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DWG 2022

17. Deutscher Wirbelsäulenkongress

Prof. Dr.

Vorsitz

PD Dr.

Prof. Dr. Dr.

Erhöhte Rückenmarksbewegungen sind assoziiert mit pathologischen klinischen Befunden bei Patienten mit einer zervikalen spondylotischen Myelopathie

Myelopathie

Abstract-Text deutsch Einleitung Die Pathophysiologie der zervikalen spondylotischen Myelopathie ist noch immer schlecht verstanden und das Ausmaß der Rückenmarkskompression kann oft den klinischen Zustand eines Patienten nicht erklären. Gesteigerte Bewegungen des Rückenmarks bei Patienten mit einer Spinalkanalstenose konnten als möglicher Einflussfaktor mehrfach gezeigt werden, welche eine dynamische mechanische Belastung auf das Rückenmark ausüben. Wir untersuchten den Zusammenhang zwischen erhöhten Rückenmarksbewegungen und klinischen Befunden im Vergleich zum Ausmaß der Rückenmarkskompression einer Spinalkanalstenose. Material/Methode 96 Patienten wurden klinisch (mJOA Wert, segmentale zervikale Empfindung für leichte Berührung/Spitz Stumpf Diskrimination und motorische Untersuchung) und elektrophysiologisch (Kontakt Hitze evozierte Potentiale für den spinothalamischen Trakt; dermatombezogene somatosensibel evozierte Potentiale) untersucht. Die Rückenmarksbewegung wurde mittels Phasen Kontrast MRT gemessen und das Ausmaß der statischen Kompression im axialen T2-gewichteten MRT bestimmt. Es wurde mittels Grenzwertoptimierungskurven ("ROC"-Kurven) untersucht, in wieweit Rückenmarksbewegungen im Vergleich zum Ausmaß der statischen Kompression des Rückenmarks in der Lage sind, Patienten mit pathologischen klinischen und elektrophysiologische Untersuchungen zu identifizieren. Ergebnisse Bei 96 Patienten (Frauen: 35.4 %; Alter: 55.7 ± 13.3 Jahre) lag der mJOA Wert bei 15.8 ± 2.0 Punkten. Erhöhte Rückenmarksbewegungen konnten Patienten mit pathologischen Befunden besser identifizieren als das Ausmaß der Spinalkanalstenose. Die zeigte sich in den sensiblen Untersuchungen (z.B. Segment C4/5: Rückenmarksbewegung: leichte Berührung - AUC 0.668, Spitz-Stumpf – AUC 0.685; Ausmaß Stenose: leichte Berührung - AUC 0.518, Spitz-Stumpf – AUC 0.497) und den elektrophysiologischen Untersuchungen des spinothalamischen Trakts (z.B., Segment C5/6: Kontakt Hitze evozierte Potentiale – Rückenmarksbewegung: AUC 0.778; Ausmaß Stenose: AUC 0.585). Diskussion Erhöhte Rückenmarksbewegungen waren besser als das Ausmaß der Rückenmarkskompression mit pathologischen klinischen und elektrophysiologischen Befunden assoziiert. Messungen der Rückenmarksbewegung können im Rahmen der diagnostischen Abklärung Zusatzinformationen über die dynamische mechanische Belastung des Rückenmarks zur Verfügung stellen. Sowohl für das Ausmaß der Spinalkanalstenose wie auch für die Rückenmarksbewegungen müssen Grenzwerte im Rahmen weiterer prospektiver Studien evaluiert werden, um Patienten mit dem Risiko einer Verschlechterung frühzeitig zu identifizieren.Abstract-Text englisch Background The pathophysiology of degenerative cervical myelopathy (DCM) is inadequately understood and static compression of the cord often lacks to explain a patient´s status [1-3]. Recently, increased and ongoing cardiac-related spinal cord motion emerged as a potential contributing factor [4-8], exerting dynamic mechanical stress onto the spinal cord. We aimed to investigate the impact of increased spinal cord motion on clinical findings compared to static cord compression. Methods Ninety-six DCM patients underwent a clinical assessment (mJOA score, cervical segmental light touch and pinprick perception, cervical segmental motor score) and electrophysiology (contact heat evoked potentials for spinothalamic tract; dermatomal somatosensory evoked potentials for dorsal column). Spinal cord motion was quantified with phase-contrast MRI, static compression was evaluated in axial T2 weighted MRI. The diagnostic value of increased segmental spinal cord motion (i.e., displacement) in comparison to the extent of static cord compression (i.e., adapted spinal canal occupation ratio - aSCOR) to identify pathologic clinical (i.e., sensorimotor assessments) and electrophysiological readouts was evaluated by means of receiver operating characteristic analysis. Results In 96 patients (female: 35.4 %; age: 55.7 ± 13.3 years) mJOA score was 15.8 ± 2.0 points. Increased spinal cord motion (i.e., displacement) was superior compared to measures of static compression (i.e., aSCOR) to identify patients with pathologic readouts. This was true for segmental sensory readouts (e.g., segment C4: displacement: light touch - AUC 0.668; pin prick – AUC 0.685; aSCOR: light touch - AUC 0.518; pin prick – AUC 0.497) and electrophysiologic measures of spinothalamic tract damage damage (i.e., segment C5: pathologic contact heat evoked potentials – displacement: AUC AUC 0.778; aSCOR: AUC 0.585). Discussion Increased spinal cord motion was superior associated to pathologic clinical and electrophysiological findings in DCM patients compared to measures of static compression. Therefore, spinal cord motion readouts provide complimentary information on dynamic spinal cord distress and may be of value for the diagnostic workup. As true for anatomical measures of cord compression the critical threshold values of spinal cord motion, identifying patients with mild DCM at risk for disease progression have to be validated in a prospective analysis.

Vortrag Best Of

Expertenkommentar (V 63)

Professor

Experte

Expertenkommentar

Diskussion (V 63)

Diskussion

Bewegung und Rückenschmerz – prospektive Analyse zum Zusammenhang zwischen dem lumbalen Bewegungsmuster und dem Auftreten chronischer Schmerzen

