Evaluación rápida, precisa y rentable de biomarcadores sanguíneos para el diagnóstico de conmoción cerebral (RACE)

ANTECEDENTES

Se estima que 100-300/100 000 personas en todo el mundo se presentan anualmente en un hospital con lesión cerebral traumática (LCT), la mayoría de las cuales se clasifican como leves. TBI es una interrupción en la función cerebral normal causada por fuerzas biomecánicas externas transmitidas directa o indirectamente a la cabeza, y es una de las principales causas de muerte y discapacidad en Canadá. Aproximadamente 1 de cada 450 canadienses reporta una lesión cerebral como su lesión más significativa asociada con discapacidad en el año anterior. La lesión cerebral traumática leve (mTBI, por sus siglas en inglés) se operacionaliza bajo gravedad clínica mediante una puntuación de 13 a 15 en la escala de coma de Glasgow (GCS, por sus siglas en inglés) y, a menudo, se usa indistintamente con conmoción cerebral, aunque la definición de consenso más reciente de conmoción cerebral se excluye por hallazgos positivos en las técnicas estándar de neuroimagen. . Aunque está catalogado como leve con tiempos de recuperación típicos dentro de las dos semanas posteriores a la lesión para adultos y cuatro semanas para jóvenes, hasta el 30 % de los pacientes con conmoción cerebral experimentan síntomas prolongados (dolor de cabeza, fatiga, mareos, insomnio, depresión, ansiedad, falta de equilibrio y problemas cognitivos). déficits, etc.) que contribuyen a un deterioro funcional significativo y a la carga de la enfermedad. Además, en 2016, aproximadamente el 10 % de las conmociones cerebrales diagnosticadas en Ontario regresaron al departamento de emergencias dentro de los 14 días posteriores a la lesión, lo que aumentó las demandas del sistema de atención médica.

Prestando su identidad como una de las lesiones más complejas para diagnosticar y manejar, la conmoción cerebral actualmente se basa en medidas subjetivas e informes de síntomas como índices clínicos de lesión. Ha habido un interés acelerado en abordar esta limitación a través de esfuerzos de investigación que trabajan para establecer medidas objetivas de lesiones, incluidas técnicas avanzadas de imágenes de neuroimagen, aprendizaje automático de funciones fisiológicas básicas (ondas cerebrales, frecuencia cardíaca, presión arterial, etc.) y biomarcadores sanguíneos. Los biomarcadores sanguíneos han mostrado resultados prometedores con respecto a su capacidad para detectar o predecir TBI grave y moderada, pero los resultados en mTBI son mixtos y requieren más investigación. Dos biomarcadores de lesión cerebral, la proteína ácida fibrilar glial (GFAP) y la ubiquitina c-terminal hidrolasa L1 (UCH-L1), fueron aprobados recientemente por la FDA para ayudar a identificar la necesidad de una tomografía computarizada para pacientes adultos con TBIm que podrían tener lesiones intracraneales. Sin embargo, más allá del nivel de evidencia actualmente insuficiente con respecto a las aplicaciones de biomarcadores sanguíneos para el diagnóstico o pronóstico de conmociones cerebrales, un obstáculo adicional para la implementación futura en un entorno clínico sigue siendo el alto costo y las metodologías de ensayo que consumen mucho tiempo para la detección de marcadores. La tecnología de matriz de molécula única (SIMOA) es un inmunoensayo totalmente automatizado capaz de detectar biomarcadores a nivel de femtogramos, aproximadamente 900 veces más sensible que los ensayos inmunoabsorbentes ligados a enzimas convencionales. Como el estándar de oro actual para la detección de biomarcadores de baja concentración, los costos monetarios y de procedimiento significativos pueden limitar las aplicaciones futuras de SIMOA para la detección de biomarcadores de conmociones cerebrales en entornos clínicos. Afortunadamente, los avances tecnológicos están ampliando los límites de los enfoques de análisis convencionales para minimizar el costo y maximizar la eficiencia, avanzando hacia dispositivos de análisis en el punto de atención.

