Translationele immunodiagnostiek bij beroerte (TrImS) (TrImS)

Invoering

Beroerte is wereldwijd een belangrijke oorzaak van mortaliteit, morbiditeit en invaliditeit. In 2010 was het de op een na belangrijkste doodsoorzaak, terwijl het in 2019 op de derde plaats eindigde voor voor invaliditeit gecorrigeerde levensjaren (DALY's) en op de tweede plaats voor mensen van 50 jaar en ouder. Acute ischemische beroerte (AIS) is een belangrijke oorzaak van mortaliteit en morbiditeit in de VS en treft jaarlijks meer dan 800.000 volwassenen. In Hong Kong is het de vierde belangrijkste doodsoorzaak. Het wordt vaak voorafgegaan door een voorbijgaande ischemische aanval (TIA), wat een voorbode is voor toekomstige cerebrale ischemische gebeurtenissen met een risico van 20% op een beroerte binnen 90 dagen.

Beroerte wordt in verband gebracht met ischemische, inflammatoire, hemorragische en atherosclerotische processen die verband houden met verstoring van de bloed-hersenbarrière en verhoogde bloedgedragen eiwitten en nucleïnezuren. Geschat wordt dat 'de gemiddelde duur van de ontwikkeling van een niet-lacunaire beroerte 10 uur is (variërend van 6 tot 18 uur), en het gemiddelde aantal neuronen in de menselijke voorhersenen is 22 miljard. Bij patiënten die een typische AIS van een groot vat ervaren, gaan elk uur 120 miljoen neuronen, 830 miljard synapsen en 714 km (447 mijl) gemyeliniseerde vezels verloren. Elke minuut worden 1,9 miljoen neuronen, 14 miljard synapsen en 12 km gemyeliniseerde vezels vernietigd. Vergeleken met de normale snelheid van neuronenverlies bij hersenveroudering, verouderen de ischemische hersenen zonder behandeling elk uur 3,6 jaar'. Er zijn ook aanwijzingen voor dergelijk letsel in de bloedsomloop binnen enkele minuten tot uren na een groot trauma, waaronder hoofdletsel.

De tijdige diagnose van een beroerte en de etiologische classificatie ervan in soorten beroerte is belangrijk, aangezien vroegtijdige passende interventie resulteert in sterk verbeterde resultaten. Ten eerste is het bepalen van de oorzaak van de beroerte van invloed op welke behandeling onmiddellijk wordt voorgeschreven. Vroege trombolyse is bijvoorbeeld geïndiceerd voor AIS, maar gecontra-indiceerd voor hemorragische beroerte (HS). Een diagnose van AIS binnen 4,5 uur na het begin van een beroerte gevolgd door tijdige trombolytische interventie verbetert de uitkomst van de beroerte. Anticoagulantia en plaatjesaggregatieremmers zijn geïndiceerd voor cardio-embolische beroerte of TIA, maar gecontra-indiceerd voor atherogene beroertes. In het laatste geval worden bloedplaatjesaggregatieremmers aanbevolen. Occlusie van grote vaten kan beter worden behandeld door middel van een operatie dan conservatief. Vertragingen in diagnose en vroege interventie tellen mee als vermijdbare DALY's, morbiditeit, zorguitgaven en vroege sterfte.

In de ontwikkelde wereld wordt een beroerte vermoed en gedetecteerd door klinische geschiedenis en onderzoek en diagnostisch bevestigd door cerebrovasculaire beeldvorming, hetzij door CT en/of MRI. Hoewel neuroimaging momenteel de beste standaard is voor de identificatie en classificatie van een beroerte, is het verre van optimaal. Neuroimaging geeft slechts grove schattingen van neurovasculaire schade, kan de oorzaak (cryptogene beroerte) niet identificeren in een significante 5 - 15% van de gevallen, en geeft weinig informatie over cellulaire en moleculaire pathofysiologie. Dit vertraagt ​​op zijn beurt de vroege behandeling en beperkt de zoektocht naar potentiële middelen voor preventie en herstel van een beroerte. Verder leidt de afwezigheid van een objectieve methode om het begin van een beroerte te bepalen, bijvoorbeeld bij patiënten die wakker worden met een vermoedelijke beroerte, ertoe dat 80% van de patiënten met AIS geen trombolyse krijgt. Daarom is het nodig om de dynamische pathofysiologie van een beroerte in een vroeg stadium te begrijpen.

