Serum und zelluläre Biomarker für Aortenklappenstenose (AthenaValve)

Die Ablagerung von Calciumsalzen in der Arterienwand und den Herzklappen ist ein häufig auftretendes Phänomen, das mit zunehmendem Alter und verschiedenen pathologischen Faktoren einhergeht. Ein besonderer Fall ist die Verkalkung der Aortenklappe, die von einer allmählichen Stenose begleitet wird, die zu einer Herzinsuffizienz führt. Infolgedessen verursacht es eine signifikante Morbidität und einen dramatischen Anstieg der Mortalität, wenn es nicht chirurgisch oder durch einen Transkatheter-Eingriff behandelt wird. Sie betrifft etwa 2 % der Bevölkerung über 65 Jahren und ist die dritte Todesursache in dieser Bevölkerungsgruppe. Es zählt etwa 100 Operationen pro 100.000 Personenjahre in dem Jahrzehnt und 180.000 Patienten jedes Jahr sind Kandidaten für die perkutane Aortenklappenimplantation (TAVI) in den USA, Kanada und der Europäischen Union.

Charakteristisch für die Krankheit ist, dass sie auch heute noch ohne Diagnose in den kritischen Frühstadien bleibt und alle bestehenden Therapien den Schaden im Endstadium nicht verlangsamen oder umkehren konnten. Frühere experimentelle Studien deuteten darauf hin, dass vorhandene Medikamente möglicherweise wirksamer sind, wenn sie früh im Krankheitsverlauf verabreicht werden. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Aortenstenose in der Echokardiographie oder Computertomographie (CT) sichtbar wird, haben sich zugrunde liegende biochemische und molekulare Läsionen bereits entwickelt. Darüber hinaus ist bei Patienten mit Aortenklappenstenose nicht bekannt, wer sich schnell zu einer dynamischen Verengung der Klappe entwickeln wird, und frühere Forschungsstudien berichten von signifikant unterschiedlichen Progressionsraten bei Patienten, wobei etwa 20-25 % mehr als doppelte Raten aufweisen. Somit ist die Achillesferse des therapeutischen Managements von Patienten das Fehlen einer frühen Diagnose und Prognose des Krankheitsverlaufs.

Unter einer Kombination pathologischer Wirkungen durch Faktoren wie Bluthochdruck, Diabetes mellitus und Dyslipidämie bei Patienten mit einer möglichen genetischen Prädisposition kommt es zu einer Beeinträchtigung der normalen Struktur und Funktion des Endothels, was fortschreitend zur Erkrankung des darunter liegenden Klappengewebes führt. Lokale Azidose und Akkumulation von oxidativen Sauerstoffradikalen verursachen Schäden an Membran-Phospholipiden, Oxidation von Cholesterin und Proteinen, die ihre normale Quartärstruktur verlieren und abgebaut werden. Die allmähliche Ablagerung von Phosphat- und Calciumcarbonatsalzen über den pathologischen Proteinen führt zu einer Verkalkung des Klappengewebes. Intensive Entzündungsreaktion mit Aktivierung des Knochenmarks und Infiltration von Gewebe mit immunkompetenten Zellen begleitet die Schädigung: Makrophagen, B- und T-Lymphozyten, Mastzellen infiltrieren und tragen aktiv zur Krankheit bei. In dieser Umgebung führen von den Entzündungszellen sezernierte entzündliche Zytokine zur Aktivierung embryonaler Zellwege, die dazu beitragen, die Verkalkung weiter zu verstärken, indem sie residente Fibroblasten in aktive Osteoblasten umwandeln, die aktiv Calciumsalze durch extrazelluläre Vesikel ablagern.

An der Krankheit sind mehrere Zelltypen und entfernte Organe beteiligt (Leber – Cholesterinstoffwechsel, Milz und Knochenmark – Aktivierung der Immunantwort), und es wird erwartet, dass die Schädigung Fragmente biologischer und biochemischer Substanzen in den Blutkreislauf freisetzt. Daher wird erwartet, dass sich die Krankheit in Veränderungen des Serumproteins widerspiegelt. Es ist möglich, Proteine ​​und Metaboliten im Blutserum bei entsprechend ausgewählten Patienten nachzuweisen, die prospektiv aufgenommen und während des Verlaufs einer Aortenklappenstenose überwacht werden. Eine optimale Untergruppenbeschreibung von Patienten mit schneller oder langsamer Krankheitsprogression kann wichtige Informationen für die zukünftige klinische Diagnose und Prognose liefern. Darüber hinaus ist die Krankheit durch zelluläre Infiltration einer Vielzahl bekannter und unbekannter Immunzellen gekennzeichnet, die zu der Krankheit beitragen. Daher kann die Entdeckung neuer zellulärer Phänotypen, die mit dem Fortschreiten der Krankheit in Verbindung stehen, dazu beitragen, wichtige klinische Aspekte abzugrenzen.

