Translational Immunodiagnostics in Stroke (TrImS) (TrImS)

Johdanto

Aivohalvaus on yleisin kuolleisuuden, sairastuvuuden ja työkyvyttömyyden aiheuttaja maailmanlaajuisesti. Vuonna 2010 se oli toiseksi yleisin kuolinsyy, kun taas vuonna 2019 se sijoittui kokonaisuutena kolmanneksi työkyvyttömyyskorjattujen elinvuosien (DALY) osalta ja toiseksi 50-vuotiaiden ja sitä vanhempien osalta. Akuutti iskeeminen aivohalvaus (AIS) on johtava kuolleisuuden ja sairastuvuuden syy Yhdysvalloissa, ja siihen vaikuttaa vuosittain yli 800 000 aikuista. Hongkongissa se on neljänneksi yleisin kuolinsyy. Sitä edeltää usein ohimenevä iskeeminen kohtaus (TIA), joka on ennakoiva tuleville aivoiskeemisille tapahtumille, ja aivohalvauksen riski on 20 % 90 päivän sisällä.

Aivohalvaus liittyy iskeemisiin, tulehdus-, verenvuoto- ja ateroskleroottisiin prosesseihin, jotka liittyvät veri-aivoesteen hajoamiseen ja lisääntyneeseen veren kautta kulkeutuvien proteiinien ja nukleiinihappojen määrään. On arvioitu, että "ei-lakunaarisen aivohalvauksen evoluution keskimääräinen kesto on 10 tuntia (vaihteluväli 6-18 tuntia) ja keskimääräinen neuronien lukumäärä ihmisen etuaivoissa on 22 miljardia. Potilailla, joilla on tyypillinen suuri suonen AIS, 120 miljoonaa hermosolua, 830 miljardia synapsia ja 714 km (447 mailia) myelinoituneita kuituja menetetään joka tunti. Jokaisessa minuutissa tuhoutuu 1,9 miljoonaa hermosolua, 14 miljardia synapsia ja 12 kilometriä myelinoituneita kuituja. Verrattuna normaaliin hermosolujen häviämisnopeuteen aivojen ikääntyessä, iskeemiset aivot vanhenevat 3,6 vuotta joka tunti ilman hoitoa. On myös todisteita tällaisesta vauriosta verenkierrossa muutaman minuutin tai tunnin kuluessa vakavasta traumasta, mukaan lukien päävamma.

Aivohalvauksen oikea-aikainen diagnoosi ja sen etiologinen luokittelu aivohalvaustyyppeihin on tärkeää, koska varhainen asianmukainen interventio johtaa huomattavasti parempiin tuloksiin. Ensinnäkin aivohalvauksen syyn selvittäminen vaikuttaa siihen, mikä hoito määrätään välittömästi. Esimerkiksi varhainen trombolyysi on indikoitu AIS:lle, mutta vasta-aiheinen hemorragiselle aivohalvaukselle (HS). AIS-diagnoosi 4,5 tunnin sisällä aivohalvauksen alkamisesta ja oikea-aikainen trombolyyttinen toimenpide parantaa aivohalvauksen lopputulosta. Antikoagulantti- ja verihiutaleiden vastainen hoito on tarkoitettu kardioemboliseen aivohalvaukseen tai TIA:han, mutta se on vasta-aiheinen aterogeenisten aivohalvausten yhteydessä. Jälkimmäisessä tapauksessa suositellaan verihiutaleiden torjuntaa. Suuren verisuonen tukkeuma hoidetaan paremmin leikkauksella kuin konservatiivisesti. Diagnoosin ja varhaisen puuttumisen viivästyminen lasketaan vältettävissä oleviksi DALY:iksi, sairastumiseksi, terveydenhuoltokuluiksi ja varhaiskuolleisuudeksi.

