Translationale Immundiagnostik beim Schlaganfall (TrimS) (TrImS)

Einführung

Der Schlaganfall ist weltweit eine der Hauptursachen für Gesamtsterblichkeit, Morbidität und Behinderung. Im Jahr 2010 war es die zweithäufigste Todesursache, während es im Jahr 2019 bei den behinderungsbereinigten Lebensjahren (DALYs) insgesamt an dritter Stelle und bei Personen ab 50 Jahren an zweiter Stelle stand. Der akute ischämische Schlaganfall (AIS) ist eine der Hauptursachen für Mortalität und Morbidität in den USA und betrifft jedes Jahr über 800.000 Erwachsene. In Hongkong ist es die vierthäufigste Todesursache. Ihr geht häufig eine transitorische ischämische Attacke (TIA) voraus, die ein Vorbote zukünftiger zerebraler ischämischer Ereignisse mit einem Schlaganfallrisiko von 20 % innerhalb von 90 Tagen ist.

Ein Schlaganfall ist mit ischämischen, entzündlichen, hämorrhagischen und atherosklerotischen Prozessen verbunden, die mit einer Störung der Blut-Hirn-Schranke und einer Zunahme von im Blut enthaltenen Proteinen und Nukleinsäuren verbunden sind. Es wird geschätzt, dass „die durchschnittliche Dauer der nicht-lakunaren Schlaganfallentwicklung 10 Stunden beträgt (Bereich 6 bis 18 Stunden) und die durchschnittliche Anzahl von Neuronen im menschlichen Vorderhirn 22 Milliarden beträgt. Bei Patienten mit einem typischen AIS großer Gefäße gehen jede Stunde 120 Millionen Neuronen, 830 Milliarden Synapsen und 714 km (447 Meilen) myelinisierte Fasern verloren. In jeder Minute werden 1,9 Millionen Neuronen, 14 Milliarden Synapsen und 12 km (7,5 Meilen) myelinisierte Fasern zerstört. Verglichen mit der normalen Neuronenverlustrate bei der Gehirnalterung altert das ischämische Gehirn ohne Behandlung stündlich um 3,6 Jahre. Es gibt auch Hinweise auf eine solche Verletzung im Kreislauf innerhalb von Minuten bis Stunden nach einem schweren Trauma, einschließlich einer Kopfverletzung.

Die rechtzeitige Diagnose des Schlaganfalls und seine ätiologische Klassifizierung in Schlaganfalltypen ist wichtig, da eine frühzeitige angemessene Intervention zu erheblich verbesserten Ergebnissen führt. Erstens beeinflusst die Bestimmung der Ursache des Schlaganfalls, welche Behandlung sofort verschrieben wird. Beispielsweise ist eine frühe Thrombolyse bei AIS indiziert, aber bei hämorrhagischem Schlaganfall (HS) kontraindiziert. Eine Diagnose von AIS innerhalb von 4,5 Stunden nach Beginn des Schlaganfalls, gefolgt von einer rechtzeitigen thrombolytischen Intervention, verbessert das Outcome des Schlaganfalls. Antikoagulantien und Thrombozytenaggregationshemmer sind bei kardioembolischen Schlaganfällen oder TIA indiziert, bei atherogenen Schlaganfällen jedoch kontraindiziert. Im letzteren Fall werden Thrombozytenaggregationshemmer empfohlen. Große Gefäßverschlüsse werden besser operativ als konservativ behandelt. Verzögerungen bei der Diagnose und frühzeitigem Eingreifen zählen zu vermeidbaren DALYs, Morbidität, Gesundheitsausgaben und früher Sterblichkeit.

