Hurtig, nøjagtig, omkostningseffektiv vurdering af blodbiomarkører til diagnose af hjernerystelse (RACE)

BAGGRUND

Det anslås, at 100-300/100.000 mennesker over hele verden besøger et hospital med traumatisk hjerneskade (TBI) årligt, hvoraf størstedelen er klassificeret som mild. TBI er en forstyrrelse i normal hjernefunktion forårsaget af eksterne biomekaniske kræfter, der overføres direkte eller indirekte til hovedet, og er en førende årsag til død og handicap i Canada. Cirka 1 ud af 450 canadiere rapporterer hjerneskade som deres mest betydelige skade forbundet med handicap i det foregående år. Mild traumatisk hjerneskade (mTBI) operationaliseres under klinisk sværhedsgrad af en Glasgow Coma Scale (GCS) score på 13-15 og bruges ofte i flæng med hjernerystelse, selvom den seneste konsensusdefinition af hjernerystelse er udelukket af positive resultater på standard neuroimaging teknikker . Selvom det er mærket som mildt med typiske restitutionstider inden for to uger efter skade for voksne og fire uger for unge, oplever op til 30 % af patienter med hjernerystelse langvarige symptomer (hovedpine, træthed, svimmelhed, søvnløshed, depression, angst, dårlig balance og kognitiv sygdom). underskud mv.), der bidrager til væsentlig funktionsnedsættelse og sygdomsbyrde. Ydermere vendte cirka 10 % af de diagnosticerede hjernerystelser i Ontario i 2016 tilbage til skadestuen inden for 14 dage efter skaden, hvilket øgede kravene til sundhedssystemet.

Hjernerystelse, der låner til sin identitet som en af ​​de mest komplekse skader at diagnosticere og håndtere, er i øjeblikket afhængig af subjektive mål og symptomrapporter som kliniske indikatorer for skade. Der har været en accelereret interesse for at adressere denne begrænsning gennem forskningsindsats, der arbejder på at etablere objektive mål for skade, herunder avancerede neuroimaging-billeddannelsesteknikker, maskinlæring af grundlæggende fysiologiske funktioner (hjernebølger, hjertefrekvens, blodtryk osv.) og blodbiomarkører. Blodbiomarkører har vist lovende resultater med hensyn til deres evne til at opdage eller forudsige svær og moderat TBI, men resultaterne i mTBI er blandede og kræver yderligere undersøgelse. To biomarkører for hjerneskade - glialt fibrillært surt protein (GFAP) og ubiquitin c-terminal hydrolase L1 (UCH-L1) - blev for nylig godkendt af FDA for at hjælpe med at identificere nødvendigheden af ​​en CT-scanning for voksne mTBI-patienter, der kan have intrakranielle læsioner. Men ud over det nuværende utilstrækkelige niveau af evidens vedrørende anvendelse af blodbiomarkører til diagnose eller prognose af hjernerystelse, er en yderligere hindring for fremtidig implementering i en klinisk sammenhæng fortsat de høje omkostninger og tidskrævende analysemetoder til markørdetektion. Single Molecule array-teknologi (SIMOA) er et fuldt automatiseret immunassay, der er i stand til biomarkørdetektion på femtogramniveau, cirka 900 gange mere følsomt end konventionelle enzymbundne immunosorbentanalyser. Som den nuværende guldstandard for påvisning af biomarkører med lav koncentration kan betydelige penge- og procedureomkostninger begrænse SIMOAs fremtidige anvendelser til påvisning af biomarkør på hjernerystelse i kliniske omgivelser. Heldigvis rykker teknologiske fremskridt grænserne for konventionelle analysemetoder for at minimere omkostningerne og maksimere effektiviteten, og udvikler sig mod point-of-care analyseenheder.