Freie Themen

Abstract-Text deutsch Einleitung: Trotz der steigenden Prävalenz chronischer Rückenschmerzen bleibt die Therapie aufgrund eines unzureichenden Verständnisses zugrundeliegender Mechanismen in der Schmerzentstehung eine Herausforderung. In den vergangenen Jahren wurden daher zunehmend Bewegungsmuster von Patient*innen untersucht, wobei die quantitative Analyse des lumbalen Bewegungsausmaßes im Alltag bisher vernachlässigt wurde. In unserer Studie haben wir erstmals die Bewegungen der Lendenwirbelsäule von asymptomatischen Proband*innen und Rückenschmerzpatient*innen im Alltag untersucht. Material/Methode: Der Studieneinschluss asymptomatischer Proband*innen sowie von Patient*innen mit seit mindestens zwölf Wochen bestehenden lumbalen Rückenschmerzen erfolgte prospektiv. Ausschlusskriterium war ein Body-Mass-Index (BMI) von &gt;26 kg/m2. Alle Proband*innen und Patient*innen wurden mittels des Epionics SPINE Systems mit der stehenden Position als Referenz für 24 Stunden in ihrem Alltag vermessen. Lumbale Bewegungen mit einem Ausmaß von über 5° wurden unabhängig von der Ausgangsposition der Bewegung erfasst und in die Gruppen 5-10°, 10-15° und &gt;15° unterteilt. Für die statistische Analyse wurden der Student t-Test, die ANOVA mit Bonferroni post-hoc-Test sowie die Spearman-Korrelation angewendet. Ergebnisse: Insgesamt wurden 208 asymptomatische Proband*innen und 106 Rückenschmerzpatient*innen eingeschlossen, wobei sich die Gruppen in Geschlechterverteilung und BMI nicht unterschieden, die Gruppe der Patient*innen jedoch signifikant älter war (50,9±13,6 vs. 40,3±14,0 Jahre, p&lt;0,001). Patient*innen zeigten sowohl für kleine, mittlere als auch große Bewegungen eine signifikant geringere Anzahl sagittaler Bewegungen (Gesamtzahl 15.564±8.078 vs. 20.521±7.160, p&lt;0,001; Abb. 1), während sich die Gruppen hinsichtlich der axialen Rotation nur in kleinen Bewegungen signifikant unterschieden (Gesamtzahl 7.317±5.881 vs. 11.106±5.134, p&lt;0,001; Abb. 2). In der Gruppe der Proband*innen zeigte sich eine schwache jedoch signifikante Korrelation zwischen dem Alter und der Anzahl sagittaler (r=-0,179, p=0,010) sowie axialer (r=-0,172, p=0,013) Bewegungen, während diese Korrelation bei Patient*innen nur für sagittale Bewegungen bestand (r=-0,290, p=0,003). Diskussion: Unsere Ergebnisse zeigen neben der signifikant reduzierten Anzahl an Bewegungen zwischen asymptomatischen Proband*innen und Rückenschmerzpatient*innen, dass signifikante Unterschiede zwischen Männern und Frauen insbesondere hinsichtlich großer sagittaler Bewegungen bestehen. Weiterhin fanden wir eine reduzierte Bewegung mit zunehmendem Alter, wobei diese Korrelation schwach war. Zwar bleibt unklar, ob die gezeigten Veränderungen Ursache oder Effekt von Rückenschmerzen sind, jedoch wird deutlich, dass die Assoziation zwischen veränderten Bewegungsmustern und chronischen Rückenschmerzen vor allem hinsichtlich einer Optimierung konservativer Therapieansätze eine wichtige Rolle spielen kann und daher weiter untersucht werden muss.Abstract-Text englisch Introduction: Despite the rising prevalence of chronic low back pain (LBP), due to a lack of understanding of the underlying mechanisms of pain development, therapeutic management of LBP remains challenging. While in the past, adaptations of spinal motion in the presence of LBP have been increasingly studied, little is known about the quantitative analysis of lumbar movements. Thus, in our study, we&nbsp;for the first time investigated movements of the lumbar spine of both asymptomatic participants and LBP patients in their daily lives. Material/Methods: We prospectively included both asymptomatic participants and&nbsp;patients who had been suffering from LBP for at least twelve weeks. A body-mass-index (BMI) of &gt;26 kg/m2 was an exclusion criterion. All asymptomatic participants as well as LBP patients were measured for 24 hours during their daily lives using the Epionics SPINE System with the standing position as a reference. Lumbar movements of over 5° were recorded independently from the movement's starting position and were grouped into movements of 5-10°, 10-15°, and &gt;15°. For statistical analysis, the Student's t-test, analysis of variance (ANOVA) with Bonferroni post-hoc test, and the Spearman correlation coefficient were used. Results: A total of 208 asymptomatic participants and 106 LBP patients were included. While the groups did not differ significantly in the distribution of sexes or in their BMIs, the group of LBP patients was significantly older (50.9±13.6 vs. 40.3±14.0 years, p&lt;0.001). We found significantly fewer small, medium, and large movements in the sagittal plane (total movement count 15,564±8,078 vs. 20,521±7,160, p&lt;0.001; Fig. 1) in the group of LBP patients. In the axial plane, LBP patients were shown to perform significantly fewer small movements (total movement count 7,317±5,881 vs. 11,106±5,134, p&lt;0.001; Fig. 2). There was a weak but significant correlation between age and the number of sagittal (r=-0.179, p=0.010) as well as axial (r=-0.172, p=0.013) movements shown for the group of asymptomatic participants, while in LBP patients this correlation was only found for sagittal movements (r=-0.290, p=0.003). Discussion: Our results show that in addition to a significantly reduced total amount of lumbar movements in LBP patients compared to asymptomatic participants, there are significant differences between men and women especially regarding large sagittal movements. We also found a reduction in lumbar movement with increasing age, the correlation of which, however, was only weak. While it remains unclear whether the shown changes in spinal motion are cause or effect of pain development, the association between movement adaptations and chronic LBP needs to be considered in the optimization of motion-based conservative treatment strategies and therefore needs to be further investigated.

Expertenkommentar (V 64)

Diskussion (V 64)

Spinale Osteosarkopenie – Assoziation zwischen dem intramuskulären Fett der paraspinalen Muskulatur und pathologischen Modifikationen der Kollagenstruktur in humanen Knochenbiopsien

