Immunodiagnostica traslazionale nell'ictus (TrImS) (TrImS)

introduzione

L'ictus è una delle principali cause di mortalità, morbilità e disabilità in tutto il mondo. Nel 2010 è stata la seconda causa di morte, mentre nel 2019 si è classificata al terzo posto assoluto per gli anni di vita aggiustati per la disabilità (DALY) e al secondo per le persone di età pari o superiore a 50 anni. L'ictus ischemico acuto (AIS) è una delle principali cause di mortalità e morbilità negli Stati Uniti e colpisce oltre 800.000 adulti ogni anno. A Hong Kong è la quarta causa di morte. È spesso preceduto da un attacco ischemico transitorio (TIA) che è foriero di futuri eventi ischemici cerebrali con un rischio del 20% di ictus entro 90 giorni.

L'ictus è associato a processi ischemici, infiammatori, emorragici e aterosclerotici legati alla rottura della barriera emato-encefalica e all'aumento delle proteine ​​ematiche e degli acidi nucleici. Si stima che "la durata media dell'evoluzione dell'ictus non lacunare sia di 10 ore (intervallo da 6 a 18 ore) e il numero medio di neuroni nel cervello anteriore umano sia di 22 miliardi". Nei pazienti che soffrono di una tipica AIS dei grandi vasi, ogni ora vengono persi 120 milioni di neuroni, 830 miliardi di sinapsi e 714 km (447 miglia) di fibre mielinizzate. In ogni minuto vengono distrutti 1,9 milioni di neuroni, 14 miliardi di sinapsi e 12 km (7,5 miglia) di fibre mielinizzate. Rispetto al normale tasso di perdita di neuroni nell'invecchiamento cerebrale, il cervello ischemico invecchia 3,6 anni ogni ora senza trattamento'. Ci sono anche prove di tale lesione nella circolazione entro pochi minuti o ore dal trauma maggiore, incluso il trauma cranico.

La diagnosi tempestiva dell'ictus e la sua classificazione eziologica in tipi di ictus è importante in quanto l'intervento tempestivo appropriato si traduce in esiti notevolmente migliorati. In primo luogo, la determinazione della causa dell'ictus influisce sul trattamento immediatamente prescritto. Ad esempio, la trombolisi precoce è indicata per l'AIS ma controindicata per l'ictus emorragico (HS). Una diagnosi di AIS entro 4,5 ore dall'insorgenza dell'ictus seguita da un tempestivo intervento trombolitico migliora l'esito dell'ictus. La terapia anticoagulante e antiaggregante piastrinica è indicata per ictus cardioembolico o TIA ma controindicata per ictus aterogenico. In quest'ultimo caso, si raccomandano antiaggreganti piastrinici. L'occlusione dei grandi vasi viene trattata meglio chirurgicamente che in modo conservativo. I ritardi nella diagnosi e nell'intervento precoce contano come DALY evitabili, morbilità, spesa sanitaria e mortalità precoce.

Nel mondo sviluppato, l'ictus viene sospettato e rilevato dalla storia clinica e dall'esame obiettivo e confermato diagnosticamente dall'imaging cerebrovascolare mediante TC e/o RM. Sebbene il neuroimaging rappresenti l'attuale miglior standard per l'identificazione e la classificazione dell'ictus, è tutt'altro che ottimale. Il neuroimaging fornisce solo stime grossolane del danno neurovascolare, non riesce a identificare la causa (ictus criptogenico) in un significativo 5-15% dei casi e fornisce poche informazioni sulla fisiopatologia cellulare e molecolare. Ciò a sua volta ritarda il trattamento precoce e limita la ricerca di potenziali agenti per la prevenzione e il recupero dell'ictus. Inoltre, l'assenza di un metodo oggettivo per determinare l'insorgenza dell'ictus, ad esempio nei pazienti che si svegliano con un sospetto ictus, fa sì che l'80% dei pazienti con AIS non ricevano trombolisi. Pertanto, è necessario comprendere la fisiopatologia dinamica dell'ictus in una fase iniziale.

I biomarcatori molecolari come la troponina convenzionale e ad alta sensibilità hanno trasformato il rilevamento e la stratificazione del rischio dei pazienti con sindrome coronarica acuta. Tuttavia, non esistono marcatori di questo tipo per la diagnosi precoce, la diagnosi, la classificazione e la stratificazione del rischio di ictus o TIA. Negli ultimi decenni, i ricercatori hanno cercato marcatori di ictus che potrebbero essere utili per lo screening, il rilevamento, la diagnosi, la classificazione, il monitoraggio, la previsione e la prognosi dell'ictus. Sono stati identificati molti marcatori candidati, ma nessuno è stato sufficientemente accurato o abbastanza precoce nello sviluppo dell'ictus da trovare un posto nell'assistenza clinica.

