exogen dowody kliniczne i mechanizm działania · 2014-04-30 · osteogeneza w trakcie gojenia się...
TRANSCRIPT
EXOGENDowody kliniczne i mechanizm działania
Zawartość
• Dane kliniczne• Mechanizm działania
– Dane przedkliniczne– In vitro– Interakcje molekularne– Ekspresja genów
• Podsumowanie
Sze ro ko ść im puls u20 0m s
Im puls y przy 1kHz
Fa la 1 ,5 MHz
Exogen– ultradźwięki impulsowe o niskim natężeniuEnergia urządzenia wynosi 30 mW/cm2
Streszczenie dowodów klinicznych dotyczących urządzenia EXOGENŚw ie że z ła m a nia
• W 7 randomizowanych badaniach klinicznych wykazano konsekwentne przyspieszenie gojenia przy różnych typach kości, złamań i interwencji chirurgicznych
• Silniejsze przyspieszenie u palaczy• Sugerowane ograniczenie przypadków opóźnienia zrostu / stawu
rzekomego
Sta w y rze ko m e
• W kilku spójnych, praktycznych badaniach fazy II/III wykazano duży odsetek powodzenia terapii przy stosowaniu wyłącznie urządzenia EXOGEN w przypadku dobrze rozpoznanych stawów rzekomych
• Jednorodne oddziaływanie na stawy rzekome atroficzne, oligotroficzne i hipertroficzne
S ugerowany wpływ na różne e tapy/procesy/komórki
0
2
4
6
8
10
12
Lic
zba
wy
go
jon
ych
zła
mań
8 10 12 14 16 18 20 22 > 24Cza s g o je n ia [tyg o d nie ]
T. a k tyw na
Pla c e b o
O 38% krótszy czas do wygojenia złamaniaTerapia aktywna - 96 dni; placebo - 154 dni(p < 0,0001)
Złamanie środkowej części trzonu kości piszczelowejBadanie prospektywne, randomizowane, wieloośrodkowe, kontrolowane placebo, prowadzone metodą podwójnie ślepej próby: Terapia aktywna - 33; placebo - 34
6 %
35 %
Ograniczenie zrostów opóźnionych o 83%
150 dni
Heckman i in. (1994) J. Bone Joint Surgery 76A 26-34
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
EXOGEN Pla c e b o
0
50
100
150
200
250
2 mm 3-4 mm 5 mm
Rozmiar szczeliny złamaniaUS Placebo
020406080
100120140160180200
17-30 31-67Wiek pacjenta [lata]
Lic
zba
dn
i d
o w
ygo
jen
ia
0204060
80100120140160
180
Niepalący Palacze
Ograniczenie czasu gojenia• Skuteczność w różnych grupach wiekowych• Największa skuteczność w przypadku upośledzenia
mechanizmów gojenia oraz w przypadku złamań trudnych do wygojenia
Lic
zba
dn
i d
o w
ygo
jen
ia
Lic
zba
dn
i d
o w
ygo
jen
ia
Złamania dystalnej części kości promieniowej
• Ograniczenie utraty wyrównania złamania(t. aktywna - 20%; placebo - 43%)
•0
•2
•4
•6
•8
•10
•12
• Lic
zba
wyg
ojo
nyc
h zł
am
ań
•1 •2 •3 •4 •5 •6 •8 •10 •12 •16 •20•Czas gojenia [tygodnie]
•t. aktywna
•placebo
•43%
•0%
•5%
•10%
•15%
•20%
•25%
•30%
•35%
•40%
•45%
•N = 17
•t. aktywna
•placebo
•20%
•N = 15
• Utr
ata
wyr
ów
nan
ia z
łam
an
ia
• O 38% krótszy czas do wygojenia złamania(t. aktywna - 61 dni; placebo - 98 dni, p < 0,0001)
•Kristiansen i in. (1997) J. Bone Joint Surg. 79A 961-973
Badanie prospektywne, randomizowane, wieloośrodkowe, kontrolowane placebo, prowadzone metodą podwójnie ślepej próby
Terapia aktywna – 30, placebo - 31
0
5
10
15
20
25
30
0
5
10
15
20
25
30
Badanie prospektywne, randomizowane, jednoośrodkowe, kontrolowane placebo, prowadzone metodą podwójnie ślepej próby
Terapia aktywna - 16, placebo - 14
Pełne obciążenie Zmostkowana 3. warstwa korowa
* p < 0,05Leung i in. (Ultrasound Med Biol, 2004)
Kompleksowe złamania kości piszczelowej