Frailty

Abstract-Text deutsch Einleitung:Beeinträchtigte Knochenintegrität und Muskelfunktion werden als Osteosarkopenie bezeichnet. Die Knochenintegrität setzt sich aus der Quantität (Knochenmineraldichte) und der Qualität (Mikroarchitektur und Kollagenmatrix) zusammen. Die Akkumulation von advanced glycation endproducts (AGEs) durch nicht-enzymatische Kollagenvernetzung versteift die Kollagenfasern und erhöht die Knochenbrüchigkeit. Bislang wurde der Zusammenhang zwischen der lumbalen Muskelqualität und den Kollageneigenschaften des Knochen noch nicht untersucht. Wir stellten die Hypothese auf, dass eine Akkumulation von AGEs, als Marker für verminderte Knochenqualität, mit einer verminderten Muskelqualität (erhöhtes intramuskuläres Fett), assoziiert ist. Methoden:Prospektiv erhobene Daten von Patienten die sich einer posterioren lumbalen Wirbelsäulenfusion unterzogen haben, wurden analysiert. Die präoperativen MRT-Messungen auf der Ebene L4 umfassten den M. psoas und den kombinierten M. multifidus und Erector spinae (posteriore paraspinale Muskulatur,PPM). Es wurde eine Muskelsegmentierung auf axialen T2-gewichteten Bildern (cross-sectional-area,CSA) mit ITK-SNAP und Anwendung einer automatisierten Pixelintensitätsschwellenmethode (Matlab Version R2019a) zur Unterscheidung von Muskel (functional-cross-sectional-area,fCSA) und intramuskulärem Fett (FAT) durchgeführt. Intraoperative Knochenbiopsien aus der hinteren oberen Darmbeinwirbelsäule wurden entnommen und mit Multiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie auf die fluoresecent AGE crosslink density (fAGEs) untersucht. An der Lendenwirbelsäule wurden quantitative Computertomographie-Messungen durchgeführt. Korrelationen zwischen fAGEs (trabekulär und kortikal) und Parametern der paraspinalen Muskelmorphologie (CSA,FAT,fCSA) wurden mit Spearman's ρ analysiert. Multivariable lineare Regressionsmodelle mit Anpassungen für Alter, Geschlecht, BMI, Ethnie und Diabetes Mellitus wurden verwendet, um Zusammenhänge zwischen fAGEs und paraspinaler Muskulatur zu untersuchen. Ergebnisse:107 prospektiv eingeschlossene Patienten (50,5% weiblich, 60,7 Jahre, BMI 28,9kg/m2) wurden analysiert. 41,1 % und 15,0 % der Patienten wiesen eine Osteopenie bzw. Osteoporose in der Lendenwirbelsäule auf. Die univariate Analyse zeigte einen signifikanten Zusammenhang zwischen kortikalen fAGEs und CSA im m. psoas (ρ=0,220,p=0,039), jedoch nicht in der PPM. In der multivariablen Analyse waren höhere kortikale fAGEs mit erhöhtem FAT (β=1,556;p=0,002) und CSA (β=1,305;p=0,005) im PPM nach Adjustierung für Kofaktoren assoziiert. Schlussfolgerung:Die Studie zeigte, dass eine Akkumulation der Kollagen-Vernetzungsprodukte fAGEs im kortikalen Knochen mit erhöhtem intramuskulärem Fett in der lumbalen paraspinalen Muskulatur assoziiert ist. Dies könnte auf entscheidende Wechselwirkungen hinweisen, die über die Knochendichte hinaus zum Verständnis der Osteosarkopenie der Wirbelsäule beitragen.Abstract-Text englisch Background:Impaired bone integrity and muscle function are described as osteosarcopenia. Bone integrity is composed of bone quantity (bone mineral density) and quality (microarchitecture and collagen). The accumulation of advanced glycation end products (AGEs) by non-enzymatic collagen cross-linking stiffens collagen fibers and increases bone fragility. The relationship between lumbar muscle quality and bone collagen properties has not yet been assessed. We hypothesized that an accumulation of AGEs, a marker of impaired bone quality, is associated with impaired muscle quality (increased intramuscluar fat). Methods:A cross-sectional analysis using prospectively collected data of patients undergoing posterior lumbar spinal fusion for degenerative conditions was conducted. Preoperative MRI measurements at level L4 included m. psoas and combined m. multifidus and erector spinae (posterior paraspinal musculature, PPM). Manual muscle segmentation on axial T2-weighted images (cross-sectional-area,CSA) using ITK-SNAP and subsequent calculation of an automated pixel intensity treshold method (Matlab version R2019a) to differentiate muscle (functional-cross-sectional-area,fCSA) and intramuscular fat (FAT). Intraoperative bone biopsies from the posterior superior iliac spine were obtained and evaluated with multiphoton fluorescence microscopy for fluoresecent AGE crosslink density (fAGEs). Quantitative computed tomography (QCT) measurements were performed at the lumbar spine. Correlations between fAGEs (trabecular and cortical) and paraspinal muscle morphology parameters (CSA,FAT,fCSA) were assessed with Spearman&quot;s ρ. Multivariable linear regression models with adjustments for age, sex, BMI, race and diabetes mellitus were used to investigate associations between fAGEs and paraspinal musculature. Results:107 prospectively enrolled patients (50.5% female, age 60.7years, BMI 28.9kg/m2) were analyzed. 41.1% and 15.0% of the patients demonstrated osteopenia and osteoporosis in the lumbar spine respectively. Univariate analysis demonstrated a significant association between cortical fAGEs and CSA in the m. psoas (ρ=0.220,p=0.039), but not in the PPM. Trabecular fAGEs revealed no significant associations to PPM or psoas musculature.In the multivariable analysis higher cortical fAGEs were associated with increased FAT (β=1.556;p=0.002) and CSA (β=1.305;p=0.005) in the PPM after adjusting for covariates. Conclusion:This study demonstrated that an accumulation of the non-enyzmatic collagen cross-linking products fAGEs in cortical bone is associated with increased intramuscular fat in the lumbar paraspinal musculature. Our findings elucidate the relationship between bone collagen modifications and paraspinal mucle composition. This might reflect crucial interactions contributing to osteosarcopenia in the spine beyond bone mineral density.

Expertenkommentar (V 65)

Diskussion (V 65)

Der Einfluss der Therapieerwartung auf Schmerz und Beeinträchtigung in der Interdisziplinären Multimodalen Schmerztherapie