La grande sfida è identificare biomarcatori precoci e accessibili con un alto livello di accuratezza per rilevare, diagnosticare e differenziare l'eziologia dell'ictus. Recenti scoperte tecnologiche suggeriscono che molti marcatori a base di sangue possono essere rilevati sia qualitativamente che quantitativamente nel respiro e nella saliva utilizzando il dosaggio immunologico e la profilazione spettrale. Tali tecnologie producono risultati accurati in pochi minuti o secondi. La sfida non è a valle nella pipeline traslazionale, ma nelle scoperte a monte dei marcatori -omici. Una volta scoperte, le tecnologie per lo sviluppo di analisi rapide e test point-of-care sono già in atto.

Biomarcatori specifici del cervello nell'ictus

La ricerca di biomarcatori significativi nell'ictus è stata lunga. Include approcci genomici, trascrittomici, proteomici, metabolici e lipidomici. Ad esempio, studi recenti suggeriscono che la trascrittomica del sangue intero può consentire un'accurata differenziazione dell'AIS. I ricercatori di Ischemia Care Biomarkers of Acute Stroke Etiology (BASE) stanno attualmente valutando l'espressione genica dell'RNA nel sangue periferico in pazienti con ictus che si presentano entro 30 ore dall'insorgenza dell'ictus (NCT02014896). BASE è uno studio prospettico multicentrico con un arruolamento stimato di 1100 pazienti adulti e 100 controlli abbinati per età, sesso e comorbilità che si presentano al Pronto Soccorso (DE) o all'ospedale con sospetta AIS o TIA. I risultati di questi studi sono attesi, ma al momento non esiste una piattaforma di biomarcatori precoce e accurata per guidare il rilevamento e la diagnostica dell'ictus.

Sono stati condotti studi approfonditi sui biomarcatori proteomici specifici del cervello delle cellule gliali [ad es. S100 proteina B legante il calcio (S100B), proteina acida fibrillare gliale (GFAP)] e cellule neuronali [ad es. ubiquitina C-terminale idrolasi-L1 (UCH-L1), enolasi neurone-specifica (NSE), prodotti di degradazione della spettrina alfa II (ad es. SBDP120, SBDP145 e SBDP150), proteina basica della mielina (MBP), catena leggera del neurofilamento (NF-L), proteina tau, proteina simile alla visinina-1 (VLP 1), lesione del peptide NR2 nel liquido cerebrospinale (CSF) e nel sangue periferico nella ricerca di informazioni diagnostiche tempestive per l'ictus [28]. Eppure nessuno ha trovato la sua strada nella pratica clinica.

Biomarcatori non specifici nell'ictus

Come accennato in precedenza, l'ictus è associato a processi generici, non specifici, ischemici, infiammatori, emorragici e aterosclerotici che sono collegati alla rottura della barriera ematoencefalica e all'aumento delle proteine ​​ematiche e degli acidi nucleici. Una revisione dettagliata dei biomarcatori dell'ictus non specifici ma rilevanti per la patologia va oltre lo scopo di questa introduzione. Tuttavia, un approccio Omics dovrebbe includere una menzione della lipidomica.

La ricerca sulla lipidomica nell'ictus ha incluso approcci lipidici convenzionali e avanzati. Ad esempio, sfingolipidi, fosfolipidi (incluse specie liso ed etere), esteri del colesterolo e glicerolipidi hanno dimostrato di prevedere futuri eventi cardiovascolari e morte cardiovascolare, ma non con un elevato grado di accuratezza. L'aggiunta di sette specie lipidiche a un modello base di 14 fattori di rischio e farmaci tradizionali ha migliorato la previsione degli eventi cardiovascolari con una statistica C da 0,680 a 0,700 (P

Il bisogno clinico insoddisfatto

I pazienti comunemente si presentano ai pronto soccorso, alle pratiche generali, alla comunità, ai reparti preospedalieri e ospedalieri con sospetto ictus acuto dove i ritardi nella diagnosi si traducono in ritardi nel trattamento e processi sanitari inefficienti. L'acume clinico è variabile e soggettivo. Sono necessari test accurati, oggettivi, precoci, sicuri, minimamente invasivi, diagnostici e prognostici per informare sull'ictus. I DE sono una delle impostazioni più comuni per le presentazioni acute di queste malattie.

