Rychlé, přesné a nákladově efektivní hodnocení krevních biomarkerů pro diagnostiku otřesu mozku (RACE)

POZADÍ

Odhaduje se, že 100-300/100 000 lidí na celém světě přijde ročně do nemocnice s traumatickým poraněním mozku (TBI), z nichž většina je klasifikována jako mírná. TBI je narušení normální mozkové funkce způsobené vnějšími biomechanickými silami přenášenými přímo nebo nepřímo do hlavy a je hlavní příčinou smrti a invalidity v Kanadě. Přibližně 1 ze 450 Kanaďanů uvádí poranění mozku jako své nejvýznamnější zranění spojené se zdravotním postižením v předchozím roce. Mírné traumatické poškození mozku (mTBI) je operacionalizováno pod klinickou závažností skóre Glasgow Coma Scale (GCS) 13-15 a často se používá zaměnitelně s otřesem mozku, ačkoli nejnovější konsensuální definice otřesu mozku je vyloučena pozitivními nálezy standardních neurozobrazovacích technik. . Ačkoli jsou označeni jako mírní s typickými časy zotavení do dvou týdnů po zranění u dospělých a čtyř týdnů u mládeže, až 30 % pacientů s otřesem mozku pociťuje dlouhodobé příznaky (bolesti hlavy, únava, závratě, nespavost, deprese, úzkost, špatná rovnováha a kognitivní deficity atd.) přispívající k významnému funkčnímu poškození a zátěži onemocněním. Kromě toho se v roce 2016 přibližně 10 % diagnostikovaných otřesů mozku v Ontariu vrátilo na pohotovost do 14 dnů od úrazu, což zvyšuje nároky na systém zdravotní péče.

Otřes mozku, který je znám jako jedno z nejsložitějších zranění pro diagnostiku a léčbu, v současnosti spoléhá na subjektivní měření a hlášení příznaků jako klinické ukazatele zranění. Existoval zvýšený zájem o řešení tohoto omezení prostřednictvím výzkumného úsilí zaměřeného na stanovení objektivních měřítek zranění včetně pokročilých zobrazovacích technik neurozobrazení, strojového učení základních fyziologických funkcí (mozkové vlny, srdeční frekvence, krevní tlak atd.) a krevních biomarkerů. Krevní biomarkery ukázaly slibné výsledky, pokud jde o jejich schopnost detekovat nebo předpovídat těžké a středně těžké TBI, ale výsledky u mTBI jsou smíšené a vyžadují další zkoumání. Dva biomarkery poranění mozku – gliální fibrilární kyselý protein (GFAP) a ubikvitinová c-terminální hydroláza L1 (UCH-L1) – byly nedávno schváleny FDA, aby pomohly identifikovat nutnost CT vyšetření u dospělých pacientů s mTBI, kteří by mohli mít intrakraniální léze. Kromě současné nedostatečné úrovně důkazů týkajících se aplikací krevních biomarkerů pro diagnostiku nebo prognózu otřesu mozku však další překážkou pro budoucí implementaci v klinickém prostředí zůstávají vysoké náklady a časově náročné metodologie stanovení pro detekci markerů. Technologie jednomolekulárního pole (SIMOA) je plně automatizovaný imunotest schopný detekce biomarkerů na úrovni femtogramu, přibližně 900x citlivější než konvenční enzymatické imunosorbentní testy. Jako současný zlatý standard pro detekci biomarkerů s nízkou koncentrací mohou značné finanční a procedurální náklady omezit budoucí aplikace SIMOA pro detekci biomarkerů otřesu mozku v klinických podmínkách. Naštěstí technologický pokrok posouvá hranice konvenčních testovacích přístupů s cílem minimalizovat náklady a maximalizovat efektivitu a postupuje směrem k testovacím zařízením v místě péče.