40% *
Exogen
Placebo
Exogen
Placebo
Cza
s [
tyg
od
nie
]
42,5% *
Exogen
Placebo
Stawy rzekome• Prospektywne serie przypadków (rozpoznane stawy rzekome)
• 29 przypadków stawu rzekomego– 5 atroficznych– 12 hipertroficznych– 12 oligotroficznych
• Kości– 1 k. śródstopia, 1 staw skokowy,
10 k. piszczelowych/strzałkowych, 5 k. udowych, – 1 obojczyk, 1 k. ramienna, 3 k. łokciowa, 2 k. promieniowe,
5 k. łódeczkowatych
• W 86% wszystkich przypadków doszło do wygojenia• Średni czas do wygojenia: 22 tygodnie• U 75% palaczy / byłych palaczy doszło do wygojenia
Nolte i in. (2001) Low Intensity Pulsed Ultrasound in the Treatment of Nonunions [Ultradźwięki impulsowe o niskim natężeniu w leczeniu stawów rzekomych], J. Trauma 51 (4) 693-703
Dowody FDA na leczenie stawu rzekomego przez Exogen378 przypadków stawu rzekomego• Kryteria włączenia – wszystkie przypadki (za wyjątkiem schorzeń
czaszki/kręgów), w których nie dochodziło do wygojenia– 21 miesięcy od złamania – 15 miesięcy od poprzedniej interwencji chirurgicznej– 2,4 wcześniejszych niepowodzeń interwencji chirurgicznych– Wszystkie kości i typy kości– Wszystkie typy stawu rzekomego – atroficzny, oligotroficzny i hipertroficzny– Wszystkie typy stabilizacji złamania – zachowawcza (33%) i chirurgiczna
(67%)• Jedyną zmianą w terapii było stosowanie urządzenia przez 20 m inut
dziennie• 2 badania opublikowane w recenzowanych czasopismach (Nolte, Gebauer) • Częstość sukcesów terapii w ciągu średnio 4 ½ miesiąca - 86%• Brak problemów w zakresie bezpieczeństwa stosowania
Częs to śc i w yg o je nia s ta w ó w rze ko m yc h
K. promieniowa/łokciowa89,5% (179/200)
K. ramienna74,8% (83/111)
K. piszczelowa / piszczelowa ze strzałkową90,8% (708/780)
K. udowa84,5% (142/168)
Stopa‡
86,7% (39/45)
K. łódeczkowata93,2% (123/132)
Dłoń/nadgarstek†
95,7% (22/23)
Obojczyk77,8% (56/72)
Staw skokowy85,3% (58/68)
K. śródstopia92,0% (160/174)
KośćCzęstość wygojenia* (przypadki wygojone/leczone)
* częstości wygojenia na podstawie wieku złamań 91-180 dni† obejmuje kości śródręcza, nadgarstka i kość haczykowatą‡ obejmuje kość skokową, piętową, łódkowatą stępu, sześcienną i kości klinowate
Podsumowanie badań dotyczących stawów rzekomych i zrostu opóźnionego
Romano i in. (2009) Ultrasound in Med. & Biol.
AutorzyLiczba
przypadkówZrosty opóźnione
[% wygojenia]Stawy rzekome[% wygojenia]
Zawartość
• Dane kliniczne• Mechanizm działania
– Dane przedkliniczne– In vitro– Interakcje molekularne– Ekspresja genów
• Podsumowanie
Mechanizm działania
- Odpowiedź biologiczna generowana przez sygnał mechaniczny• Komórki wyczuwają ultradźwięki o niskim natężeniu (sygnał LIPUS)
poprzez mechanoreceptory integrynowe znajdujące się na ich powierzchni
• Uruchomienie wewnątrzkomórkowej kaskady przekazywania sygnałów skutkującej zwiększeniem ekspresji COX2 -> PGE2, co jak wiadomo odgrywa istotną rolę w leczeniu złamań
• Analiza przedklinicznych danych o leczeniu złamań wskazuje na wzrost ekspresji białek BMP oraz czynników angiogenezy, różnicowania się i mineralizacji
• Wszystkie te czynniki sprzyjają przyspieszeniu gojenia oraz gojeniu różnych typów złamań…
• W wielu recenzowanych publikacjach opisano badania i zgłoszono oddziaływania urządzenia Exogen na komórki w obrębie złamania, jak również wpływ tego urządzenia na leczenie złamań
