Translační imunodiagnostika u mrtvice (TrImS) (TrImS)

Úvod

Cévní mozková příhoda je celosvětově hlavní příčinou celkové úmrtnosti, nemocnosti a invalidity. V roce 2010 to byla druhá hlavní příčina úmrtí, zatímco v roce 2019 se umístila na celkovém třetím místě v počtu let života přizpůsobených zdravotnímu postižení (DALY) a na druhém místě u osob ve věku 50 let a více. Akutní ischemická cévní mozková příhoda (AIS) je hlavní příčinou úmrtnosti a nemocnosti v USA, která každoročně postihuje více než 800 000 dospělých. V Hongkongu je to čtvrtá nejčastější příčina úmrtí. Často mu předchází tranzitorní ischemická ataka (TIA), která je předzvěstí budoucích mozkových ischemických příhod s 20% rizikem cévní mozkové příhody během 90 dnů.

Cévní mozková příhoda je spojena s ischemickými, zánětlivými, hemoragickými a aterosklerotickými procesy spojenými s narušením hematoencefalické bariéry a zvýšeným množstvím bílkovin a nukleových kyselin přenášených krví. Odhaduje se, že „průměrné trvání evoluce nelakunární mrtvice je 10 hodin (rozmezí 6 až 18 hodin) a průměrný počet neuronů v lidském předním mozku je 22 miliard. U pacientů s typickým AIS velkých cév se každou hodinu ztratí 120 milionů neuronů, 830 miliard synapsí a 714 km (447 mil) myelinizovaných vláken. Za každou minutu je zničeno 1,9 milionu neuronů, 14 miliard synapsí a 12 km (7,5 mil) myelinizovaných vláken. Ve srovnání s normální rychlostí ztráty neuronů při stárnutí mozku stárne ischemický mozek každou hodinu bez léčby o 3,6 roku“. Existují také důkazy o takovém poranění v oběhu během minut až hodin po velkém traumatu včetně poranění hlavy.

Včasná diagnostika cévní mozkové příhody a její etiologická klasifikace podle typů cévní mozkové příhody je důležitá, protože včasná vhodná intervence vede k výrazně lepším výsledkům. Za prvé, určení příčiny mrtvice ovlivňuje, která léčba je okamžitě předepsána. Například časná trombolýza je indikována u AIS, ale kontraindikována u hemoragické cévní mozkové příhody (HS). Diagnóza AIS do 4,5 hodiny od začátku cévní mozkové příhody následovaná včasnou trombolytickou intervencí zlepšuje výsledek cévní mozkové příhody. Antikoagulační a protidestičková léčba je indikována u kardioembolických cévních mozkových příhod nebo TIA, ale kontraindikována u aterogenních cévních mozkových příhod. V případě posledně jmenovaného se doporučují antiagregancia. Uzávěr velkých cév je lépe léčen chirurgicky než konzervativně. Zpoždění v diagnóze a včasná intervence se počítají jako DALY, kterým se lze vyhnout, nemocnost, výdaje na zdravotní péči a časná úmrtnost.

Ve vyspělém světě je podezření na cévní mozkovou příhodu a je detekována klinickou anamnézou a vyšetřením a potvrzena diagnosticky cerebrovaskulárním zobrazením buď pomocí CT a/nebo MRI. I když neurozobrazování představuje současný nejlepší standard pro identifikaci a klasifikaci iktu, není zdaleka optimální. Neurozobrazování poskytuje pouze hrubé odhady neurovaskulárního poškození, ve významných 5 - 15 % případů nedokáže identifikovat příčinu (kryptogenní mrtvice) a poskytuje málo informací o buněčné a molekulární patofyziologii. To zase oddaluje časnou léčbu a omezuje hledání potenciálních látek pro prevenci a rekonvalescenci mrtvice. Kromě toho absence objektivní metody pro stanovení nástupu mrtvice, například u pacientů, kteří se probudí s podezřením na mrtvici, vede k tomu, že 80 % pacientů s AIS nedostává trombolýzu. Proto je potřeba porozumět dynamické patofyziologii mrtvice v raném stádiu.

Molekulární biomarkery, jako je konvenční a vysoce citlivý troponin, změnily detekci a stratifikaci rizika pacientů s akutním koronárním syndromem. Neexistují však žádné takové markery pro včasnou detekci, diagnostiku, klasifikaci a stratifikaci rizika mrtvice nebo TIA. V posledních několika desetiletích výzkumníci hledali markery cévní mozkové příhody, které by mohly být užitečné pro screening, detekci, diagnostiku, klasifikaci, monitorování, predikci a prognózu cévní mozkové příhody. Bylo identifikováno mnoho kandidátních markerů, ale žádný nebyl dostatečně přesný nebo dostatečně brzký ve vývoji cévní mozkové příhody, aby našel místo v klinické péči.