Výzkumníci vyvinuli GFAP nano-biosenzor schopný měřit koncentrace GFAP v podobných řádech jako SIMOA. Stručně řečeno, elektrochemický biosenzor GFAP byl vyvinut pomocí nanoporézního uhlíku na sítotiskových elektrodách s hydroxylaminem (NH2OH). Nanopotažené a funkcionalizované elektrody byly imobilizovány monoklonální anti-lidskou GFAP záchytnou protilátkou, poté blokovány hovězím sérovým albuminem. Vazebná frekvence GFAP byla převedena na hladiny sérové ​​koncentrace pomocí elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS). Nanoporézní biosenzor poskytoval ultrasenzitivní detekci GFAP v širokém operačním rozsahu koncentrací 100 fg/ml - 10 ng/ml v lidském séru. Selektivně detekoval GFAP při testování proti jiným biomarkerům uvolněným po poranění mozku a odhalil klinickou senzitivitu pro detekci pacientů napříč závažnostmi TBI (celkem n=70; TBI n=26, zdravá kontrola n=44) na 84,62 % (95 % CI 65,1 % až 95,6 %) a specificita 61,36 % (CI, 45,5 % až 75,6 %). Limit detekce biosenzoru GFAP byl naměřen na 86,6 fg/ml v séru. Navíc předvedl náš nano-biosenzor

CÍLE

Primární cíl: Stanovit klinickou přesnost nanobiosenzoru GFAP u pacientů s otřesem mozku přicházejících na pohotovost od diagnózy po uzdravení. Sekundární cíl: Posoudit senzitivitu a specificitu GFAP nano-biosenzoru pro identifikaci otřesu mozku porovnáním pacientů s otřesem mozku s kontrolami muskuloskeletálního (MSK) poranění. Terciární cíl: Posoudit vztahy mezi koncentracemi GFAP nano-biosenzorů a psychologickými (deprese, úzkost), fyzickými (bolesti hlavy, poruchy spánku atd.) příznaky otřesu mozku od diagnózy po uzdravení. Kvartérní cíl: Posoudit korelaci mezi koncentracemi hormonů ženského menstruačního cyklu (progesteron, estrogen) a koncentracemi GFAP nano-biosenzorů.

METODY

Tato studie má za cíl nábor 150 (stejné pohlaví) pacientů s akutním otřesem mozku přicházejících na pohotovost (ED) ve zdravotnickém středisku na úpatí hor ve věku 18 až 65 let. Kromě toho bude skupina 75 kontrol (stejné pohlaví) muskuloskeletálních (MSK) kontrol zranění ze stejné ED ve stejném věkovém rozmezí. V prospektivním uspořádání kohorty s opakovanými měřeními dokončí pacienti s otřesem mozku první návštěvu do 1 týdne od poranění a následné návštěvy 2, 6 a 12 týdnů po zranění nebo do zotavení. Kontrolní (MSK) pacienti dokončí všechna opatření při jediné návštěvě. Pacienti s otřesem mozku, kteří se nezotaví do 12 týdnů po zranění, budou požádáni o vyplnění dotazníků 6 měsíců po zranění. Studie zahrnují hodnocení klinického výsledku kvality života, globálního zdraví, deprese, úzkosti, spánku a symptomů otřesu mozku spolu s odběry krve. Pacienti s otřesem mozku budou požádáni, aby denně vyplnili škálu příznaků po otřesu mozku (PCSS) prostřednictvím online odkazu, který jim bude zasílán každé ráno za účelem sledování zotavení. Pro účely této studie bude pacient považován za uzdraveného, ​​pokud všechny symptomy vymizely, což ukazuje 100 % na klouzavé škále, která se ptá, jak se pacient po otřesu zotavuje. Všechny ostatní dotazníky budou vyplněny před prvním a následným odběrem krve. Výzkumníci také poskytnou pacientům s otřesem mozku QR kód propojený s webovou stránkou vyšetřovatelů, kde budou mít pacienti přístup ke zdrojům vzdělávání o otřesech mozku, aby porozuměli zranění. Tyto dvě techniky testu budou porovnány pomocí středních detekčních a distribučních křivek a Bland-Altmanovy analýzy. V plazmě a séru bude hodnocena účinnost biosenzitivní soupravy GFAP při detekci nekomplikovaných pacientů s otřesem mozku a sledování jejich zotavení. Klinická senzitivita a specificita biosenzoru GFAP v plazmě a séru bude hodnocena pomocí křivky provozní charakteristiky přijímače (ROC) ve srovnání se SIMOA.