Etapy gojenia się złamania
Szerokość impulsu200 ms
Impulsy przy 1kHz
Częs to tliw o ść 1 .5MHz
Exogen– ultradźwięki impulsowe o niskim natężeniuEnergia urządzenia wynosi 30 mW/cm2
Model transmisji ultradźwięków z urządzenia Exogen
W momencie gdy ultradźwięki docierają do kości, przenikają przez nią, ale też przemieszczają się wokół niej. Prowadzi to do powstania fal podłużnych i poprzecznych
Przechodzenie ultradźwięków wokół kości oznacza, że leczona jest cała kość
Teijin Ltd
Fale podłużne Fale poprzeczne
Interferometr laserowy
Laser pozwala zmierzyć ruchy w obrębie kości oraz tkanek miękkich otaczających miejsce urazu
Mayo Clinic
Pomiar ruchów w obrębie złamania wskutek zastosowania urządzenia Exogen
Laser pozwala zmierzyć ruchy w obrębie kości oraz tkanek miękkich otaczających miejsce urazu
Mayo Clinic
Pomiar ruchów w obrębie złamania wskutek zastosowania urządzenia Exogen
Interferometr laserowy
Laser pozwala zmierzyć ruchy w obrębie kości oraz tkanek miękkich otaczających miejsce urazu
Mayo Clinic
Pomiar ruchów w obrębie złamania wskutek zastosowania urządzenia Exogen
Interferometr laserowy
• Ultradźwięki emitowane przez Exogen generują nanoruchy, a nie mikroruchy
• Ruchy tkanek miękkich o 7,3 nm oraz kości o 0,25 nm
0.00E+00
5.00E-07
1.00E-06
1.50E-06
2.00E-06
2.50E-06
3.00E-06
3.50E-06
4.00E-06
500 700 900 1100
Częstotliwość [Hz]
Wie
lkoś
ć [m
/s]
1kHz
Pomiar ruchów w obrębie złamania wskutek zastosowania urządzenia Exogen
Mayo Clinic
Jak widać, ultradźwięki emitowane przez Exogen generują nanoruchy tkanekJak komórka to wykrywa?
Integryny – mechanoreceptory pozakomórkowe
Łańcuch alfa
Łańcuch beta
Talina
CYTOSZKIELET SYGNALIZACJA
αβ
Kolagen
Fibronektyna
αβ
Integryna
Aktyna niespolimeryzowana
Białka cytoplazmatyczne
ECM
Src
α-aktynina
Talina
Winkulina
Paksylina
Winkulina
FAK
Paksylina
PaksylinaTalina
Paksylina
αβαβ
Paksylina
Src
α-aktynina
Talina
Paksylina
Winkulina
FAK
Paksylina
PaksylinaTalina
Winkulina
Paksylina
αβαβ
Paksylina
Src
α-aktynina
Talina
Paksylina
Winkulina
FAK
Paksylina
PaksylinaTalina
Paksylina
Winkulina
αβ αβαβ αβαβαβ
Paksylina
Src
α-aktynina
Talina
Paksylina
Winkulina
FAK
Paksylina
PaksylinaTalina
Grupowanie cząsteczek integrynyWinkulina
Paksylina
αβ αβαβ
Src
α-aktynina
αβαβαβGrupowanie cząsteczek integryny
Talina
Winkulina
Paksylina
Winkulina
FAK
Paksylina
Paksylina
Paksylina
Talina
αβ αβαβ
Src
α-aktynina
Winkulina
PaksylinaWinkulina
αβαβαβTalinaPłytka przylegania
FAK
Paksylina
Paksylina
PaksylinaTalina
Uniwersytet w Ulm
αβ αβαβ
FAK
α-aktynina
Talina
WinkulinaPaksylina
αβαβαβTalina Talina
Src
FAK
P
P
MEK 1
MEK 2
P
P
Aktyna niespolimeryzowana
Uniwersytet w Ulm
Paksylina Paksylina
kontrola
αβ αβαβ
FAK
α-aktynina
Talina
WinkulinaPaksylina
αβαβαβTalina Talina
Src
FAK
P
P
MEK 1
MEK 2
P
P
Uniwersytet w Ulm
Paksylina Paksylina
kontrola
30 min po US
Co jest wynikiem tego przekazywania sygnałów za pośrednictwem integryn?
Wytwarzanie COX2 po ekspozycji na ExogenTo jest tempo ograniczania aktywności enzymów w produkcji prostaglandyny E2 (PGE2)
Stężenia białek
Stężenia mRNA
Tang – Mol. Pharm. 2006
Ek
spre
sja
ge
nu
CO
X-2
[% k
on
tro
li]
Czas [godz.]
Czas [godz.]
Kontr.
Kontr.