Abstract-Text deutsch Einleitung: Chronische Rückenschmerzen (engl. chronic low back pain, CLBP) sind Beschwerden, die weltweit sowohl für Patient*innen als auch in sozioökonomischer Hinsicht schwerwiegende Folgen haben. In der Behandlung von CLBP ist die Interdisziplinäre Multimodale Schmerztherapie (IMST) hinsichtlich Schmerzreduktion und verringerter Beeinträchtigung nachweislich effektiver als die Standardversorgung. Es ist bekannt, dass Schmerzen durch kognitive Effekte modulierbar sind, insbesondere die Therapieerwartungen (TE) im Kontext der IMST sind jedoch noch wenig untersucht. Im Rahmen einer prospektiven Studie an Patient*innen mit CLBP wurde der Zusammenhang zwischen TE, Schmerz und schmerzbezogener Beeinträchtigung untersucht. Methoden: Bei 227 Patient*innen mit CLBP (67.6 % w, 59.96 + 13.16 Jahre) in stationärer IMST wurde vor Therapiebeginn mittels des Treatment Expectation Questionnaire die TE erfasst. Als Therapieoutcomes wurden die Schmerzintensität zu Beginn (T1), zum Ende (T2) und drei Monate nach der IMST (T3) sowie die schmerzbezogene Beeinträchtigung zu T1 und T3 erfasst. Zur Untersuchung des Einflusses der IMST auf die Outcomes wurden für die Schmerzintensität eine Varianzanalyse mit Messwiederholung (rmANOVA) mit dem Faktor Zeit (T1 vs. T2 vs. T3) und für die Beeinträchtigung ein t-Test für abhängige Stichproben (T1 vs. T3) gerechnet. Mittels separater multipler Regressionsanalysen wurde der prädiktive Wert der TE für Veränderungen in den Outcomes durch die Therapie ermittelt. Hierzu wurden jeweils Differenzwerte zwischen T1 und T2 gebildet. Ergebnisse: Bezüglich der Schmerzintensität ergab die rmANOVA einen signifikanten Haupteffekt für den Faktor Zeit (F (1.88, 243.71) = 64.65, p &lt; .001, partielles η² = .33). Post-hoc-Tests zeigten eine signifikant niedrigere Schmerzintensität zu T2 (p &lt; .001, MDiff = 11.65, 95%-CI [8.97, 14.33]) und zu T3 (p &lt; .001, MDiff = 12.29, 95%-CI [8.98, 15.59]) verglichen mit T1. Hinsichtlich der schmerzbedingten Beeinträchtigung zeigte sich eine signifikante Reduktion zwischen T1 und T3 (t(106) = 6.46, p &lt; .001, d = .63). Nach Anpassung für Alter und Geschlecht erwies sich die TE als signifikanter Prädiktor für die Reduktion von Schmerzintensität (R² = .08, β = -1.86, p &lt; .05) und Beeinträchtigung (R² = .09, β = -5.42, p &lt; .01). Demnach verringerte sich die Schmerzintensität von T1 zu T2 umso stärker, je positiver die TE und je älter die Person waren. Die Beeinträchtigung reduzierte sich ebenfalls umso stärker, je positiver die TE war. Diskussion: Unsere Daten deuten auf die Relevanz von positiven TE hinsichtlich der Schmerzoutcomes der IMST hin. Dies passt zu Befunden aus der Placeboforschung und bedeutet für die Klinik, dass eine Optimierung der TE im psychosozialen Kontext bestehende Therapiekonzepte verbessern kann. Zukünftige Forschung muss zeigen, ob sich negative TE auswirken (Nocebo-Effekte) und ob Compliance und Adhärenz eine Rolle spielen. Keywords: Therapieerwartung, RückenschmerzAbstract-Text englisch The influence of therapy expectation on pain and disability in interdisciplinary multimodal pain therapy Levenig CG, Hasenbring MI, Elsenbruch S, Günnewig LM, Titze C, Schulte TL Background: Chronic low back pain (CLBP) causes both a high individual and socioeconomic burden worldwide. In the treatment of CLBP, the interdisciplinary multimodal pain therapy (IMPT) is more effective than usual care regarding the reduction of pain intensity and pain-related disability. The importance of individual attitudes and expectations towards the therapy and its outcomes is evidentially high. However, there is a lack of studies examining therapy expectations (TE). In the course of this prospective study, we examined the relation between TE, pain intensity and disability in patients suffering from CLBP. Methods: 227 patients (67.6% female, 59.96 + 13.16 years) with CLBP filled in the Therapy Expectation Questionnaire at the beginning (T1) of their inpatient IMPT therapy. Pain intensity was measured at T1, at the end of therapy (T2) and after 3 months (T3), disability was measured at T1 and T3. To investigate the influence of IMPT on pain outcomes, we conducted an analysis of variance with repeated measures (rmANOVA) with the factor time (T1 vs. T2 vs. T3) for pain intensity and a t-test for dependent samples (T1 vs. T3) for disability. The predictive value of TE for changes within pain outcomes was investigated by separate multiple regression analyses. Results: The rmANOVA showed a significant main effect of time (F (1.88, 243.71) = 64.65, p &lt; .001, partial η² = .33). Post-hoc tests revealed significantly lower pain intensities at T2 (p &lt; .001, MDiff = 11.65, 95%-CI [8.97, 14.33]) and T3 (p &lt; .001, MDiff = 12.29, 95%-CI [8.98, 15.59]) compared with T1. In concerns of pain-related disability, a significant reduction between T1 and T3 was shown (t(106) = 6.46, p &lt; .001, d = .63). After adjustment for age and sex, TE emerged as a significant predictor for reductions in both pain intensity (R² = .08, β = -1.86, p &lt; .05) and disability (R² = .09, β = -5.42, p &lt; .01). Thus, more positive TE and a higher age of the patient predicted decreased pain intensity. More positive TE also predicted decreased disability. Discussion: Our results suggest the relevance of positive TE concerning pain outcomes of IMPT. This confirms results of research involving placebos und is significant for clinical contexts with regard to that optimizing the TE in psychosocial contexts established therapy concepts could be improved. Future research has to investigate, if negative TE have an effect (Nocebo) and if compliance and adherence play a role. Keywords: therapy expectation, low back pain

Expertenkommentar (V 66)

Diskussion (V 66)

PD Dr

Genetisches und epigenetisches Profiling identifiziert zwei unterschiedliche Klassen von spinalen Meningeomen

Spinale Onkologie

Abstract-Text deutsch HINTERGRUND Spinale Meningeome machen 1,2-12 % aller Meningeome und 25-45 % aller Wirbelsäulentumore aus. Etwa 20 % der intrakraniellen Meningeome und 4,6 % der spinalen Meningeome treten erneut auf und erfordern eine zusätzliche Behandlung. Die Klassifizierung der intrakraniellen Meningeome hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt und verwendet sowohl genetische als auch epigenetische Parameter, um die Prognose der Patienten genauer vorherzusagen und die Grundlage für Therapieschemata zu schaffen, die an die Aggressivität des Tumors eines Patienten angepasst sind. Spinale Meningeome fehlen in vielen der großen Kohorten, die für das molekulare Profiling von Meningeomen gesammelt wurden, und wurden auch nie gründlich separat analysiert, so dass ihre Klassifizierung immer noch ausschließlich auf histopathologischen Befunden beruht. METHODE Wir haben Methylierungsprofile von 50 spinalen Meningeomen sowie Targeted-Panel Next Generation Sequencing (NGS) durchgeführt. 570 intrakranielle Meningeome wurden als Referenzkohorte verwendet. Aus den Methylierungsdaten wurden Kopienzahlvariationen (CNV) abgeleitet. Es wurden eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) und eine t-SNE-Analyse durchgeführt. Klinische und histopathologische Parameter (Lage, Größe, Rezidiv, WHO°, pathologischer Subtyp) wurden mit Methylierungssignaturen korreliert, die zusätzlich mit dem DKFZ-Hirntumorklassifikator klassifiziert wurden.&nbsp; ERGEBNISSE Die PCA- und t-SNE-Analyse zeigte, dass sich die meisten spinalen Meningeome von den kranialen Meningeomen abgrenzten (46/50) und zwei verschiedene Cluster bildeten. Die meisten Fälle in Cluster 1 (n=15) stimmten signifikant mit der Methylierungsklasse "benign-2" überein, während die Fälle in Cluster 2 (n=31) heterogener waren und nur 13/50 Proben überhaupt eine signifikante Übereinstimmung aufwiesen (MSC-Score &gt;0,9). Die spinalen Meningeome in Cluster 1 waren in der oberen Wirbelsäule lokalisiert, traten signifikant häufiger bei männlichen Patienten auf (p&lt;0,001), waren meist meningotheliomatös und wiesen in 6/10 Fällen eine AKT1-E17K-Mutation auf. NF2-Mutationen wurden in 16/21 spinalen Meningeomen des zweiten Clusters gefunden. Im Einklang mit dieser Beobachtung wurde in 28/31 Fällen des Clusters 2 ein Verlust von Chromosom 22q festgestellt, aber nur in 2/15 Fällen des Clusters 1 (p&lt;0,0001). SCHLUSSFOLGERUNG Unsere Daten legen nahe, dass genetische und genomweite DNA-Methylierungsprofile zwei unterschiedliche Meningeom-Unterklassen identifizieren, die durch die Standardhistopathologie möglicherweise nicht erreicht werden und zu einer besseren Prognose von Patienten mit spinalen Meningeomen führen könnten.Abstract-Text englisch BACKGROUND Spinal meningiomas account for 1.2-12% of all meningiomas and 25-45% of all spinal tumours. About 20% of intracranial meningiomas and 4.6% of spinal meningiomas recur and require additional treatment. The classification of intracranial meningiomas has evolved considerably in recent years and uses genetic as well as epigenetic parameters in order to more precisely predict the patients&quot; prognosis and to lay the ground for therapeutic regimens that are adapted to the aggressiveness of a patient&quot;s tumor. Spinal meningiomas are missing in many of the large cohorts that were gathered for molecular profiling of meningiomas and were neither ever thoroughly analyzed separately, so that their classification still relies solely on histopathological findings. METHODS We performed methylation profiles of 50 spinal meningiomas as well as targetd gene panel next generation sequencing (NGS). 570 intracranial meningiomas were used as a reference cohort. Copy number variations (CNV) were inferred from the methylation data. Principal component (PCA) and t-SNE analysis were conducted. Clinical and histopathological parameters (location, size, recurrence, WHO°, pathological subtype) were correlated with methylation signatures, that were additionally classified using the DKFZ brain tumour classifier.&nbsp; RESULTS PCA and t-SNE analysis revealed shows that most spinal meningiomas separated from cranial meningiomas (46/50) and build 2 distinct cluster. Most of the cases in cluster 1 (n=15) significantly matched to the methylation class &quot;benign-2&quot;, while cases in cluster 2 (n=31) were more heterogeneous with only 13/50 samples having a significant match at all (MSC score &gt;0.9). Spinal meningiomas in cluster 1 were located in the upper spine, were significantly more common in male patients (p&lt;0.001), were mostly meningotheliomatous, and had an AKT1 E17K mutation in 6/10 cases. NF2 mutations were found in 16/21 spinal meningiomas of the second cluster. In line with this observation, a loss of chromosome 22q was observed in 28/31 cluster 2 cases, but only in 2/15 cluster 1 cases (p&lt;0.0001) CONCLUSION Our data suggest that genetic and genome-wide DNA methylation profiles identifies two distinct meningioma subclasses, that may not be achieved by standard histopathology and could lead to a better prognosis of spinal meningioma patients.