Moleculaire biomarkers zoals conventioneel en hooggevoelig troponine hebben de detectie en risicostratificatie van patiënten met acuut coronair syndroom getransformeerd. Dergelijke markers bestaan ​​echter niet voor de vroege detectie, diagnose, classificatie en risicostratificatie van beroerte of TIA. In de afgelopen decennia hebben onderzoekers gezocht naar beroerte-markers die nuttig kunnen zijn voor screening, detectie, diagnose, classificatie, monitoring, voorspelling en prognose van een beroerte. Er zijn veel kandidaat-markers geïdentificeerd, maar geen enkele was voldoende nauwkeurig of vroeg genoeg in de ontwikkeling van een beroerte om een ​​plaats in de klinische zorg te vinden.

De grote uitdaging is het identificeren van vroege, toegankelijke biomarkers met een hoge mate van nauwkeurigheid voor het detecteren, diagnosticeren en differentiëren van beroerte-etiologie. Recente technologische ontdekkingen suggereren dat veel op bloed gebaseerde markers zowel kwalitatief als kwantitatief kunnen worden gedetecteerd in adem en speeksel met behulp van immunoassay en spectrale profilering. Dergelijke technologieën leveren binnen enkele minuten tot seconden nauwkeurige resultaten op. De uitdaging ligt niet stroomafwaarts in de translationele pijplijn, maar de stroomopwaartse ontdekkingen van -omics-markers. Eenmaal ontdekt, zijn de technologieën voor het ontwikkelen van snelle assays en point-of-care-testen al aanwezig.

Hersenspecifieke biomarkers bij beroerte

De zoektocht naar zinvolle biomarkers bij een beroerte is lang geweest. Het omvat genomische, transcriptomische, proteomische, metabolische en lipidomische benaderingen. Recente studies suggereren bijvoorbeeld dat volbloedtranscripties nauwkeurige AIS-differentiatie mogelijk kunnen maken. De onderzoekers van de Ischemia Care Biomarkers of Acute Stroke Etiology (BASE) evalueren momenteel de RNA-genexpressie in perifeer bloed bij patiënten met een beroerte die zich binnen 30 uur na het begin van een beroerte presenteren (NCT02014896). BASE is een multicenter, prospectief onderzoek met naar schatting 1100 volwassen patiënten en 100 qua leeftijd, geslacht en co-morbiditeit gematchte controles die zich bij de Spoedeisende Hulp (SEH) of het ziekenhuis melden met vermoedelijke AIS of TIA. De resultaten van deze onderzoeken worden afgewacht, maar op dit moment is er geen vroeg, nauwkeurig platform voor biomarkers om de detectie en diagnostiek van een beroerte te begeleiden.

Er is uitgebreid onderzoek gedaan naar hersenspecifieke proteomische biomarkers van gliacellen [bijv. S100 calciumbindend eiwit B (S100B), gliaal fibrillair zuur eiwit (GFAP)] en neuronale cellen [bijv. ubiquitine C-terminaal hydrolase-L1 (UCH-L1), neuron-specifieke enolase (NSE), alfa II-spectrine afbraakproducten (bijv. SBDP120, SBDP145 en SBDP150), myeline basisch eiwit (MBP), neurofilament lichte keten (NF-L), tau-eiwit, visinine-achtig eiwit-1 (VLP 1), NR2-peptideletsel in cerebrospinale vloeistof (CSF) en perifeer bloed bij het zoeken naar tijdige diagnostische informatie voor een beroerte [28]. Toch heeft geen enkele zijn weg gevonden naar de klinische praktijk.

Niet-specifieke biomarkers bij beroerte

Zoals eerder vermeld, wordt beroerte geassocieerd met generieke, niet-specifieke, ischemische, inflammatoire, hemorragische en atherosclerotische processen die verband houden met verstoring van de bloed-hersenbarrière en verhoogde bloedgedragen eiwitten en nucleïnezuren. Een gedetailleerd overzicht van niet-specifieke maar pathologierelevante biomarkers voor beroerte valt buiten het bestek van deze inleiding. Een Omics-benadering moet echter een vermelding van lipidomics bevatten.

Lipidomics-onderzoek bij beroerte omvatte conventionele en geavanceerde lipidenbenaderingen. Van sfingolipiden, fosfolipiden (inclusief lyso- en etherspecies), cholesterylesters en glycerolipiden is bijvoorbeeld aangetoond dat ze toekomstige cardiovasculaire gebeurtenissen en cardiovasculaire sterfte voorspellen, maar niet met een hoge mate van nauwkeurigheid. De toevoeging van zeven soorten lipiden aan een basismodel van 14 traditionele risicofactoren en medicijnen verbeterde de voorspelling van cardiovasculaire gebeurtenissen met een C-statistiek van 0,680 tot 0,700 (P

De onvervulde klinische behoefte

Patiënten komen vaak op SEH's, huisartsenpraktijken, de gemeenschap, preklinische en ziekenhuisafdelingen met vermoedelijke acute beroerte waar vertragingen bij de diagnose resulteren in vertragingen in de behandeling en inefficiënte zorgprocessen. Klinisch inzicht is variabel en subjectief. Nauwkeurige, objectieve, vroege, veilige, minimaal invasieve, diagnostische en prognostische tests zijn nodig om te informeren over een beroerte. ED's zijn een van de meest voorkomende instellingen voor acute presentaties van deze ziekten.