Die Zwecke von Athena Valve sind:

(A) Erhebung von Daten zum Fortschreiten der Verkalkung und Aortenklappenstenose, Beschreibung von Subpopulationen mit schnellem und langsamem Fortschreiten und Aufzeichnung klinischer Ereignisse.

(B) Die bioinformatische Analyse von Daten aus kombinierter Transkriptomik-Metabolomik-Proteomik von erkranktem Tiermodell-Aortenklappengewebe im Früh-, Zwischen- und Endstadium, im Vergleich mit bestehenden Multi-Omics-Datenbanken von Patienten, um Kandidatenmoleküle – „Treiber " des Schadens mit kausalem Zusammenhang.

(C) Die differenzielle proteomische Analyse von Patientenserumproben mit schwerer Aortenklappenstenose, retrospektiv definiert als schnelle versus langsame Krankheitsprogression und Kontrollgruppe von Personen ohne Aortenklappenstenose und schwere Verkalkung.

(D) Die differentielle metabolomische Analyse von Patientenserumproben mit schwerer Aortenklappenstenose, retrospektiv definiert als schnelle versus langsame Krankheitsprogression und Kontrollgruppe von Personen ohne Aortenklappenstenose und schwere Verkalkung.

(E) Um das unterschiedliche Profil zirkulierender Immunzellen bei Patienten zu erhalten.

(F) Die integrierte bioinformatische Datenanalyse von differentiellem Patientenserum-Proteom und -Metabolom, angereichert mit den Ergebnissen des Tiermodells und bestehenden Datenbanken von anderen Patienten, um die wahrscheinlichsten – kausal verwandten Moleküle mit dem Krankheitsverlauf in einem molekularen Netzwerk zu bestimmen.

(G) Nutzung der wichtigeren Protein-Targets für die Entwicklung eines neuartigen Nachweis-Assays für mehrere Protein-Targets im Blutserum durch Multiplex-ELISA basierend auf den Ergebnissen der bioinformatischen Analyse.

(H) Anwendung des neuen Assay-Multiplex-ELISA in gepaarten Serumproben von Patienten mit mittelschwerer bis schwerer Aortenstenose und Kontrollgruppe von Personen ohne Aortenklappenstenose und schwerer Verkalkung, prospektiv aufgenommen und überwacht, erste Validierung des Assays und Überprüfung seiner Diagnostik Leistung.

Kurze Methodik:

Zwei unabhängige klinische Kohorten werden die erforderlichen Daten und Serumproben liefern. Die erste, eine retrospektive Kohorte von Patienten mit schwerer Aortenklappenstenose, wird Serum-, echokardiographische und klinische Unterschiede zwischen Untergruppen mit unterschiedlichen Progressionsraten definieren. Die zweite Kohorte, die prospektiv entwickelt wird, wird die retrospektiv erhaltenen klinischen und echokardiographischen Daten bestätigen und Baseline- und Follow-up-Messungen der Aortenklappenverkalkung (CT-Calcium-Score) liefern. Gepaarte Baseline- und Follow-up-Serumproben validieren Serumziele aus der retrospektiven Kohorte. Die Patienten werden jährlich mit Echokardiographie und mit Follow-up-CT 2 und 5 Jahre nach der Aufnahme untersucht.

Retrospektive Proteomik wird mit ungezielter Flüssigkeitschromatographie/Massenspektrometrie (LC/MS) und Metabolomik mit ungezielter Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) im seriellen Reaktionsüberwachungsmodus (SRM) durchgeführt. Prospektive Proteomik und Metabolomik werden quantitativ und zielgerichtet sein. Blutproben werden sofort eingefroren und bei -80 C gelagert.

Darüber hinaus werden periphere mononukleäre Blutzellen isoliert und bei -80 °C mit Differentialdichtezentrifugation kryokonserviert. Zellpopulationen werden mit Massenzytometrie, Durchflusszytometrie, Zellsortierung und molekularen Methoden analysiert.

Zur pathophysiologischen Anreicherung wird ein modifiziertes neuseeländisches Kaninchenmodell für Aortenstenose in einem Längsschnittprotokoll der Gewebeentnahme im Früh-, Zwischen- und Spätstadium der Erkrankung (entsprechend Entzündung - Verkalkung und nachfolgender Klappenstenose) verwendet.