In den Industrieländern wird ein Schlaganfall durch Anamnese und Untersuchung vermutet und erkannt und diagnostisch durch zerebrovaskuläre Bildgebung entweder durch CT und/oder MRT bestätigt. Während die Neurobildgebung den derzeit besten Standard für die Erkennung und Klassifizierung von Schlaganfällen darstellt, ist sie bei weitem nicht optimal. Neuroimaging liefert nur grobe Schätzungen von neurovaskulären Schäden, kann die Ursache (kryptogener Schlaganfall) in signifikanten 5–15 % der Fälle nicht identifizieren und liefert wenig Informationen über die zelluläre und molekulare Pathophysiologie. Dies wiederum verzögert eine frühzeitige Behandlung und schränkt die Suche nach potenziellen Mitteln zur Prävention und Genesung von Schlaganfällen ein. Darüber hinaus führt das Fehlen einer objektiven Methode zur Bestimmung des Beginns eines Schlaganfalls, beispielsweise bei Patienten, die mit Verdacht auf Schlaganfall aufwachen, dazu, dass 80 % der Patienten mit AIS keine Thrombolyse erhalten. Daher ist es notwendig, die dynamische Pathophysiologie des Schlaganfalls in einem frühen Stadium zu verstehen.

Molekulare Biomarker wie konventionelles und hochsensitives Troponin haben die Erkennung und Risikostratifizierung von Patienten mit akutem Koronarsyndrom verändert. Für die Früherkennung, Diagnose, Klassifizierung und Risikostratifizierung von Schlaganfall oder TIA existieren jedoch keine derartigen Marker. In den letzten mehreren Jahrzehnten haben Forscher nach Schlaganfallmarkern gesucht, die für das Screening, den Nachweis, die Diagnose, die Klassifizierung, die Überwachung, die Vorhersage und die Prognose von Schlaganfällen nützlich sein könnten. Viele Kandidatenmarker wurden identifiziert, aber keiner war ausreichend genau oder früh genug in der Schlaganfallentwicklung, um einen Platz in der klinischen Behandlung zu finden.

Die große Herausforderung besteht darin, frühe, zugängliche Biomarker mit hoher Genauigkeit für die Erkennung, Diagnose und Differenzierung der Schlaganfall-Ätiologie zu identifizieren. Jüngste technologische Entdeckungen legen nahe, dass viele auf Blut basierende Marker sowohl qualitativ als auch quantitativ in Atem und Speichel unter Verwendung von Immunoassays und spektraler Profilerstellung nachgewiesen werden können. Solche Technologien liefern innerhalb von Minuten bis Sekunden genaue Ergebnisse. Die Herausforderung liegt nicht stromabwärts in der Translationspipeline, sondern in den stromaufwärts gelegenen Entdeckungen von -omics-Markern. Einmal entdeckt, sind die Technologien zur Entwicklung von Schnellassays und Point-of-Care-Tests bereits vorhanden.

Gehirnspezifische Biomarker bei Schlaganfall

Die Suche nach aussagekräftigen Biomarkern beim Schlaganfall hat lange gedauert. Es umfasst genomische, transkriptomische, proteomische, metabolische und lipidomische Ansätze. Neuere Studien deuten beispielsweise darauf hin, dass Vollblut-Transkriptomik eine genaue AIS-Differenzierung ermöglichen kann. Die Forscher von Ischemia Care Biomarkers of Acute Stroke Etiology (BASE) untersuchen derzeit die RNA-Genexpression im peripheren Blut von Schlaganfallpatienten, die sich innerhalb von 30 Stunden nach Beginn des Schlaganfalls vorstellen (NCT02014896). BASE ist eine multizentrische, prospektive Studie mit einer geschätzten Rekrutierung von 1100 erwachsenen Patienten und 100 alters-, geschlechts- und komorbiditätsabgestimmten Kontrollpersonen, die sich mit Verdacht auf AIS oder TIA in der Notaufnahme (ED) oder im Krankenhaus vorstellen. Die Ergebnisse dieser Studien stehen noch aus, aber derzeit gibt es keine frühe, genaue Biomarker-Plattform für die Erkennung und Diagnose von Schlaganfällen.