Kehittyneissä maissa aivohalvaus epäillään ja havaitaan kliinisen historian ja tutkimuksen perusteella ja vahvistetaan diagnostisesti aivoverenkierron kuvantamisella joko TT:llä ja/tai MRI:llä. Vaikka neurokuvantaminen on nykyinen paras standardi aivohalvauksen tunnistamiseen ja luokitteluun, se on kaukana optimaalisesta. Neurokuvantaminen antaa vain karkeita arvioita neurovaskulaarisista vaurioista, ei pysty tunnistamaan syytä (kryptogeeninen aivohalvaus) merkittävässä 5–15 prosentissa tapauksista ja tarjoaa vain vähän tietoa solujen ja molekyylien patofysiologiasta. Tämä puolestaan ​​viivästyttää varhaista hoitoa ja rajoittaa mahdollisten aivohalvauksen ehkäisyyn ja toipumiseen tarkoitettujen aineiden etsimistä. Lisäksi objektiivisen menetelmän puuttuminen aivohalvauksen alkamisen määrittämiseksi, esimerkiksi potilailla, jotka heräävät epäiltyä aivohalvausta, johtaa siihen, että 80 % AIS-potilaista ei saa trombolyysiä. Siksi aivohalvauksen dynaaminen patofysiologia on ymmärrettävä varhaisessa vaiheessa.

Molekyylibiomarkkerit, kuten tavanomainen ja erittäin herkkä troponiini, ovat muuttaneet akuuttia koronaarioireyhtymää sairastavien potilaiden havaitsemista ja riskien jakautumista. Tällaisia ​​merkkiaineita ei kuitenkaan ole olemassa aivohalvauksen tai TIA:n varhaiseen havaitsemiseen, diagnosointiin, luokitteluun ja riskien jakamiseen. Viime vuosikymmeninä tutkijat ovat etsineet aivohalvausmarkkereita, jotka voivat olla hyödyllisiä aivohalvauksen seulonnassa, havaitsemisessa, diagnosoinnissa, luokittelussa, seurannassa, ennustamisessa ja ennustamisessa. Monia ehdokasmarkkereita on tunnistettu, mutta yksikään ei ole ollut riittävän tarkka tai riittävän varhainen aivohalvauksen kehityksessä löytääkseen paikkansa kliinisessä hoidossa.

Suuri haaste on tunnistaa varhaiset, helposti saatavilla olevat biomarkkerit, joilla on korkea tarkkuus aivohalvauksen etiologian havaitsemiseksi, diagnosoimiseksi ja erottamiseksi. Viimeaikaiset tekniset löydöt viittaavat siihen, että monet veripohjaiset markkerit voidaan havaita sekä kvalitatiivisesti että kvantitatiivisesti hengityksestä ja syljestä käyttämällä immunomääritystä ja spektriprofiilia. Tällaiset tekniikat antavat tarkat tulokset minuuteissa tai sekunnissa. Haaste ei ole alavirtaan translaatioputkessa, vaan ylävirran -omics-merkkien löydöksissä. Kun se on löydetty, teknologiat nopeiden määritysten ja hoitopistetestien kehittämiseksi ovat jo käytössä.

Aivokohtaiset biomarkkerit aivohalvauksessa

Merkittäviä biomarkkereita aivohalvauksessa on etsitty pitkään. Se sisältää genomisen, transkriptomisen, proteomisen, metabolisen ja lipidomisen lähestymistavan. Esimerkiksi viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että kokoveren transkriptomiikka voi mahdollistaa tarkan AIS:n erottamisen. Ischemia Care Biomarkers of Acute Stroke Etiology (BASE) -tutkijat arvioivat parhaillaan RNA-geenin ilmentymistä perifeerisessä veressä aivohalvauspotilailla, jotka ilmaantuvat 30 tunnin sisällä aivohalvauksen alkamisesta (NCT02014896). BASE on monikeskustutkimus, johon osallistuu arviolta 1100 aikuista potilasta ja 100 ikää, sukupuolta ja samanaikaisia ​​sairauksia vastaavaa verrokkia, jotka saapuvat ensiapuosastolle (ED) tai sairaalaan AIS- tai TIA-epäilyllä. Näiden tutkimusten tuloksia odotetaan, mutta tällä hetkellä ei ole olemassa varhaista, tarkkaa biomarkkerialustaa, joka ohjaisi aivohalvauksen havaitsemista ja diagnostiikkaa.