Expertenkommentar (V 67)

Diskussion (V 67)

Ansätze für die automatisierte Planung lumbaler Pedikelschrauben in Navigation und Robotik – Vergleich eines kommerziellen Atlas-basierten mit einem selbstentwickelten Deep Learning-basierten Verfahrens

Navigation/Robotik

Abstract-Text deutsch Einleitung:&nbsp;Fortschritte bei navigierten oder robotischen Verfahren in der Wirbelsäulenchirurgie erfordern eine dezidierte Schraubenplanung vor Implantation. Wir haben kürzlich einen auf Deep Learning (DL) basierenden Ansatz zur automatisierten Planung von Pedikelschrauben beschrieben, der die Genauigkeit der manuellen Schraubenplanung durch Experten in einem Bruchteil des Zeitaufwands erreichte.&nbsp; Ziel dieser Studie war es, die Genauigkeit des eigenentwickelten DL-Ansatzes mit einem kommerziellen Atlas-basierten (AB) System zu vergleichen. Methoden:&nbsp;Aus einem institutionellen Register wurden 50 CT-navigierte Instrumentationen mit 266 Schrauben (L1-L5) randomisiert ausgewählt. Mithilfe der Brainlab® iPlan Spine App wurden Referenzschrauben (Ground Truth, GT) manuell von zwei unabhängigen Experten geplant. Zusätzlich wurden Schrauben mittels DL und dem&nbsp; Atlas-basierten automatischen Planungstool Brainlab® iPlan Spine geplant. Mit Python wurden beide automatischen Planungsergebnisse anhand der folgenden Metriken mit der GT im 3D-Raum verglichen: minimale absolute Abstände (MAD) von Kopf- und Spitzenpunkten (in mm) und Winkelabweichung (in Grad) (Abbildung 1). Die Ergebnisse wurden mit der Interrater-Variabilität der manuellen Schraubenplanung und den qualitativen Bewertung durch die Gertzbein-Robbins (GR)-Klassifikation verglichen. Ergebnisse:&nbsp;Die automatische Planung war bei allen 266 Schrauben des DL-Ansatzes und bei 214/266 (81%) des AB-Ansatzes erfolgreich. Im Vergleich zur GT betrugen die MADs der DL-Planung für Winkelabweichung, Kopf- und Spitzenpunkte 5,1±2,9°, 4,5±2,9mm bzw. 3,6±2,5mm. Für die AB-Planung betrugen die MADs 7,2±5,9°, 8,9±4,7mm bzw. 9,8±9,9mm. Die Interrater-Varianz für die manuelle Schraubenplanung betrug 5,2±3,2°, 4,4±1,6 mm bzw. 3,7±1,7 mm. Unterschiede zwischen GT und DL-Planung waren statistisch vergleichbar mit der Interrater-Varianz der manuellen Schraubenplanung (p=0,62). Die AB-Planung zeigte signifikant größere Unterschiede zur GT (p&lt;0,001) bzw. Interrater-Variabilität (p&lt;0,001). Qualitativ waren alle DL-Schrauben klinisch akzeptabel (GR-Grad A 255, 96%; B 11,4%), während AB-Ergebnisse heterogen waren (GR-Grad A 159, 60%; B 24, 9%; C 10, 4% D 16, 6% E 5, 2%, kein Ergebnis 52, 19%). DL produzierte signifikant mehr klinisch akzeptable Schrauben im Vergleich zu AB (p&lt;0,0001 vs. Nicht-GR-Grad A+B-Schrauben). Diskussion:&nbsp;Die DL-basierte Schraubenplanung zeigte im Vergleich zur GT eine überzeugende Genauigkeit in der quantitativen und qualitativen Bewertung. Die DL-Ergebnisse waren statistisch in-different zur Interrater-Varianz der manuellen Schraubenplanung. Im Gegensatz war die AB-Planung in den meisten Fällen durchführbar, würde aber eine Nachbearbeitung vor der Schraubenimplantation erfordern. DL-basierte Anwendungen scheinen angesichts der häufigen anatomischen Variationen der Wirbelsäule, gegenüber AB-Systemen ein vielversprechender Ansatz für die automatisierte Schraubenplanung zu sein. &nbsp; Abstract-Text englisch Introduction:&nbsp;Advancements of navigated or robotic procedures in spinal surgery require dedicated screw planning prior to implantation. We recently described a deep learning-based (DL) approach to automated planning of pedicle screws, which matched accuracy of manual screw planning by expert spine surgeons in a fraction of time expense. The aim of this study was to compare accuracy of a self-derived DL approach to a commercially available atlas-based (AB) system for pedicle screw planning. Methods.&nbsp;From a consecutive registry of CT-navigated instrumentations, 50 cases covering 266 screws placed in L1-L5 were randomly selected. Using the Brainlab® iPlan Spine App, reference screws were manually planned by two independent raters defining the ground truth (GT) for screw positions and dimensions. Additionally, screws were planned using a self-derived DL approach and the atlas-based Brainlab® iPlan Spine automatic planning tool. Using Python, both automatic planning results were compared to the GT in 3D space by the following metrics: minimal absolute distances (MAD) of respective head and tip points (in mm) and angular deviation (in degree) (Figure 1). Results were evaluated in comparison to interrater variability of manual screw planning and qualitative evaluation by the Gertzbein-Robbins (GR) Classification Results:&nbsp;Automatic planning was successful in all 266 screws with the DL approach and in 210/266 (79%) with the AB approach. Compared to the GT, MADs in DL planning for angular deviation, head and tip points were 5.1±2.9°, 4.5±2.9mm and 3.6±2.5mm, respectively. For AB planning, corresponding MADs were 7.2±5.9°, 8.9±4.7mm and 9.8±9.9mm, respectively. Interrater variance for manual screw planning was 5.2±3.2°, 4.4±1.6mm and 3.7±1.7mm, respectively. Differences to GT for DL planning were statistically comparable to interrater variance of manual screw planning (p=0.62). AB planning exhibited significantly greater differences to either DL (p&lt;0.001) and interrater variability (p&lt;0.001), respectively. Qualitatively, all DL screws were clinically acceptable (GR-grade A 255, 96%; B 11, 4%) while AB results were heterogenous (GR-grade A 159, 60%; B 24, 9%; C 10, 4% D 16, 6% E 5, 2%; no result 52, 19%). DL produced significantly more clinically acceptable screws compared to AB (p Conclusion:&nbsp;DL based screw planning exhibited convincing accuracy compared to the GT in quantitative and qualitative evaluation in all targeted screws. DL results were statistically in-different to the observed interrater variance of manual screw planning. In contrast, AB screw planning was feasible in a majority of targeted cases but showed inferior results requiring further post-processing prior to screw implantation. DL based applications appear as a promising approach to automated screw planning given the frequent anatomic variations of the spine severely limiting the accuracy of AB systems. &nbsp;