Es gab umfangreiche Studien zu gehirnspezifischen proteomischen Biomarkern von Gliazellen [z. S100 Calcium-bindendes Protein B (S100B), gliales fibrilläres saures Protein (GFAP)] und neuronale Zellen [z. Ubiquitin C-terminale Hydrolase-L1 (UCH-L1), Neuronenspezifische Enolase (NSE), Alpha-II-Spektrin-Abbauprodukte (z. SBDP120, SBDP145 und SBDP150), Myelin-Basisprotein (MBP), Neurofilament-Leichtkette (NF-L), Tau-Protein, Visinin-ähnliches Protein-1 (VLP 1), NR2-Peptid-Verletzung in Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) und peripherem Blut bei der Suche nach zeitnahen diagnostischen Informationen für einen Schlaganfall [28]. Doch keines hat den Weg in die klinische Praxis gefunden.

Unspezifische Biomarker bei Schlaganfall

Wie bereits erwähnt, ist Schlaganfall mit generischen, unspezifischen, ischämischen, entzündlichen, hämorrhagischen und atherosklerotischen Prozessen verbunden, die mit einer Störung der Blut-Hirn-Schranke und einer Zunahme von im Blut enthaltenen Proteinen und Nukleinsäuren verbunden sind. Eine detaillierte Übersicht über unspezifische, aber pathologierelevante Schlaganfall-Biomarker würde den Rahmen dieser Einführung sprengen. Ein Omics-Ansatz sollte jedoch Lipidomics erwähnen.

Die Lipidomics-Forschung bei Schlaganfällen umfasst konventionelle und fortschrittliche Lipidansätze. Beispielsweise wurde gezeigt, dass Sphingolipide, Phospholipide (einschließlich Lyso- und Ether-Spezies), Cholesterylester und Glycerolipide zukünftige kardiovaskuläre Ereignisse und kardiovaskulären Tod vorhersagen, jedoch nicht mit einem hohen Maß an Genauigkeit. Das Hinzufügen von sieben Lipidspezies zu einem Basismodell aus 14 traditionellen Risikofaktoren und Medikamenten verbesserte die Vorhersage von kardiovaskulären Ereignissen mit einer C-Statistik von 0,680 auf 0,700 (P

Der ungedeckte klinische Bedarf

Patienten stellen sich häufig mit Verdacht auf einen akuten Schlaganfall in Notaufnahmen, Hausarztpraxen, ambulanten, präklinischen und Krankenhausstationen vor, wo Verzögerungen bei der Diagnose zu Verzögerungen bei der Behandlung und ineffizienten Gesundheitsversorgungsprozessen führen. Klinischer Scharfsinn ist variabel und subjektiv. Genaue, objektive, frühe, sichere, minimal-invasive, diagnostische und prognostische Tests sind erforderlich, um Informationen über einen Schlaganfall zu erhalten. EDs sind eine der häufigsten Situationen für akute Präsentationen dieser Krankheiten.

Unbeantwortete Fragen

Viele Fragen sind derzeit unbeantwortet. Lassen sich hirn- und pathologiespezifische niedermolekulare Proteine ​​und Nukleinsäuren quantitativ im Kreislauf nachweisen (z. Vollblut, Plasma) und Speichel innerhalb von Minuten bis Stunden nach Beginn des akuten Schlaganfalls und TIA? Passen solche Erkennungen zu einer zeitlichen, dynamischen und mechanistischen Rolle in den ischämischen, entzündlichen, immunologischen, hämorrhagischen, apoptotischen, atherosklerotischen, Genesungs- und regenerativen Prozessen, die mit Schlaganfall und TIA in Verbindung stehen? Spielen Störungen (Erhöhungen oder Erniedrigungen) solcher Marker eine Rolle bei der Erkennung, Diagnose, Schlaganfallklassifizierung, Vorhersage und Prognose bei Patienten mit Schlaganfall? Kombinieren Sie gehirnspezifische Biomarker und unspezifische pathologische Marker (z. atherosklerotisch, entzündlich) Schlaganfallerkennung, Diagnose und Differenzierung verbessern? Könnte die Entdeckung solcher Marker klinische Wege leiten und letztendlich zu neuartigen Impfstoffen und therapeutischen Interventionen bei solchen Patienten führen?

