多発性硬化症の皮膚から揮発性バイオマーカーを検出するための新しいナノセンサーアレイ (Nano-Skin-MS)

背景 多発性硬化症 (MS) は、若年成人に影響を与える最も一般的な慢性神経疾患であり、通常は 20 ～ 40 歳で発症します。 この疾患は、再発寛解型 MS (RR-MS) と一次進行型 MS (PP-MS) の 2 つの主な表現型によって特徴付けられます。 RR-MS は最も一般的なタイプの疾患であり、疾患の長期管理のために、患者は疾患活動性を低下させる免疫調節薬 (IMD) で治療されます。 治療に対する反応は患者によって異なります。 現在、MS の診断と定期的なフォローアップに利用できるバイオマーカーはありません。 CSF 中のオリゴクローナル IgG - 診断の確認に役立ち、侵襲的な処置を必要とし、疾患の活動性や治療への反応とは相関せず、MS の活動とその治療のモニタリングを可能にする MRI は、日常的に使用するには高価すぎる. さらに、RR-MS 患者は、警告サインが認識されずに再発エピソードが即座に現れる可能性があるため、重大なストレスにさらされています。 再発に関連するバイオマーカーを特定できれば、潜在的な予測試験が開発される可能性があり、最終的には再発がエスカレートする前に提供される適切な医療対策が可能になります。 さらに、MS の早期診断と再発の予測により、障害の蓄積率が低下し、入院日数が節約されます。

ここで、研究者は次のことを提案しています:揮発性サンプルからMSを予測および監視するための、シンプルでポータブルなセンシング技術の能力をさらに調査します。 Hossam Haick 教授の研究室で開発された技術は、MS に関する 2 つの臨床研究を含む、悪性腫瘍、感染症、神経疾患などの多くの病状の診断の可能性を証明しました (Broza et al 2017; Broza et al 2015; Ionescu et al 2011; Nakhleh et al 2017 および Peng et al 2009)。 このアプローチは、細胞膜が主に両親媒性リン脂質、炭水化物、およびさまざまな細胞タイプで異なる多くの内在性膜タンパク質で構成されているという事実に依存しています。 病気の過程では、細胞は酸化ストレス、つまり揮発性有機化合物 (VOC) の放出を引き起こす細胞膜の過酸化につながる可能性のある構造変化を受けます。 これらの VOC の一部は、細胞が健康であるかどうかに応じて、明らかに異なる混合組成で現れます。 MS における酸化ストレスは、限局性炎症病変における組織損傷の一因となり、びまん性軸索変性および脱髄に関与すると考えられています (Gilgun-Sherki et al 2004)。 このアプローチの特に重要な点は、疾患の種類ごとに固有の VOC パターンがあるため、一般に、1 つの疾患の存在が他の疾患の種類をスクリーニングしないことです。 これらの VOC は、呼気や皮膚などのさまざまな体液から直接検出できます。 場合によっては、呼気と皮膚の分析にはいくつかの潜在的な利点があります。 (b) 息\皮膚には、血清や尿よりも複雑な混合物が含まれていません。 (c) 呼気/皮膚検査は、リアルタイム モニタリングの可能性を秘めています。 NA-NOSE は、幅広い交差反応性センサーとパターン認識方法を併用して、におい検出を実行します (Broza et al 2017; Peng et al 2009)。 「ロック アンド キー」アプローチとは対照的に、NA-NOSE の各センサーは、さまざまな匂い物質に広く反応します。 これにより、多くの異なるセンサーが敏感な化合物の種類が増え、複雑な多成分媒体中のバイオマーカーの分析が可能になります。