Expertenkommentar (V 68)

Diskussion (V 68)

Funktionelle Erholung und die posttraumatische Restitution der Blut-Rückenmarks-Schranke nach experimenteller&nbsp;traumatischer Rückenmarksschädigung in der Maus

Rückenmarkstrauma

Abstract-Text deutsch Einleitung: Rückenmarkstrauma ist einer der führenden Ursachen für bleibende Behinderung und ein großes Problem für Gesundheitssysteme weltweit. Eine der Hauptfaktoren in der Pathophysiologie ist die traumatische Öffnung der Blut-Rückenmarksschranke (BSCB). Deren Erholung spielt eine entscheidende Rolle in der strukturellen Regeneration des Rückenmarks. Diese Pathophysiologie und deren Zeitrahmen besser zu verstehen ist essenziell, um die Suche nach restaurativen Therapien voranzubringen. In der vorliegenden Arbeit charakterisieren wir die posttraumatische Öffnung und Restitution der BSCB in Bezug auf die neurologische Erholung bis zur chronischen Phase nach Rückenmarkstrauma in der Maus. &nbsp; Material/Methoden: In erwachsenen C57BL/6J Mäusen (m/w, n=55) wurde mittels modifiziertem Aneurysma-Clip (5g, 60s) ein thorakales (Th6/7) Clip-Kompressions-Rückenmarkstrauma induziert. Sham-Tiere erhielten eine 2-Höhen-Laminektomie. Perioperativ erfolgten antibiotische Prophylaxe mit Amoxicillin sowie Schmerztherapie mit Buprenorphin. Neurologische Untersuchungen erfolgten longitudinal (n=23, Catwalk® Ganganalyse, Basso Mouse Scale, Tally-Subscore) an den Zeitpunkten 1, 3, 7, 14, und 28d nach Trauma. &nbsp;&nbsp;Zusätzlich erfolgten longitudinale in vivo 7T MRT zur Analyse der Trauma-Morphologie. Pro Zeitpunkt erfolgten immunhistochemische Untersuchungen (Luxol-Fast-Blue+H&amp;E, CD31+Evans-Blue, n=5). Die Integrität der BSCB wurde mittels Evans-Blue-Fluoreszenz-Assay (Tecan) quantifiziert (n=50).&nbsp;Alle&nbsp;Tierexperimente wurden behördlich genehmigt (G031417). &nbsp; Ergebnisse: Die BSCB zeigte sich bis 7d posttraumatisch am gravierendsten eröffnet. Die histologischen und MRT-Analysen bis zu diesem Zeitpunkt zeigten deutliche strukturelle Schäden und ausgedehntes Ödem, mit zunehmender Restitution in der chronischen Phase (14, 28d). Die Quantifikation der Evans-Blue Extravasation ergab eine signifikant eröffnete BSCB bis zu 14d posttraumatisch (14d: p=0.001), mit Restitution erst im Verlauf nach 28d (p=0.096). Neurologische Erholung begann nach 7 und 14d, mit teilweise erholter Hinterpfoten-Aktivität in den meisten Tieren nach 28d (p=0.552). &nbsp; Diskussion: Die neurologische Erholung nach Rückenmarkstrauma ist assoziiert mit der Erholung der BSCB, welche bis zu 14d posttraumatisch signifikant eröffnet bleibt. Hiermit beschreiben wir ein potenzielles Zeitfenster für Therapieapplikation. Weitere mechanistische Untersuchungen zur Regeneration der BSCB auch zur möglichen Identifikation molekularer Ziele sind essenziell, um restaurative Therapien zu entwickeln, welche auf die neurovaskuläre Einheit abzielen.Abstract-Text englisch Objective:&nbsp;Spinal Cord Injury&nbsp;(SCI)&nbsp;is a devastating condition&nbsp;that presents a major socioeconomic burden for healthcare systems. The posttraumatic disruption of the Blood-Spinal-Cord-Barrier (BSCB) is a leading pathophysiology in SCI&nbsp;and its restitution&nbsp;plays a crucial role in&nbsp;structural spinal cord regeneration. A deeper understanding of the pathophysiology and its timeframe will enhance the search for restorative therapies facilitating functional regeneration. With this study we characterize the posttraumatic BSCB disruption and restitution in relation to functional recovery in a mouse model up to 28 days post SCI. &nbsp;&nbsp; Methods:&nbsp;Adult C57BL/6J&nbsp;mice&nbsp;(m/f,&nbsp;n=55) underwent mid-thoracic (Th6/7) clip-compression SCI using a modified aneurysm clip (5g, 60s)&nbsp;or sham injury (two-level-laminectomy).&nbsp;Perioperative antibiotic therapy with amoxicillin and postoperative pain medication with buprenorphine was applied. Longitudinal neurobehavioral&nbsp;analysis was performed (n=23) using Catwalk® automated gait analysis and Basso Mouse Scale with Tally sub-score&nbsp;at&nbsp;days 1, 3, 7, 14 and 28 post SCI. Additionally, in vivo imaging with 7T MRI&nbsp;was&nbsp;performed for tissue morphology analysis. Individual specimens&nbsp;were sacrificed&nbsp;at&nbsp;each time point&nbsp;for qualitative histological analysis (Luxol-Fast-Blue + H&amp;E, CD31+Evans-Blue, n=5). BSCB disruption was&nbsp;quantified&nbsp;by measuring Evans-Blue(EVB)–extravasation&nbsp;via fluorescence microplate reader (Tecan, n=50).&nbsp;Animal experimental permission was granted (G031417).&nbsp; &nbsp; Results:&nbsp;As the posttraumatic disruption of the BSCB is most&nbsp;severe&nbsp;up to day 7&nbsp;post&nbsp;SCI, histological analysis up to this point showed&nbsp;vast structural damage and edema to the spinal cord with considerable EVB-leakage, supported by MRI findings, with an increasing restitution in the chronic phase (14d, 28d).&nbsp;Quantitative&nbsp;assessment of EVB-extravasation displayed a significant disruption of the BSCB up to 14 days post SCI (14d: p=0.001), with restitution after 28 days (p=0.096). Neurological recovery&nbsp;started between days 7 and 14 post SCI, with most specimens having regained hindlimb&nbsp;function by day 28 (p=0.552). &nbsp; Conclusions:&nbsp;Functional recovery following SCI is&nbsp;associated&nbsp;with the&nbsp;restitution&nbsp;of the BSCB, which remains significantly disrupted up to 14d post SCI, revealing a potential time frame for therapy application. Further detailed examinations of&nbsp;the regenerative capacities and the molecular players involved in BSCB regeneration are necessary for the development of restorative therapies targeting the neurovascular unit.&nbsp;

Expertenkommentar (V 69)

Diskussion (V 69)

Extrazelluläre Vesikel versus gesamtes MSC-Sekretom: Gibt es unterschiedliche Auswirkungen auf pro-inflammatorische Anulus-Fibrosus-Zellkulturen?