On tehty laaja tutkimus gliasolujen aivospesifisistä proteomisista biomarkkereista [esim. S100 kalsiumia sitova proteiini B (S100B), gliafibrillaarinen hapan proteiini (GFAP)] ja hermosolut [esim. ubikitiini C-terminaalinen hydrolaasi-L1 (UCH-L1), neuronispesifinen enolaasi (NSE), alfa II-spektriini hajoamistuotteet (esim. SBDP120, SBDP145 ja SBDP150), myeliinin perusproteiini (MBP), neurofilamentin kevytketju (NF-L), tau-proteiini, visiniinin kaltainen proteiini-1 (VLP 1), NR2-peptidivaurio aivo-selkäydinnesteessä (CSF) ja ääreisveressä etsiessään oikea-aikaista diagnostista tietoa aivohalvauksesta [28]. Silti yksikään ei ole löytänyt tiensä kliiniseen käytäntöön.

Epäspesifiset biomarkkerit aivohalvauksessa

Kuten aiemmin mainittiin, aivohalvaus liittyy yleisiin, epäspesifisiin, iskeemisiin, tulehduksellisiin, verenvuotoisiin ja ateroskleroottisiin prosesseihin, jotka liittyvät veri-aivoesteen hajoamiseen ja lisääntyneeseen veren kautta kulkeutuvien proteiinien ja nukleiinihappojen määrään. Yksityiskohtainen tarkastelu epäspesifisistä mutta patologiaan liittyvistä aivohalvauksen biomarkkereista ei kuulu tämän johdannon piiriin. Omics-lähestymistavassa tulisi kuitenkin mainita lipidomiikka.

Aivohalvauksen lipidomiikan tutkimukseen on sisältynyt tavanomaisia ​​ja edistyneitä lipidimenetelmiä. Esimerkiksi sfingolipidien, fosfolipidien (mukaan lukien lyso- ja eetterilajit), kolesteryyliesterit ja glyserolipidit on osoitettu ennustavan tulevia kardiovaskulaarisia tapahtumia ja sydän- ja verisuoniperäisiä kuolemantapauksia, mutta eivät millään suurella tarkkuudella. Seitsemän lipidilajin lisääminen 14 perinteisen riskitekijän ja lääkkeen perusmalliin paransi kardiovaskulaaristen tapahtumien ennustetta C-tilastolla 0,680:sta 0,700:aan (P

Ratkaisematon kliininen tarve

Potilaat hakeutuvat usein ensiapuun, yleislääkäreille, yhteisölle, esisairaalaan ja sairaalaosastoille epäiltyään akuuttia aivohalvausta, jossa diagnoosin viivästykset johtavat hoidon viivästymiseen ja tehottomiin terveydenhuoltoprosesseihin. Kliininen taju on vaihteleva ja subjektiivinen. Tarkkoja, objektiivisia, varhaisia, turvallisia, minimaalisesti invasiivisia, diagnostisia ja prognostisia testejä tarvitaan tiedottamaan aivohalvauksesta. Edistyneet sairaudet ovat yksi yleisimmistä olosuhteista näiden sairauksien akuuteille ilmauksille.

Vastaamattomia kysymyksiä

Monet kysymykset ovat tällä hetkellä vastaamatta. Voidaanko aivo- ja patologispesifisiä pienimolekyylisiä proteiineja ja nukleiinihappoja havaita kvantitatiivisesti verenkierrosta (esim. kokoveri, plasma) ja sylki muutaman minuutin tai tunnin sisällä akuutin aivohalvauksen ja TIA:n alkamisesta? Sopivatko tällaiset havainnot ajalliseen, dynaamiseen ja mekaaniseen rooliin iskeemisissä, tulehduksellisissa, immunologisissa, verenvuotoisissa, apoptoottisissa, ateroskleroottisissa, palautumis- ja regeneratiivisissa prosesseissa, jotka liittyvät aivohalvaukseen ja TIA:han? Onko tällaisten merkkiaineiden häiriöillä (korotuksilla tai laskuilla) merkitystä aivohalvauspotilaiden havaitsemisessa, diagnoosissa, aivohalvauksen luokittelussa, ennustamisessa ja ennustamisessa? Tee aivospesifisten biomarkkereiden ja epäspesifisten patologisten merkkiaineiden yhdistelmiä (esim. ateroskleroottinen, tulehduksellinen) parantaa aivohalvauksen havaitsemista, diagnosointia ja erilaistumista? Voisiko tällaisten merkkiaineiden löytäminen ohjata kliinisiä reittejä ja johtaa lopulta uusiin rokotteisiin ja terapeuttisiin interventioihin tällaisissa potilaissa?