Domande senza risposta

Molte domande sono attualmente senza risposta. Le piccole proteine ​​molecolari e gli acidi nucleici specifici del cervello e della patologia possono essere rilevati quantitativamente nella circolazione (ad es. sangue intero, plasma) e saliva entro minuti o ore dall'insorgenza di ictus acuto e TIA? Tali rilevamenti si adattano a un ruolo temporale, dinamico e meccanicistico nei processi ischemici, infiammatori, immunologici, emorragici, apoptotici, aterosclerotici, di recupero e rigenerativi implicati nell'ictus e nel TIA? Le perturbazioni (incrementi o riduzioni) di tali marcatori hanno un ruolo nel rilevamento, nella diagnosi, nella classificazione dell'ictus, nella previsione e nella prognosi nei pazienti con ictus? Fare combinazioni di biomarcatori cerebrali specifici e marcatori patologici non specifici (ad es. aterosclerotico, infiammatorio) migliorare il rilevamento, la diagnosi e la differenziazione dell'ictus? La scoperta di tali marcatori potrebbe guidare i percorsi clinici e portare alla fine a nuovi vaccini e interventi terapeutici in tali pazienti?

Domande

1. Nei pazienti adulti che si presentano ai PS con sospetto ictus acuto, quali combinazioni di biomarcatori di biopsia liquida panorOmics specifici per cervello e patologia ottimizzano il rilevamento, la diagnosi, la dinamica e la differenziazione dell'ictus?

2. Nei pazienti adulti che si presentano ai PS con sospetto ictus acuto, quali piattaforme panorOmics precoci di biomarcatori di biopsia liquida sono utili per prevedere la risposta al trattamento, il monitoraggio e la prognosi nei diversi tipi di ictus?

   • L'ictus è sospettato se i pazienti sono FAST o LAPSS o ROSIER positivi. L'ictus sospetto include mimica dell'ictus, TIA, AIS e HS.
   • La biopsia liquida comprende sangue intero, plasma, siero, pellet di globuli bianchi e effluenti di globuli rossi e saliva
   • I biomarcatori della biopsia liquida includono contenuti genomici, trascrittomici, proteomici, metabolomici, lipidomici ed ematologici.
   • I tipi di ictus includono HS e AIS.

Ipotesi

Ipotizziamo che l'ictus comporti un processo rapido e complesso di ischemia, necrosi, apoptosi e rottura della barriera cerebrale che rilascia marcatori genomici, epigenomici, trascrittomici e proteomici specifici del tessuto nel flusso sanguigno all'inizio del corso della fisiopatologia cerebrovascolare. Questi biomarcatori saranno rilevati precocemente in fluidi facilmente accessibili come sangue intero, plasma, siero e saliva. I cambiamenti dinamici saranno utili per il rilevamento personalizzato delle malattie, la diagnosi, la stratificazione del rischio, il monitoraggio delle malattie e terapeutiche, la previsione e la prognosi. I cambiamenti dinamici possono anche consentire una valutazione ragionevole dell'insorgenza di ictus e consentire un intervento precoce in pazienti con insorgenza di ictus altrimenti sconosciuta.

Obiettivi

Nei pazienti adulti che si presentano ai PS entro 24 ore dall'insorgenza dei sintomi con sospetto ictus acuto, miriamo a:

1. Nella ricerca di scoperta - per identificare i biomarcatori circolanti, circolanti, plasmatici e sierici specifici del cervello e della patologia che consentono il rilevamento precoce dell'ictus acuto, la diagnosi, la dinamica, la differenziazione, il monitoraggio, la previsione e la prognosi. Nella ricerca sulla scoperta - per identificare biomarcatori panorOmici specifici per il cervello e la patologia nella saliva che consentono il rilevamento precoce dell'ictus acuto, la diagnosi, la dinamica, la differenziazione, il monitoraggio, la previsione e la prognosi.
2. Nella ricerca sullo sviluppo utilizzando set di addestramento - per derivare piattaforme di biomarcatori di modelli per il rilevamento precoce dell'ictus acuto, la diagnosi, la dinamica, la differenziazione, il monitoraggio, la previsione e la prognosi
3. Nella ricerca di convalida utilizzando set di test - per convalidare questi modelli in set di dati indipendenti ed esterni