Abstract-Text deutsch Einleitung: Extrazelluläre Vesikel (EV) mesenchymaler Stammzellen (MSC) haben das Potenzial die Zell-Apoptose und Entzündung in Bandscheiben(IVD)-Degenerationsmodellen zu reduzieren, sowie die extrazelluläre Matrixsynthese und Proliferation der IVD-Zellen zu fördern1. Es konnte gezeigt werden, dass Interleukin(IL)-1β-Priming von MSC die pro-anabole Wirkung des Sekretoms auf die IVD verbessert2. Die vorliegende Studie hatte das Ziel, die Effekte von EV versus Gesamtsekretom von MSCs mit oder ohne IL-1β-Priming auf Anulus-Fibrosus(AF)-Zellen im pro-inflammatorischen Milieu zu vergleichen. Material/Methode: (1) Humane MSC wurden mit oder ohne IL-1β (1 ng/mL) für 48h kultiviert (n=3), aus einem Teil des Gesamt-Sekretoms wurden EVs durch differentielle (Ultra)-Zentrifugation isoliert, gefolgt von einer EV Charakterisierung mittels TEM, dynamischer Lichtstreuung (Morphologie, Partikeldurchmesser Größenverteilung/Polydispersität) sowie CD63 und Calnexin-Analyse mittels Western-Blot. (2) Humane AF-Zellen wurden 48h mit IL-1β kultiviert und entweder mit dem gesamten Sekretom (Sec) oder EV von MSC ohne (Control Sec, Control EV) oder mit IL-1β-Priming (IL-1β Sec, IL-1β EV) behandelt (n=4-8). AF-Zellen ohne Stimulation dienten als Kontrolle. Anschließend wurde die Stoffwechselaktivität der Zellen, die Genexpression von BAX, IL6, IL8, Matrix-Metalloproteinase MMP1, MMP-Inhibitor TIMP1 und Kollagen Typ I (COL1A1) evaluiert. Statistik: One-way ANOVA (p&lt;0,05). Ergebnisse: Control und IL-1β EV zeigten die typische EV-Größenverteilung (Durchmesser: 105±53 nm, PdI: 0,30; Abb. 1A) und Proteinexpression (positiv für CD63/negativ für Calnexin) (Abb. 1B). Durch IL-1β-Stimulation erhöhte sich die Proliferation und metabolische Aktivität der AF-Zellen, sowie die Expression von IL6, IL8, MMP1 und TIMP1 im Vergleich zu Kontrollen, während BAX und COL2A1 herunterreguliert wurden (p&lt;0,05, Abb. 2). Alle Sec-/EV- behandelten AF-Zellen verringerten die Expression von BAX, IL6 und IL8 im Vergleich zur alleinigen IL-1β-Stimulation. Das MSC Sekretom (mit/ohne Priming) verringert die TIMP1 und COL1A1 Expression (p&lt;0,05). Die IL1β EV Behandlung der AF-Zellen erhöhte TIMP1 (p&lt;0,0001) ohne weitere COL1A1 Verringerung. Diskussion: Insgesamt zeigte das gesamte MSC-Sekretom eine stärkere entzündungshemmende Wirkung auf AF-Zellen, es verringert jedoch auch die COL1A1 Expression, wobei das Priming zu keinen Unterschieden führte. Isolierte EVs von MSCs mit Priming hatten eine stärkere Wirkung auf den AF-Matrix-Stoffwechsel als auf die Entzündungsreaktion. Ein therapeutischer Vorteil wäre, dass EVs bezüglich ihres Inhalts besser standardisierbar sind als das gesamte Sekretom. Unsere Untersuchungen zur Charakterisierung des Proteoms der EVs und des Sekretoms zur Identifizierung potenzieller Effektor-Moleküle bzw. nachgeschalteter Signalwege sind noch nicht abgeschlossen. Danksagung: Deutsche Wirbelsäulenstiftung Referenzen: 1. Piazza et al, 2020. 2. Neidlinger-Wilke et al, 2021.Abstract-Text englisch Objective: Extracellular vesicles (EV) secreted by mesenchymal stem cells (MSC) have been shown to reduce cell apoptosis and inflammation in intervertebral disc (IVD) degeneration models and to promote extracellular matrix synthesis and proliferation of IVD cells1. Additionally, priming of MSC with interleukin (IL)-1β has been shown to improve the pro-anabolic effect of the entire MSC secretome on IVD2. Therefore, we investigated the impact of EV versus entire secretome from IL-1β-primed and non-primed MSC on annulus fibrosus (AF) cells in a pro-inflammatory environment. Material/Methods: (1) Human MSC were cultured with or without 1 ng/mL IL-1β for 48h (n=3), after which EV were purified from the entire secretome by differential (ultra)-centrifugation. EV morphology, particle diameter and size distribution/polydispersity were assessed by transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering. CD63 and calnexin expression by EV was analysed by western-blot. (2) Human AF cells were cultured with IL-1β for 48h (n=8). Subgroups of IL-1β-stimulated AF cells were treated with either entire secretome (Sec) or EV from non-primed (Control Sec or Control EV) or IL-1β-primed MSC (IL-1β Sec or IL-1β EV) (n=4-8). Unstimulated AF cells were used as control. Subsequently, cell metabolic activity, gene expression of BAX, IL6, IL8, matrix metalloproteinase MMP1, MMP inhibitor TIMP1 and collagen type I (COL1A1) were evaluated. Statistics: one-way ANOVA (p&lt;0.05). Results: Both Control and IL-1β EV displayed typical size distribution (diameter of 105±53 nm, PdI of 0.30; Fig. 1A), expressed the positive EV marker CD63 and did not express calnexin, a negative EV marker (Fig.1B). IL-1β stimulation of AF cells increased cell proliferation and metabolic activity, as well as expression of IL6, IL8, MMP1 and TIMP1 versus control, while downregulating BAX and COL2A1 (p&lt;0.05, Fig. 2). All treatment groups decreased BAX, IL6 and IL8 expression by AF cells compared to IL-1β stimulation alone; but the secretome from primed and non-primed MSC also downregulated TIMP1 and COL1A1 (p&lt;0.05). AF cell treatment with IL-1β EV upregulated TIMP1 (p&lt;0.0001) and did not further decrease COL1A1. Conclusion: Overall, the results demonstrate a stronger anti-inflammatory effect of entire MSC secretome on human AF cells, but also on COL1A1 downregulation, with no priming differences. Interestingly, the EV from primed MSC (IL-1β EV) may have a stronger effect on AF matrix metabolism than on the inflammatory response. A therapeutic advantage would be that the EV are more standardisable in terms of their content than the entire secretome. Investigations of the proteomic content of the EV and secretome to identify potential effector molecules/subsequent pathways is ongoing. Acknowledgment: Deutsche Wirbelsäulenstiftung. References: 1. Piazza et al, 2020. 2. Neidlinger-Wilke et al, 2021.