Velkou výzvou je identifikace časných, dostupných biomarkerů s vysokou úrovní přesnosti pro detekci, diagnostiku a odlišení etiologie cévní mozkové příhody. Nedávné technologické objevy naznačují, že mnoho krevních markerů lze detekovat jak kvalitativně, tak kvantitativně v dechu a slinách pomocí imunoanalýzy a spektrálního profilování. Tyto technologie poskytují přesné výsledky během minut až sekund. Výzva nespočívá v translačním potrubí, ale v předchozích objevech -omických markerů. Jakmile jsou objeveny, technologie pro vývoj rychlých testů a testů v místě péče jsou již zavedeny.

Biomarkery specifické pro mozek u mrtvice

Hledání smysluplných biomarkerů v cévní mozkové příhodě bylo dlouhé. Zahrnuje genomický, transkriptomický, proteomický, metabolický a lipidomický přístup. Například nedávné studie naznačují, že transkriptomika plné krve může umožnit přesnou diferenciaci AIS. Vyšetřovatelé Ischemia Care Biomarkers of Acute Stroke Etiology (BASE) v současnosti vyhodnocují expresi genu RNA v periferní krvi u pacientů s cévní mozkovou příhodou, kteří se projevili do 30 hodin od začátku cévní mozkové příhody (NCT02014896). BASE je multicentrická prospektivní studie s odhadovaným zahrnutím 1100 dospělých pacientů a 100 kontrolních skupin odpovídajících věku, pohlaví a komorbiditě, které se dostaví na urgentní příjem (ED) nebo do nemocnice s podezřením na AIS nebo TIA. Na výsledky těchto studií se čeká, ale v současnosti neexistuje žádná časná a přesná platforma biomarkerů, která by vedla k detekci a diagnostice mrtvice.

Proběhla rozsáhlá studie o mozkově specifických proteomických biomarkerech gliových buněk [např. S100 protein B vázající vápník (S100B), gliální fibrilární kyselý protein (GFAP)] a neuronální buňky [např. ubiquitin C-terminální hydroláza-L1 (UCH-L1), neuron-specifická enoláza (NSE), produkty rozkladu alfa II-spektrinu (např. SBDP120, SBDP145 a SBDP150), myelinový bazický protein (MBP), lehký řetězec neurofilamentů (NF-L), tau protein, visinin-like protein-1 (VLP 1), poškození peptidem NR2 v mozkomíšním moku (CSF) a periferní krvi při hledání včasných diagnostických informací pro cévní mozkovou příhodu [28]. Přesto si žádný nenašel cestu do klinické praxe.

Nespecifické biomarkery u mrtvice

Jak již bylo zmíněno, mrtvice je spojena s generickými, nespecifickými, ischemickými, zánětlivými, hemoragickými a aterosklerotickými procesy, které jsou spojeny s narušením hematoencefalické bariéry a zvýšeným množstvím proteinů a nukleových kyselin přenášených krví. Podrobný přehled nespecifických, ale patologicky relevantních biomarkerů cévní mozkové příhody přesahuje rámec tohoto úvodu. Omikový přístup by však měl obsahovat zmínku o lipidomice.

Lipidomický výzkum u cévní mozkové příhody zahrnuje konvenční a pokročilé lipidové přístupy. Například se ukázalo, že sfingolipidy, fosfolipidy (včetně lyso- a etherových druhů), cholesterylestery a glycerolipidy předpovídají budoucí kardiovaskulární příhody a kardiovaskulární smrt, ale ne s vysokou mírou přesnosti. Přidání sedmi druhů lipidů k ​​základnímu modelu 14 tradičních rizikových faktorů a léků zlepšilo predikci kardiovaskulárních příhod se statistikou C z 0,680 na 0,700 (P

Neuspokojená klinická potřeba

Pacienti se běžně dostavují na ED, do praktických lékařů, do komunity, na přednemocniční a nemocniční oddělení s podezřením na akutní cévní mozkovou příhodu, kde zpoždění diagnózy vede ke zpoždění v léčbě a neefektivním zdravotnickým procesům. Klinická ostrost je proměnlivá a subjektivní. K informování o cévní mozkové příhodě jsou zapotřebí přesné, objektivní, časné, bezpečné, minimálně invazivní, diagnostické a prognostické testy. ED jsou jedním z nejčastějších případů akutních projevů těchto onemocnění.