研究の目的と期待される意義

再発エピソードにおける早期の標的治療は重要ですが、今後の再発エピソードの初期症状を予測および特定するための十分なツールは利用できません。 研究者は最近、呼気 VOC を使用して多発性硬化症患者と非多発性硬化症患者を分類できることを示しました (Broza et al 2017)。 現在の提案の主な目的は、この最近の成果をフォローアップし、皮膚ベースの VOC 分析の妥当性をテストして、疾患タイプの潜在的なバイオマーカー (RR-MS および PP-MS) に関する補完的な情報を提供し、モニタリングすることです。疾患活動性、特にMS患者の再発エピソードの予測。 プロジェクトの目的は、次の特定の目的によって達成されます。

目的 1: MS 診断のバイオマーカーとしての皮膚ベースの VOC の妥当性を研究する。 この部分では、研究者は 1) 以前に開発された VOC 皮膚サンプリングの方法論を採用し、MS 患者 (RR-MS、SP-MS、PP-MS) に適応させます。 2) 調査結果の特異性を判断するために、研究者は、センサー技術および/またはガスクロマトグラフィー質量分析法 (GC-MS) (一部のこれは追跡調査のために計画されています）。 可能であれば、RR-MS 患者と SP-MS 患者および PP-MS 患者との間の皮膚ベースの VOC の違いを検出するためにサブ分析が実行されます。研究者は、他の自己免疫疾患または他の神経疾患の患者など、追加の非 MS 疾患集団グループを含める妥当性を評価します。 はいの場合、適切な修正案が提出されます。

目的 2: 再発および寛解中の VOC プロファイルを測定および分析することにより、皮膚ベースの VOC を臨床的再発および疾患活動性のバイオマーカーとして特定し、特徴付けること。 最初のステップの結果に基づいて、研究者は皮膚ベースの VOC テストの能力をテストして、再発エピソードの開始、進行、および終了を示す可能性のある代謝産物の微妙な変化を監視します。 これは、再発時のバイオマーカーの潜在的な変化を特定するためのセンサーおよび/またはGC-MS分析作業によって達成されます。 追跡調査では、研究者は再発と「疑似再発」を評価する予定です。

重要性が期待される、提案された研究は、MS患者の医療と健康に大きな影響を与える可能性があります. 疾患活動性の早期診断と予測は、医療費を削減しながら、早期かつ調整された治療介入、不可逆的な神経学的損傷および関連する障害の蓄積の防止を可能にします。 さらに、このプロジェクトは、プレシジョン・メディシンの実装に向けた医学研究およびセラノスティクス (診断に基づく治療) の実践におけるバイオマーカーの検出のためのナノセンサーの応用における重要なステップとなります。

研究計画 サンプルの収集 皮膚関連の VOC は、センサーおよび/または GC-MS 分析のために、身体のさまざまな場所からポリジメチルシロキサン (PDMS) パッチを使用して収集されます。 吸収材は、アルコールプレップパッドときれいな水で皮膚を洗浄した後、さまざまな場所（腕/手または胸または額）で皮膚に取り付けられます. パッチはアルミホイルで覆われ、医療用粘着テープで最大 1 時間密封されます。 毎回、患者ごとに合計 2 ～ 4 個のシリコン パッチが収集されます。 PDMS で収集されたサンプルは、ガラスのバイアルに転送され、NA-NOSE および GC-MS 分析のために Technion に送信されるまで、最大 4 °C で保存されます。 収集されたすべてのサンプルはコード化されます。 サンプルに最適なセンサーを一致させるために、センサーの信号応答が評価されます。 GC-MS は、MS およびコントロールの平均皮膚プロファイルに関する初期情報を提供し、サンプリング手順 (サンプル時間など) をわずかに調整する必要性を評価します。

統計 調査対象の MS 状態の特定のパターンと予測モデルは、判別関数分析 (DFA)、主成分分析 (PCA)、ニューラル ネットワーク (NN) などの高度なパターン認識手法を使用して、センサー アレイの出力から導き出されます。 結果の統計的有意性は、スチューデントの T 検定、マン ホイットニー、またはペア分析などのパラメトリック検定またはパラメトリック検定を使用して決定されます。 値 p<0.05 は有意であると見なされます。