Kysymyksiä

1. Mitkä aikuispotilaiden, joilla on epäilty akuutti aivohalvaus, ED-potilailla, yhdistelmät varhaisen aivospesifisen ja patologispesifisen panorOmics nestebiopsian biomarkkerit optimoivat aivohalvauksen havaitsemisen, diagnoosin, dynamiikan ja erilaistumisen?

2. Mitkä varhaiset nestemäisten biopsiabiomarkkerien panorOmics-alustat ovat hyödyllisiä aikuispotilailla, jotka esittelevät sairastuneille, joilla epäillään akuuttia aivohalvaustyyppiä, hoitovastetta, seurantaa ja ennustetta?

   • Aivohalvausta epäillään, jos potilas on FAST tai LAPSS tai ROSIER positiivinen. Epäilty aivohalvaus sisältää aivohalvauksen jäljitelmät, TIA:n, AIS:n ja HS:n.
   • Nestebiopsia sisältää kokoveren, plasman, seerumin, valkosolupelletin ja punasolujen jäteveden sekä syljen
   • Nestemäisiä biopsian biomarkkereita ovat genominen, transkriptominen, proteominen, metabolominen, lipidominen ja hematologinen sisältö.
   • Aivohalvaustyyppejä ovat HS ja AIS.

Hypoteesi

Oletamme, että aivohalvaus sisältää nopean, monimutkaisen iskemian, nekroosin, apoptoosin ja aivoesteen hajoamisen prosessin, joka vapauttaa kudosspesifisiä genomisia, epigenomisia, transkriptomisia ja proteomisia markkereita verenkiertoon varhain aivoverenkierron patofysiologian aikana. Nämä biomarkkerit havaitaan varhaisessa vaiheessa helposti saatavilla olevista nesteistä, kuten kokoverestä, plasmasta, seerumista ja syljestä. Dynaamiset muutokset ovat hyödyllisiä henkilökohtaisessa sairauksien havaitsemisessa, diagnosoinnissa, riskien jakamisessa, sairauksien ja terapeuttisessa seurannassa, ennustamisessa ja ennustamisessa. Dynaamiset muutokset voivat myös mahdollistaa aivohalvauksen alkamisen kohtuullisen arvioinnin ja mahdollistaa varhaisen puuttumisen potilaille, joiden aivohalvauksen alkamista ei muuten tunneta.

Tavoitteet

Aikuisilla potilailla, jotka saavat ED:n 24 tunnin kuluessa oireiden alkamisesta epäillyn akuutin aivohalvauksen vuoksi, pyrimme:

1. Löytötutkimuksessa - tunnistaa varhaiset aivo- ja patologispesifiset verenkierron, kokoveren, plasman ja seerumin panoroomiset biomarkkerit, jotka mahdollistavat varhaisen akuutin aivohalvauksen havaitsemisen, diagnoosin, dynamiikan, erottamisen, seurannan, ennustamisen ja ennustamisen. Löytötutkimuksessa - tunnistaa varhaiset aivo- ja patologispesifiset panoroomiset biomarkkerit syljestä, jotka mahdollistavat varhaisen akuutin aivohalvauksen havaitsemisen, diagnoosin, dynamiikan, erilaistumisen, seurannan, ennustamisen ja ennusteen.
2. Kehitystutkimuksessa harjoitussarjoja käyttäen - biomarkkerialustojen johtaminen akuutin aivohalvauksen varhaiseen havaitsemiseen, diagnoosiin, dynamiikkaan, erilaistumiseen, seurantaan, ennustamiseen ja ennustamiseen
3. Validointitutkimuksessa testisarjoja käyttäen - näiden mallien validointi riippumattomissa ja ulkoisissa aineistoissa