Fragen

1. Welche Kombinationen früher gehirnspezifischer und pathologiespezifischer panorOmics-Flüssigbiopsie-Biomarker optimieren bei erwachsenen Patienten, die sich mit Verdacht auf akuten Schlaganfall in Notaufnahmen vorstellen, die Erkennung, Diagnose, Dynamik und Differenzierung von Schlaganfällen?

2. Welche frühen panorOmics-Plattformen von Flüssigbiopsie-Biomarkern sind bei erwachsenen Patienten, die sich mit Verdacht auf akuten Schlaganfall in EDs vorstellen, nützlich, um das Ansprechen auf die Behandlung, die Überwachung und die Prognose bei unterschiedlichen Schlaganfalltypen vorherzusagen?

   • Ein Schlaganfall wird vermutet, wenn die Patienten FAST-, LAPSS- oder ROSIER-positiv sind. Verdacht auf Schlaganfall umfasst Schlaganfallimitationen, TIA, AIS und HS.
   • Flüssigbiopsie umfasst Vollblut, Plasma, Serum, weiße Blutkörperchen und Erythrozytenabfluss sowie Speichel
   • Flüssigbiopsie-Biomarker umfassen genomische, transkriptomische, proteomische, metabolomische, lipidomische und hämatologische Inhalte.
   • Zu den Strichtypen gehören HS und AIS.

Hypothese

Wir nehmen an, dass ein Schlaganfall einen schnellen, komplexen Prozess von Ischämie, Nekrose, Apoptose und Unterbrechung der Hirnschranke beinhaltet, der gewebespezifische genomische, epigenomische, transkriptomische und proteomische Marker in den Blutstrom früh im Verlauf der zerebrovaskulären Pathophysiologie freisetzt. Diese Biomarker sollen frühzeitig in leicht zugänglichen Flüssigkeiten wie Vollblut, Plasma, Serum und Speichel nachgewiesen werden. Die dynamischen Änderungen werden für die personalisierte Krankheitserkennung, Diagnose, Risikostratifizierung, Krankheits- und Therapieüberwachung, Vorhersage und Prognose nützlich sein. Die dynamischen Veränderungen können auch eine vernünftige Beurteilung des Schlaganfallbeginns ermöglichen und eine frühzeitige Intervention bei Patienten mit ansonsten unbekanntem Schlaganfallbeginn ermöglichen.

Ziele

Bei erwachsenen Patienten, die sich innerhalb von 24 Stunden nach Auftreten der Symptome mit Verdacht auf einen akuten Schlaganfall in Notaufnahmen vorstellen, streben wir Folgendes an:

1. In der Entdeckungsforschung – zur Identifizierung früher gehirn- und pathologiespezifischer zirkulierender, Vollblut-, Plasma- und Serum-Panorama-Biomarker, die eine frühe Erkennung, Diagnose, Dynamik, Differenzierung, Überwachung, Vorhersage und Prognose eines akuten Schlaganfalls ermöglichen. In der Entdeckungsforschung – um frühe gehirn- und pathologiespezifische, panoromische Biomarker im Speichel zu identifizieren, die eine frühe Erkennung, Diagnose, Dynamik, Differenzierung, Überwachung, Vorhersage und Prognose eines akuten Schlaganfalls ermöglichen.
2. In der Entwicklungsforschung unter Verwendung von Trainingssets - zur Ableitung von Biomarker-Plattformen von Modellen zur frühen akuten Schlaganfallerkennung, Diagnose, Dynamik, Differenzierung, Überwachung, Vorhersage und Prognose
3. In der Validierungsforschung mit Testsets - um diese Modelle in unabhängigen und externen Datensätzen zu validieren