Efterforskerne har udviklet en GFAP nano-biosensor, der er i stand til at måle GFAP-koncentrationer i samme størrelsesorden som SIMOA. Kort fortalt blev den elektrokemiske GFAP-biosensor udviklet ved hjælp af nanoporøst kulstof på screentrykte elektroder med hydroxylamin (NH2OH). De nano-coatede og funktionaliserede elektroder blev immobiliseret med monoklonalt anti-humant GFAP-indfangningsantistof og derefter blokeret med bovint serumalbumin. GFAP-bindingsfrekvens blev oversat til serumkoncentrationsniveauer ved anvendelse af elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS). Den nano-porøse biosensor gav ultrafølsom GFAP-detektion i et bredt operationelt område på 100 fg/mL - 10 ng/mL koncentrationer i det humane serum. Den detekterede selektivt GFAP, når den blev testet mod andre biomarkører frigivet efter hjerneskade, og afslørede en klinisk følsomhed for påvisning af patienter på tværs af TBI sværhedsgrader (i alt n=70; TBI n=26, sund kontrol n=44) ved 84,62% ​​(95%CI) 65,1 % til 95,6 %) og specificitet ved 61,36 % (CI, 45,5 % til 75,6 %). Detektionsgrænsen for GFAP-biosensoren blev målt til at være 86,6 fg/ml i serum. Derudover demonstrerede vores nano-biosensor

MÅL

Primært mål: Etablere den kliniske nøjagtighed af GFAP nano-biosensoren hos patienter med hjernerystelse, der præsenterer sig på skadestuen fra diagnose til bedring. Sekundært mål: Vurdere følsomheden og specificiteten af ​​GFAP nano-biosensoren til identifikation af hjernerystelse ved at sammenligne patienter med hjernerystelse med muskuloskeletale (MSK) skadeskontroller. Tertiært mål: Vurdere sammenhænge mellem GFAP nano-biosensor koncentrationer og psykologiske (depression, angst), fysiske (hovedpine, søvnforstyrrelser osv.) symptomer på hjernerystelse fra diagnose til bedring. Kvartært mål: Vurdere sammenhængen mellem kvindelige menstruationscyklushormonkoncentrationer (progesteron, østrogen) og GFAP nano-biosensorkoncentrationer.

METODER

Denne undersøgelse har et rekrutteringsmål på 150 (lige kønsrepræsentation) patienter med akut hjernerystelse, der præsenteres på skadestuen (ED) ved foothills medicinske center i alderen 18 til 65. Derudover vil en gruppe på 75 (lige kønsrepræsentation) muskuloskeletale (MSK) skadekontrollere blive rekrutteret fra den samme ED inden for samme aldersgruppe. I et prospektivt kohortedesign med gentagne foranstaltninger vil hjernerystelsespatienter gennemføre et indledende besøg inden for 1 uge efter skaden, derefter opfølgende besøg 2-, 6- og 12 uger efter skaden eller indtil de er raske. Kontrolpatienter (MSK) vil gennemføre alle foranstaltninger på et enkelt besøg. Hjernerystelsespatienter, der ikke er raske 12 uger efter skaden, vil blive bedt om at udfylde spørgeskemaer 6 måneder efter skaden. Undersøgelsesmålinger omfatter kliniske udfaldsvurderinger af livskvalitet, global sundhed, depression, angst, søvn og hjernerystelse symptomer sammen med blodprøver. Hjernerystelsespatienter vil blive bedt om at udfylde symptomskalaen efter hjernerystelse (PCSS) dagligt via et online-link, der sendes til dem hver morgen for at overvåge bedring. I forbindelse med denne undersøgelse vil en patient blive anset for at være rask, hvis alle symptomer er forsvundet, og det angiver 100 % på en glidende skala, der spørger, hvor restitueret patienten føler sig efter hjernerystelsen. Alle andre spørgeskemaer vil blive udfyldt før indledende og opfølgende blodudtagninger. Forskere vil også give patienter med hjernerystelse en QR-kode knyttet til efterforskernes hjemmeside, hvor patienter vil have adgang til hjernerystelsesundervisningsressourcer for at forstå skaden. De to analyseteknikker vil blive sammenlignet ved hjælp af middeldetekterings- og distributionskurver og Bland-Altman-analyse. Ydeevnen af ​​GFAP biosensing kit til påvisning af ukomplicerede hjernerystelsespatienter og monitorering af deres helbredelse vil blive vurderet i plasma og serum. Den kliniske sensitivitet og specificitet af GFAP-biosensoren i plasma og serum vil blive evalueret ved hjælp af modtagerdriftskarakteristikken (ROC) i sammenligning med SIMOA.