Expertenkommentar (V 70)

Diskussion (V 70)

Systemische IL-4 Gabe nach traumatischer Rückenmarksverletzung begünstigt den funktionellen Outcome und wirkt immunmodulatorisch im Ratten-Modell

Abstract-Text deutsch Einführung: Eine traumatische Rückenmarksverletzung (SCI) verursacht eine lokale und systemische Entzündung, die die Neuroregeneration einschränkt und zu lebenslanger Behinderung und systemischen Komplikationen beiträgt. Die Bekämpfung systemischer Stresskaskaden nach SCI könnte deshalb ein Behandlungsansatz sein. Da Interleukin-4 (IL-4) ein entzündungshemmender Immunmodulator ist, wurden seine Auswirkungen bei systemischer Gabe auf die funktionelle Erholung sowie die lokale und systemische Entzündungsreaktion nach SCI bei Ratten untersucht. Methoden: 120 weibliche Wistar-Ratten wurde entweder einer Laminektomie mit einer thorakalen (Th10) Clip-Kompression-SCI (IL-4, Placebo) oder nur einer Laminektomie (Sham) unterzogen. Die SCI-Tiere erhielten dann 7 Tage lang zweimal täglich intraperitoneal IL-4 oder Placebo. Die neurologische Funktion wurde 3, 7, 14, 21 und 28 Tage nach der Verletzung (dpi) anhand der CatWalk XT Ganganalyse, der BBB (Basso, Beattie, Bresnahan) Openfield Rating Scale und des Gridwalk-Tests (nur bei 28 dpi) untersucht. Die Ratten wurden an 1, 3, 7, 14 und 28 dpi geopfert. Die Neuroinflammation, zelluläre Neurodegeneration und Astrogliose wurden in den explantierten Rückenmärkern mittels Immunhistochemie (IHC) untersucht. Es wurden Protein- und RNA-Level verschiedener Zytokine im Serum und in den peripheren Organen mittels Durchflusszytometrie/RT-PCR gemessen, um die systemische Entzündung zu beurteilen. Ergebnisse: Die mit IL-4 behandelten Ratten zeigten eine signifikant höhere Erholung der BBB-Werte im Vergleich zu den Placebo-Ratten nach 14 und 28 dpi. Die CatWalk XT-Ganganalyse zeigte eine signifikant besser Funktion der hinteren Gliedmaßen bei IL-4-Ratten, die ihr Maximum bei 14 dpi erreichte. Auch bot die IL-4-Gruppe nach 28 dpi im Vergleich zur Placebogruppe im Gridwalk-Test eine geringere Rate an Schrittfehlern. In den IHC-Analysen konnte bei den IL-4-behandelten Ratten im Vergleich zu den Placebo-Ratten nach 3 und 7 dpi ein signifikant höheres Verhältnis von anti-inflammatorischen M2- zu pro-inflammatorischen M1-Makrophagen festgestellt werden. Außerdem war die Astrogliose unter der IL-4-Behandlung nach 28 dpi signifikant reduziert. Die Placebo-SCI-Ratten zeigten signifikant höhere Werte an pro-inflammatorischen Serumzytokinen verglichen mit Sham-Ratten. Unter der IL-4-Behandlung konnte eine starke Verringerung pro-inflammatorischer Zytokine und ein Anstieg anti-inflammatorischer Zytokine beobachtet werden. Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse belegen einen Zusammenhang zwischen der systemischen Verabreichung von IL-4 und einer verbesserten funktionellen Erholung nach SCI bei Ratten, vermutlich durch seine lokale und systemische entzündungshemmende Wirkung. Darüber hinaus scheinen Neuroinflammation und Astrogliose durch die IL-4-Gabe wirksam reduziert zu werden. Somit könnte IL-4 ein vielversprechender Kandidat für weitere präklinische und schließlich translationale Studien zur SCI-Behandlung in Betracht gezogen werden.Abstract-Text englisch Introduction: Traumatic spinal cord injury (SCI) elicits a local and self-propagating systemic inflammation, limiting neuro-regeneration and contributing to lifelong disability and systemic complications. While experimental therapies focus on reducing the local inflammatory response, tackling systemic stress cascades following SCI could be a viable treatment approach as well. Because interleukin-4 (IL-4) is an anti-inflammatory immune-modulator, we aimed to decipher its effects after systemic application on functional recovery, local spinal cord and systemic inflammation upon SCI in rats. Methods: 120 female Wistar rats were randomized to undergo either a laminectomy with a thoracic (Th10) clip compression SCI (IL-4, Placebo) or a laminectomy only (Sham). SCI animals then received IL-4 or placebo intraperitoneally twice daily for 7 days. Neurological function was assessed 3, 7, 14, 21 and 28 days post injury (dpi) via the CatWalk XT gait analysis, the BBB (Basso, Beattie, Bresnahan) openfield rating scale and the Gridwalk test (only at 28 dpi). Rats were sacrificed at different timepoints (1, 3, 7, 14 and 28 dpi) and immunohistochemistry (IHC) was used to assess neuroinflammation, cellular neurodegeneration, and astrogliosis of explanted and cryosectioned spinal cords. In addition, protein and RNA levels of different cytokines were measured in the serum and peripheral organs via flow cytometry/RT-PCR to assess systemic inflammation. Results: Rats with the IL-4 treatment bore significantly higher recovery of BBB scores compared to placebo-treated rats 14 and 28 dpi. In terms of hind limb function, the CatWalk XT gait analysis showed significantly higher recovery in IL-4 rats, peaking at 14 dpi. Furthermore, at 28 dpi, the IL-4 group demonstrated a lower rate of stepping-errors compared to the placebo group in the Gridwalk test. In IHC analyses, a significantly higher ratio of anti-inflammatory M2- to pro-inflammatory M1-macrophages was observed in IL-4 treated rats compared to placebo rats 3 and 7 dpi. Furthermore, astrogliosis was significantly reduced with the IL-4 treatment 28 dpi. In terms of systemic inflammation, placebo-treated SCI group showed significantly higher levels of pro-inflammatory serum cytokines compared to sham rats. With the IL-4 treatment, however, a strong reduction of those pro-inflammatory cytokines and an increase of anti-inflammatory cytokines could be observed in the acute to subacute post-injury phase. Conclusion: Our findings establish an association between systemic IL-4 application and improved functional recovery after SCI in rats, possibly due to its local and systemic sub-acute anti-inflammatory effects. In addition, neuroinflammation and tissue scarring appear to be effectively reduced by said IL-4 application. Thus, IL-4 might be a promising treatment candidate for SCI and could be considered for further preclinical and ultimately translational studies.

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