. J Neurosurg: Ryggrad 2018; 28: 499-511.
12. Takahashi T, Nakayama M, Chimura S, et al. Behandling av hundens intervertebrala skivförskjutning med kondroitinas ABC. Ryggrad 1997; 22: 1435-9; diskussion 1446-7.
13. Hamai A, Hashimoto N, Mochizuki H, et al. Två distinkta kondroitinsulfat ABC-lyaser. Ett endoeliminas som ger tetrasackarider och ett exoeliminas som företrädesvis verkar på oligosackarider. J Biol Chem 1997; 272: 9123-30.
14. Dyck P. paraplegi efter kemonukleolys. En fallrapport och diskussion om neurotoxicitet. Ryggrad 1985; 10: 359-62.
15. Buchman A, Wright RB, WICHTER MD, et al. Hemorragiska komplikationer efter ländryggsinjektionen av chymopapain. Neurokirurgi 1985; 16: 222-4.
16. Cusick JF, Ho KC, Schamberg JF. Subaraknoid blödning efter chymopapain kemonukleolys. J Neurosurg 1987; 66: 775-8.
17. Zook BC, Kobrine AI. Effekter av kollagenas och chymopapain på spinal nerver och intervertebrala skivor av Cynomolgus apor. J Neurosurg 1986; 64: 474-83.
18. Wintermantel e, Emde H, Loew F. Intradiskalt kollagenas för behandling av diskbråck i ländryggen. En jämförelse av kliniska resultat och datortomografi uppföljning. Acta Neurochir (Wien) 1985; 78: 98-104.
19. Hedtmann a, Steffen R, kr Jacobmer J. prospektiv jämförande studie av intradiskalt högdos-och lågdoskollagenas kontra chymopapain. Ryggrad 1987; 12: 388-92.
20. Yamagata T, Saito H, Habuchi O, et al. Rening och egenskaper hos bakteriella kondroitinaser och kondrosulfataser. J Biol Chem 1968;243: 1523-35.
21. Sato N, Shimada M, Nakajima H, et al. Kloning och uttryck i Escherichia coli av genen som kodar för Proteus vulgaris chondroitin ABC-lyas. Appl Microbiol Biotechnol 1994; 41: 39-46.
22. Kato F, Mimatsu K, Iwata H, et al. Jämförelse av vävnadsreaktion med kondroitinas ABC och chymopapain hos kaniner som grund för klinisk tillämpning vid kemonukleolys. Clin Orthop Relat Res 1993.294-302.
23. Sugimura T, Kato F, Mimatsu K, et al. Experimentell kemonukleolys med kondroitinas ABC hos apor. Ryggrad 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. Funktionell och strukturell utvärdering efter lokal applicering på intraspinal nervstrukturer och blodkärl. Ryggrad 1996; 21: 1952-6.
27. Kato F, Iwata H, Mimatsu K, et al. Experimentell kemonukleolys med kondroitinas ABC. Clin Orthop Relat Res 1990.301-8.
28. Chiba K, Matsuyama Y, Seo T, et al. Kondolias för behandling av Lumbar diskbråck: en randomiserad kontrollerad studie. Ryggrad (Phila Pa 1976) 2018;43:E869-76.
29. Brandner mig. Normala värden på ryggraden och intervertebralskivindex hos vuxna. American journal of roentgenology, radium therapy och nuclear medicine 1972; 114: 411-4.