Krotność
Simon i in., JBMR 2003
JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH Tom 17, numer 6, 2002 r. © 2002 American Society for Bone and Mineral Research [Amerykańskie Towarzystwo ds. Badań nad Kośćmi i Mineralizacją]
Funkcje cyklooksygenazy 2 mają kluczowe znaczenie dla gojenia się złamania kości
ANN MARIE SIMON1,2, MICHAELE BETH MANIGRASSO1,2 oraz J. PATRICK O’CONNOR1,3
STRESZCZENIE
Chociaż istnieją molekularne i histologiczne podobieństwa między rozwojem kości u płodu a gojeniem się złamań, to wczesną fazę gojenia się złamania stanowi stan zapalny, niewystępujący w trakcie rozwoju. W miejscach wystąpienia stanu zapalnego dochodzi do wzbudzenia aktywności cyklooksygenazy 2 (COX-2), która wytwarza prozapalne prostaglandyny. Aby sprawdzić, czy COX-2 oddziałuje na gojenie się złamań, szczury zostały poddane leczeniu niesteroidowymi lekami przeciwzapalnymi (NLPZ) selektywnie działającymi na COX-2 podawanymi w celu zatrzymania zależnej od COX-2 produkcji prostaglandyn. W badaniach radiograficznych, histologicznych i mechanicznych stwierdzono, że u szczurów leczonych lekami NLPZ selektywnie działającymi na COX-2 (celekoksyb i rofekoksyb) złamanie nie ulegało wygojeniu. Normalne gojenie się kości nie było też możliwe u myszy homozygotycznych pod względem mutacji typu „null” w genie COX-2. To pokazuje, że aktywność COX-2 jest niezbędna dla normalnego gojenia się kości, oraz potwierdza, że wpływ leków NLPZ selektywnie działających na COX-2 na gojenie się kości jest skutkiem inhibicji aktywności COX-2, a nie skutkiem działań ubocznych leku. Obserwacje histologiczne sugerują, że COX-2 jest niezbędny do normalnego kostnienia śródchrzęstnego w trakcie gojenia się złamania. Jako że u myszy bez Cox2 rozwijają się normalne szkielety, to nasze obserwacje wskazują, że rozwój kości u płodu oraz gojenie się złamania to odmienne procesy, oraz że działanie COX-2 jest szczególnie istotne przy gojeniu się złamań. (J Bone Miner Res 2002;17:963–976) Słowa kluczowe: cyklooksygenaza 2, gojenie się złamania, kostnienie śródchrzęstne, niesteroidowy lek
przeciwzapalny, prostaglandyna
WPROWADZENIE
OJENIE SIĘ ZŁAMANIA to kulminacyjny etap uporządkowanej w wysokim stopniu serii
fizjologicznych i komórkowych szlaków mających na celu przywrócenie funkcjonowania złamanych kości. Osteogeneza w trakcie gojenia się złamania zachodzi na drodze kostnienia na podłożu błoniastym oraz kostnienia śródchrzęstnego, które to procesy przypominają formowanie się układu kostnego u płodu(1–3). Niemniej istnieją charakterystyczne reakcje fizjologiczne i komórkowe na złamanie kości – zlokalizowane niedotlenienie tkanek, krwiak w złamaniu i następujący po tym stan zapalny w miejscu złamania, jak również klinicznie jawne przemodelowanie kostniny w złamaniu na
późniejszych etapach gojenia – które nie mają znanych odpowiedników w procesie płodowego rozwoju szkieletu. Postawiono hipotezę, że wczesne reakcje fizjologiczne na złamanie kości, tj. niedotlenienie i stan zapalny, indukują szlaki ekspresji genów i sprzyjają proliferacji komórek oraz ich migrowaniu do miejsca złamania, co ułatwia gojenie(4,5). Wytwarzanie lub uwalnianie wskutek tych fizjologicznych procesów specyficznych czynników wzrostu, cytokin oraz lokalnych hormonów w miejscu złamania może pozwolić na uzyskanie odpowiedniego mikrośrodowiska, które (1) stymuluje proliferację osteoblastów w okostnej oraz kostnienie na podłożu błoniastym w miejscu złamania, (2) stymuluje proliferację komórek i ich migrację do miejsca złamania
W przypadku autorów nie zachodzą żadne konflikty interesów.
