Valutazione rapida, accurata ed economica dei biomarcatori del sangue per la diagnosi di commozione cerebrale (RACE)

SFONDO

Si stima che ogni anno 100-300/100.000 persone in tutto il mondo si presentino in un ospedale con lesioni cerebrali traumatiche (TBI), la maggior parte delle quali classificate come lievi. Il trauma cranico è un'interruzione della normale funzione cerebrale causata da forze biomeccaniche esterne trasmesse direttamente o indirettamente alla testa ed è una delle principali cause di morte e disabilità in Canada. Circa 1 canadese su 450 riferisce che la lesione cerebrale è stata la lesione più significativa associata alla disabilità nell'anno precedente. La lesione cerebrale traumatica lieve (mTBI) è operazionalizzata sotto gravità clinica da un punteggio di Glasgow Coma Scale (GCS) di 13-15 ed è spesso usata in modo intercambiabile con commozione cerebrale, sebbene la più recente definizione di consenso di commozione cerebrale sia preclusa da risultati positivi su tecniche di neuroimaging standard . Sebbene etichettati come lievi con tempi di recupero tipici entro due settimane dalla lesione per gli adulti e quattro settimane per i giovani, fino al 30% dei pazienti con commozione cerebrale presenta sintomi prolungati (mal di testa, affaticamento, vertigini, insonnia, depressione, ansia, scarso equilibrio e disturbi cognitivi deficit, ecc.) che contribuiscono a una significativa compromissione funzionale e carico di malattia. Inoltre, nel 2016 circa il 10% delle commozioni cerebrali diagnosticate in Ontario è tornato al pronto soccorso entro 14 giorni dall'infortunio, aumentando le richieste del sistema sanitario.

Prestando alla sua identità come una delle lesioni più complesse da diagnosticare e gestire, la commozione cerebrale attualmente si basa su misure soggettive e segnalazioni di sintomi come indici clinici di lesione. C'è stato un interesse accelerato nell'affrontare questa limitazione attraverso gli sforzi di ricerca che lavorano per stabilire misure oggettive della lesione, comprese tecniche avanzate di imaging di neuroimaging, apprendimento automatico delle funzioni fisiologiche di base (onde cerebrali, frequenza cardiaca, pressione sanguigna, ecc.) e biomarcatori del sangue. I biomarcatori del sangue hanno mostrato risultati promettenti per quanto riguarda la loro capacità di rilevare o prevedere un trauma cranico grave e moderato, ma i risultati in mTBI sono contrastanti e richiedono ulteriori indagini. Due biomarcatori di lesioni cerebrali - la proteina acida fibrillare gliale (GFAP) e l'ubiquitina c-terminale idrolasi L1 (UCH-L1) - sono stati recentemente approvati dalla FDA per aiutare a identificare la necessità di una TAC per i pazienti adulti con mTBI che potrebbero avere lesioni intracraniche. Tuttavia, al di là del livello attualmente insufficiente di prove riguardanti le applicazioni dei biomarcatori del sangue per la diagnosi o la prognosi della commozione cerebrale, un ulteriore ostacolo per la futura implementazione in un contesto clinico rimane l'alto costo e le metodologie di analisi che richiedono tempo per il rilevamento dei marcatori. La tecnologia SIMOA (Single Molecule Array) è un test immunologico completamente automatizzato in grado di rilevare biomarcatori a livello di femtogrammi, circa 900 volte più sensibile dei tradizionali test immunoassorbenti legati agli enzimi. Essendo l'attuale gold standard per il rilevamento di biomarcatori a bassa concentrazione, significativi costi monetari e procedurali potrebbero limitare le future applicazioni di SIMOA per il rilevamento di biomarcatori di commozione cerebrale in ambito clinico. Fortunatamente, i progressi tecnologici stanno spingendo i confini degli approcci di analisi convenzionali per ridurre al minimo i costi e massimizzare l'efficienza, progredendo verso dispositivi di analisi point-of-care.