Nezodpovězené otázky

Mnoho otázek je v současné době nezodpovězeno. Mohou být v oběhu kvantitativně detekovány malomolekulární proteiny a nukleové kyseliny specifické pro mozek a patologii (např. plná krev, plazma) a sliny během minut až hodin po nástupu akutní mrtvice a TIA? Zapadají takové detekce do časové, dynamické a mechanické role v ischemických, zánětlivých, imunologických, hemoragických, apoptotických, aterosklerotických, zotavovacích a regeneračních procesech, které se účastní mrtvice a TIA? Mají poruchy (elevace nebo redukce) těchto markerů roli v detekci, diagnóze, klasifikaci iktu, predikci a prognóze u pacientů s mrtvicí? Provádějte kombinace mozkově specifických biomarkerů a nespecifických patologických markerů (např. aterosklerotické, zánětlivé) zlepšit detekci, diagnostiku a diferenciaci mrtvice? Mohl by objev takových markerů vést klinické cesty a nakonec vést k novým vakcínám a terapeutickým zásahům u takových pacientů?

Otázky

1. Jaké kombinace časných mozkově specifických a patologicky specifických panorOmics tekutých bioptických biomarkerů u dospělých pacientů s ED s podezřením na akutní mrtvici optimalizují detekci, diagnostiku, dynamiku a diferenciaci mrtvice?

2. Jaké časné platformy panorOmics biomarkerů tekuté biopsie jsou užitečné u dospělých pacientů s ED s podezřením na akutní cévní mozkovou příhodu pro predikci reakce na léčbu, monitorování a prognózu u různých typů cévní mozkové příhody?

   • Na cévní mozkovou příhodu existuje podezření, pokud jsou pacienti FAST nebo LAPSS nebo ROSIER pozitivní. Podezření na cévní mozkovou příhodu zahrnuje mimikry cévní mozkové příhody, TIA, AIS a HS.
   • Tekutá biopsie zahrnuje plnou krev, plazmu, sérum, pelety bílých krvinek a výtok z červených krvinek a sliny
   • Biomarkery tekuté biopsie zahrnují genomický, transkriptomický, proteomický, metabolomický, lipidomický a hematologický obsah.
   • Typy zdvihu zahrnují HS a AIS.

Hypotéza

Předpokládáme, že cévní mozková příhoda zahrnuje rychlý, komplexní proces ischemie, nekrózy, apoptózy a narušení mozkové bariéry, který uvolňuje tkáňově specifické genomické, epigenomické, transkriptomické a proteomické markery do krevního řečiště v raném průběhu cerebrovaskulární patofyziologie. Tyto biomarkery budou brzy detekovány ve snadno dostupných tekutinách, jako je plná krev, plazma, sérum a sliny. Dynamické změny budou užitečné pro personalizovanou detekci onemocnění, diagnostiku, stratifikaci rizika, sledování onemocnění a terapeutické sledování, predikci a prognózu. Dynamické změny mohou také umožnit rozumné posouzení nástupu cévní mozkové příhody a umožnit včasnou intervenci u pacientů s jinak neznámým nástupem cévní mozkové příhody.

Cíle

U dospělých pacientů s ED do 24 hodin od začátku symptomů s podezřením na akutní cévní mozkovou příhodu se zaměřujeme na:

1. V objevném výzkumu - k identifikaci časných mozkových a patologických specifických cirkulujících, plné krve, plazmy a séra panoramatické biomarkery, které umožňují včasnou detekci akutní mrtvice, diagnostiku, dynamiku, diferenciaci, monitorování, predikci a prognózu. V objevném výzkumu – k identifikaci časných panoramatických biomarkerů specifických pro mozek a patologii ve slinách, které umožňují včasnou detekci akutní mrtvice, diagnostiku, dynamiku, diferenciaci, monitorování, predikci a prognózu.
2. Ve vývojovém výzkumu pomocí tréninkových sad - odvozovat biomarkerové platformy modelů pro včasnou detekci akutních cévních mozkových příhod, diagnostiku, dynamiku, diferenciaci, monitorování, predikci a prognózu
3. Ve validačním výzkumu pomocí testovacích sad – k ověření těchto modelů v nezávislých a externích souborech dat