Los investigadores han desarrollado un nanobiosensor GFAP capaz de medir concentraciones de GFAP en órdenes de magnitud similares a las de SIMOA. En resumen, el biosensor electroquímico GFAP se desarrolló utilizando carbono nanoporoso en electrodos serigrafiados con hidroxilamina (NH2OH). Los electrodos nanorrevestidos y funcionalizados se inmovilizaron con anticuerpo monoclonal de captura de GFAP antihumano y luego se bloquearon con albúmina de suero bovino. La frecuencia de unión de GFAP se tradujo a niveles de concentración sérica mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). El biosensor nanoporoso proporcionó una detección ultrasensible de GFAP en un amplio rango operativo de concentraciones de 100 fg/mL - 10 ng/mL en el suero humano. Detectó selectivamente GFAP cuando se probó frente a otros biomarcadores liberados después de una lesión cerebral, y reveló una sensibilidad clínica para la detección de pacientes con diferentes grados de TBI (n total = 70; TBI n = 26, control sano n = 44) al 84,62 % (95 % IC , 65,1% a 95,6%) y especificidad al 61,36% (IC, 45,5% a 75,6%). El límite de detección del biosensor GFAP se midió en 86,6 fg/mL en suero. Además, nuestro nano-biosensor demostró

OBJETIVOS

Objetivo principal: establecer la precisión clínica del nanobiosensor GFAP en pacientes con conmoción cerebral que acuden al servicio de urgencias desde el diagnóstico hasta la recuperación. Objetivo secundario: Evaluar la sensibilidad y la especificidad del nanobiosensor GFAP para la identificación de conmociones cerebrales mediante la comparación de pacientes con conmociones cerebrales con controles de lesiones musculoesqueléticas (MSK). Objetivo terciario: Evaluar las relaciones entre las concentraciones del nanobiosensor GFAP y los síntomas psicológicos (depresión, ansiedad), físicos (dolor de cabeza, trastornos del sueño, etc.) de la conmoción cerebral desde el diagnóstico hasta la recuperación. Objetivo cuaternario: Evaluar la correlación entre las concentraciones de hormonas del ciclo menstrual femenino (progesterona, estrógeno) y las concentraciones de nanobiosensores GFAP.

MÉTODOS

Este estudio tiene un objetivo de reclutamiento de 150 (representación del mismo sexo) pacientes con conmociones cerebrales agudas que se presenten en el departamento de emergencias (ED) en el centro médico Foothills de 18 a 65 años de edad. Además, se reclutará un grupo de 75 controles de lesiones musculoesqueléticas (MSK) (representación del mismo sexo) del mismo ED dentro del mismo rango de edad. En un diseño de cohorte prospectivo de medidas repetidas, los pacientes con conmoción cerebral completarán una visita inicial dentro de la semana posterior a la lesión, luego visitas de seguimiento a las 2, 6 y 12 semanas posteriores a la lesión o hasta que se recuperen. Los pacientes de control (MSK) completarán todas las medidas en una sola visita. A los pacientes con conmociones cerebrales que no se recuperen 12 semanas después de la lesión se les pedirá que completen cuestionarios 6 meses después de la lesión. Las medidas del estudio incluyen evaluaciones de resultados clínicos de calidad de vida, salud global, depresión, ansiedad, sueño y síntomas de conmoción cerebral, junto con extracciones de sangre. A los pacientes con conmoción cerebral se les pedirá que completen la escala de síntomas posteriores a la conmoción cerebral (PCSS) diariamente a través de un enlace en línea que se les envía cada mañana para monitorear la recuperación. A los fines de este estudio, se considerará que un paciente se ha recuperado si todos los síntomas se han resuelto y se indica un 100 % en una escala móvil que pregunta qué tan recuperado se siente el paciente de la conmoción cerebral. Todos los demás cuestionarios se completarán antes de las extracciones de sangre iniciales y de seguimiento. Los investigadores también proporcionarán a los pacientes con conmociones cerebrales un código QR vinculado al sitio web de los investigadores, donde los pacientes tendrán acceso a recursos educativos sobre conmociones cerebrales para comprender la lesión. Las dos técnicas de ensayo se compararán utilizando curvas de detección y distribución medias y análisis de Bland-Altman. El rendimiento del kit de biodetección GFAP en la detección de pacientes con conmociones cerebrales no complicadas y el seguimiento de su recuperación se evaluará en plasma y suero. La sensibilidad y especificidad clínica del biosensor GFAP en plasma y suero se evaluará mediante la curva de características operativas del receptor (ROC) en comparación con SIMOA.