I ricercatori hanno sviluppato un nano-biosensore GFAP in grado di misurare le concentrazioni di GFAP in ordini di grandezza simili a quelli di SIMOA. In breve, il biosensore elettrochimico GFAP è stato sviluppato utilizzando carbonio nanoporoso su elettrodi serigrafati con idrossilammina (NH2OH). Gli elettrodi nano-rivestiti e funzionalizzati sono stati immobilizzati con anticorpo di cattura GFAP monoclonale anti-umano, quindi bloccati con albumina di siero bovino. La frequenza di legame GFAP è stata tradotta in livelli di concentrazione sierica mediante spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Il biosensore nanoporoso ha fornito il rilevamento GFAP ultrasensibile in un'ampia gamma operativa di concentrazioni di 100 fg/mL - 10 ng/mL nel siero umano. Ha rilevato selettivamente GFAP quando è stato testato rispetto ad altri biomarcatori rilasciati dopo una lesione cerebrale e ha rivelato una sensibilità clinica per il rilevamento di pazienti di gravità TBI (totale n=70; TBI n=26, controllo sano n=44) all'84,62% ​​(IC 95% , dal 65,1% al 95,6%) e specificità al 61,36% (CI, dal 45,5% al ​​75,6%). Il limite di rilevamento del biosensore GFAP è stato misurato in 86,6 fg/mL nel siero. Inoltre, il nostro nano-biosensore ha dimostrato

OBIETTIVI

Obiettivo primario: Stabilire l'accuratezza clinica del nano-biosensore GFAP nei pazienti con commozione cerebrale che si presentano al pronto soccorso dalla diagnosi al recupero. Obiettivo secondario: valutare la sensibilità e la specificità del nano-biosensore GFAP per l'identificazione della commozione cerebrale confrontando i pazienti con commozione cerebrale con i controlli con lesioni muscoloscheletriche (MSK). Scopo terziario: valutare le relazioni tra le concentrazioni di nano-biosensori GFAP ei sintomi psicologici (depressione, ansia), fisici (mal di testa, disturbi del sonno, ecc.) della commozione cerebrale dalla diagnosi alla guarigione. Obiettivo quaternario: valutare la correlazione tra le concentrazioni di ormoni del ciclo mestruale femminile (progesterone, estrogeni) e le concentrazioni di nano-biosensori GFAP.

METODI

Questo studio ha un obiettivo di reclutamento di 150 (rappresentanza di pari sesso) pazienti con commozione cerebrale acuta che si presentano al pronto soccorso (DE) presso il centro medico di Foothills di età compresa tra 18 e 65 anni. Inoltre, un gruppo di 75 controlli per lesioni muscoloscheletriche (MSK) (rappresentanza di pari sesso) verrà reclutato dallo stesso ED all'interno della stessa fascia di età. In un disegno di coorte prospettico a misure ripetute, i pazienti con commozione cerebrale completeranno una visita iniziale entro 1 settimana dalla lesione, quindi visite di follow-up a 2, 6 e 12 settimane dopo la lesione o fino al recupero. I pazienti di controllo (MSK) completeranno tutte le misure in un'unica visita. Ai pazienti con commozione cerebrale che non si sono ripresi entro 12 settimane dopo l'infortunio verrà chiesto di completare i questionari a 6 mesi dopo l'infortunio. Le misure dello studio includono valutazioni dei risultati clinici della qualità della vita, salute globale, depressione, ansia, sonno e sintomi di commozione cerebrale, insieme a prelievi di sangue. Ai pazienti con commozione cerebrale verrà chiesto di completare quotidianamente la scala dei sintomi post commozione cerebrale (PCSS) tramite un collegamento online inviato loro ogni mattina per monitorare il recupero. Ai fini di questo studio, un paziente sarà considerato guarito se tutti i sintomi si sono risolti e indicando il 100% su una scala mobile che chiede quanto si sente il paziente guarito dalla commozione cerebrale. Tutti gli altri questionari saranno completati prima dei prelievi di sangue iniziali e di follow-up. I ricercatori forniranno inoltre ai pazienti con commozione cerebrale un codice QR collegato al sito Web degli investigatori in cui i pazienti avranno accesso alle risorse educative sulla commozione cerebrale per comprendere la lesione. Le due tecniche di analisi saranno confrontate utilizzando curve di rivelazione e distribuzione medie e analisi di Bland-Altman. Le prestazioni del kit di biosensing GFAP nel rilevamento di pazienti con commozione cerebrale non complicata e nel monitoraggio del loro recupero saranno valutate nel plasma e nel siero. La sensibilità clinica e la specificità del biosensore GFAP nel plasma e nel siero saranno valutate utilizzando la curva delle caratteristiche operative del ricevitore (ROC) rispetto al SIMOA.