1 Department of Orthopaedics [Wydział Ortopedii], University of Medicine and Dentistry of New Jersey [ Uniwersytet Medyczny i Stomatologiczny New Jersey], New Jersey Medical School [Akademia Medyczna New Jersey], Newark, New Jersey, Stany Zjednoczone. 2 Department of Biomedical Engineering [Wydział Inżynierii Biomedycznej], Rutgers University [Uniwersytet Rutgersa], Piscataway, New Jersey, Stany Zjednoczone. 3 Department of Microbiology and Molecular Geneti cs [Wydział Mikrobiologii i Genetyki Molekularnej], UMDNJ-New Jersey Medical School [UMDNJ – Akademia Medyczna New Jersey], Newark, New Jersey, Stany Zjednoczone.
G
Bez leczenia 0 min po US 20 min po US 40 min po US
Ekspresja genów po jednorazowej terapii urządzeniem Exogen
Centrum Badawcze Smith & Nephew - York
Dlaczego warto używać urządzenia EXOGEN przez cały proces gojenia się złamania?
In vivo – model zamkniętego złamania kości udowej
Model zamkniętego złamania kości udowej szczura
Azuma i in., JBMR 2001
** p < 0,01 w porównaniu z kością po przeciwnej stronie stanowiącą kontrolę
# p < 0,05 w porównaniu z pełnym okresem gojenia
Faza 1 = 1-8
Faza 2 = 9-16
Faza 3 = 17-24
K o ntro la
Ex o g e n
Mak
sym
alny
mom
ent s
kręc
ając
y [N
∙mm
]
Pełny okres Faza 1 Faza 2 Faza 3
Poprawa właściwości mechanicznych jest skorelowana z mineralizacją kostniny
Model złamania kości udowej – 25. dzień
Kontrola Exogen
Azuma i in., JBMR 2001
Stymulacja resorpcji starej kości oraz powstawania nowej• Miarą wyniku terapii jest gęstość mineralna kości określana przez TK• U leczonych zwierząt widoczna jest wzmożona resorpcja starej kości
zbitej i zwiększona produkcja nowej kości splotowatej (woven bone )
Kolor czerwony• Stara kość zbita
Kolor zielony• Nowa kość splotowata
Ex o g e n K o ntro la
Ex o g e n Ko ntro la
Exogen Kontrola
2 8 dni
Naruse i Takagaki
Mechanizm działania
- Odpowiedź biologiczna generowana przez sygnał mechaniczny• Komórki wyczuwają ultradźwięki o niskim natężeniu (sygnał LIPUS)
poprzez mechanoreceptory integrynowe znajdujące się na ich powierzchni
• Uruchomienie wewnątrzkomórkowej kaskady przekazywania sygnałów skutkującej zwiększeniem ekspresji COX2 -> PGE2, co jak wiadomo odgrywa istotną rolę w leczeniu złamań
• Analiza przedklinicznych danych o leczeniu złamań wskazuje na wzrost ekspresji białek BMP oraz czynników angiogenezy, różnicowania się i mineralizacji
• Wszystkie te czynniki sprzyjają przyspieszeniu gojenia oraz gojeniu różnych typów złamań…
Przegląd informacji
• Klinicznie udowodnione wyniki w zakresie gojenia się kości u ludzi– o 38% szybsze gojenie świeżych złamań– o 83% mniej przypadków zrostu opóźnionego– wygojenie 86% stwierdzonych stawów rzekomych
• Nieinwazyjna terapia zajmująca 20 minut dziennie• Bezpieczeństwo – bez zdarzeń niepożądanych i bez
przeciwwskazań• Współpraca z leczeniem zachowawczym oraz ze
stabilizatorami wewnętrznymi i zewnętrznymi• Poznany mechanizm działania (200 publikacji i 130
prezentacji ustnych)
Wystarczy 20 minut dziennie
1.
2.
3.
PROGRAM GWARANTOWANY EXOGEN
Obejmuje Pacjentów ze zrostem opóźnionym i brakiem zrostu
Wymaga zdjęć RTG przed rozpoczęciem terapii oraz po 90 i 140 dniach leczenia aparatem EXOGEN
Firma Smith&Nephew zawiera umowę z pacjentem Cena 3 50 0pln
WARUNKI WYŁĄCZENIA Z PROGRAMUNastępujące złamania nie są objęte Programem:
Złamania patologiczne (będące wynikiem patologii kości lub choroby o charakterze nowotworowym).
Złamania III stopnia wg Gustillo. Złamania ze szczelinami o rozmiarze ponad 25% średnicy
kości, diastaza złamania nie może być większa niż 8 mm. Nieustabilizowane złamania. Zainfekowane stawy rzekome. Złamania czaszki lub kręgów. Złamania, które w okresie stosowania Exogenu™ były
leczone przy zastosowaniu innej terapii (inwazyjnej lub nieinwazyjnej).