Onbeantwoorde vragen

Veel vragen zijn momenteel onbeantwoord. Kunnen hersen- en pathologiespecifieke kleinmoleculaire eiwitten en nucleïnezuren kwantitatief worden gedetecteerd in de bloedsomloop (bijv. volbloed, plasma) en speeksel binnen enkele minuten tot uren na het begin van een acuut CVA en TIA? Passen dergelijke detecties een temporele, dynamische en mechanistische rol toe in de ischemische, inflammatoire, immunologische, hemorragische, apoptotische, atherosclerotische, herstel- en regeneratieve processen die betrokken zijn bij beroerte en TIA? Spelen verstoringen (verhogingen of verlagingen) in dergelijke markers een rol bij de detectie, diagnose, beroerte-classificatie, voorspelling en prognose bij patiënten met een beroerte? Doen combinaties van hersenspecifieke biomarkers en niet-specifieke pathologische markers (bijv. atherosclerotisch, inflammatoir) de detectie, diagnose en differentiatie van een beroerte verbeteren? Zou de ontdekking van dergelijke markers de klinische paden kunnen bepalen en uiteindelijk kunnen leiden tot nieuwe vaccins en therapeutische interventies bij dergelijke patiënten?

Vragen

1. Welke combinaties van vroege hersenspecifieke en pathologiespecifieke panorOmics vloeibare biopsiebiomarkers optimaliseren de detectie, diagnose, dynamiek en differentiatie van volwassen patiënten die zich op de SEH presenteren met een vermoedelijke acute beroerte?

2. Welke vroege panorOmics-platforms van biomarkers voor vloeibare biopsie zijn nuttig bij volwassen patiënten die zich op de SEH presenteren met een vermoedelijke acute beroerte voor het voorspellen van de respons op behandeling, monitoring en prognose bij verschillende typen beroerte?

   • Beroerte wordt vermoed als patiënten FAST of LAPSS of ROSIER positief zijn. Vermoedelijke beroerte omvat beroerte-nabootsers, TIA, AIS en HS.
   • Vloeibare biopsie omvat volbloed, plasma, serum, witte-celpellet en erytrocyteneffluent en speeksel
   • Biomarkers voor vloeibare biopsie omvatten genomische, transcriptomische, proteomische, metabolomische, lipidomische en hematologische inhoud.
   • Slagtypes omvatten HS en AIS.

Hypothese

Onze hypothese is dat een beroerte een snel, complex proces van ischemie, necrose, apoptose en verstoring van de hersenbarrière inhoudt, waardoor weefselspecifieke genomische, epigenomische, transcriptomische en proteomische markers vroeg in de loop van de cerebrovasculaire pathofysiologie in de bloedbaan terechtkomen. Deze biomarkers zullen vroeg worden gedetecteerd in gemakkelijk toegankelijke vloeistoffen zoals volbloed, plasma, serum en speeksel. De dynamische veranderingen zullen nuttig zijn voor gepersonaliseerde ziektedetectie, diagnose, risicostratificatie, ziekte- en therapeutische monitoring, voorspelling en prognose. De dynamische veranderingen kunnen ook een redelijke beoordeling van het begin van een beroerte mogelijk maken en vroege interventie mogelijk maken bij patiënten met een anderszins onbekend begin van een beroerte.

Doelstellingen

Bij volwassen patiënten die zich binnen 24 uur na het begin van de symptomen op de SEH presenteren met vermoedelijke acute beroerte, streven we ernaar:

1. In ontdekkingsonderzoek - om vroege hersen- en pathologiespecifieke circulerende, volbloed-, plasma- en serumpanorOmische biomarkers te identificeren die vroege acute detectie, diagnose, dynamiek, differentiatie, monitoring, voorspelling en prognose van een beroerte mogelijk maken. In ontdekkingsonderzoek - om vroege hersen- en pathologiespecifieke, panoramische biomarkers in speeksel te identificeren die vroege detectie, diagnose, dynamiek, differentiatie, monitoring, voorspelling en prognose van een beroerte mogelijk maken.
2. In ontwikkelingsonderzoek met behulp van trainingssets - om biomarkerplatforms af te leiden van modellen voor vroege acute beroertedetectie, diagnose, dynamiek, differentiatie, monitoring, voorspelling en prognose
3. Bij validatieonderzoek met behulp van testsets - om deze modellen te valideren in onafhankelijke en externe datasets