Immunodiagnostyka translacyjna w udarze mózgu (TrImS) (TrImS)

Wstęp

Udar mózgu jest główną przyczyną ogólnej śmiertelności, zachorowalności i niepełnosprawności na całym świecie. W 2010 r. była drugą najczęstszą przyczyną zgonów, podczas gdy w 2019 r. zajęła trzecie miejsce pod względem lat życia skorygowanych niepełnosprawnością (DALY) i drugie miejsce wśród osób w wieku 50 lat i starszych. Ostry udar niedokrwienny mózgu (AIS) jest główną przyczyną śmiertelności i zachorowalności w USA, dotykając każdego roku ponad 800 000 osób dorosłych. W Hongkongu jest to czwarta najczęstsza przyczyna śmierci. Często poprzedzony jest przejściowym atakiem niedokrwiennym (TIA), który jest zwiastunem przyszłych zdarzeń niedokrwiennych mózgu z 20% ryzykiem wystąpienia udaru mózgu w ciągu 90 dni.

Udar mózgu jest związany z procesami niedokrwiennymi, zapalnymi, krwotocznymi i miażdżycowymi, związanymi z przerwaniem bariery krew-mózg oraz zwiększoną ilością białek i kwasów nukleinowych przenoszonych przez krew. Szacuje się, że „średni czas trwania ewolucji udaru niedokrwiennego wynosi 10 godzin (zakres od 6 do 18 godzin), a średnia liczba neuronów w ludzkim przodomózgowiu wynosi 22 miliardy. U pacjentów doświadczających typowego AIS dużych naczyń 120 milionów neuronów, 830 miliardów synaps i 714 km (447 mil) włókien mielinowych jest traconych co godzinę. W każdej minucie niszczonych jest 1,9 miliona neuronów, 14 miliardów synaps i 12 km włókien mielinowych. W porównaniu z normalnym tempem utraty neuronów w starzejącym się mózgu, niedokrwiony mózg starzeje się o 3,6 roku na godzinę bez leczenia”. Istnieją również dowody takiego urazu w krążeniu w ciągu kilku minut do godzin od poważnego urazu, w tym urazu głowy.

Wczesna diagnoza udaru mózgu i klasyfikacja etiologiczna według typów udarów jest ważna, ponieważ wczesna właściwa interwencja skutkuje znacznie lepszymi wynikami. Po pierwsze, ustalenie przyczyny udaru wpływa na to, jakie leczenie zostanie natychmiast przepisane. Na przykład wczesna tromboliza jest wskazana w AIS, ale przeciwwskazana w przypadku udaru krwotocznego (HS). Rozpoznanie AIS w ciągu 4,5 godziny od wystąpienia udaru, a następnie wczesna interwencja trombolityczna poprawia rokowanie udaru. Leczenie przeciwzakrzepowe i przeciwpłytkowe jest wskazane w przypadku udaru sercowo-zatorowego lub TIA, ale przeciwwskazane w udarach aterogennych. W przypadku tych ostatnich wskazane są leki przeciwpłytkowe. Niedrożność dużych naczyń jest lepiej leczona chirurgicznie niż zachowawczo. Opóźnienia w diagnozie i wczesnej interwencji liczą się jako możliwe do uniknięcia DALY, zachorowalność, wydatki na opiekę zdrowotną i wczesna śmiertelność.

W krajach rozwiniętych udar mózgu jest podejrzewany i wykrywany na podstawie wywiadu i badania klinicznego oraz potwierdzany diagnostycznie za pomocą obrazowania naczyń mózgowych za pomocą tomografii komputerowej i/lub rezonansu magnetycznego. Chociaż neuroobrazowanie stanowi obecnie najlepszy standard identyfikacji i klasyfikacji udaru mózgu, jest on daleki od optymalnego. Neuroobrazowanie dostarcza jedynie ogólnych szacunków uszkodzeń nerwowo-naczyniowych, nie udaje się zidentyfikować przyczyny (udar kryptogenny) w znaczących 5-15% przypadków i dostarcza niewiele informacji na temat patofizjologii komórkowej i molekularnej. To z kolei opóźnia wczesne leczenie i ogranicza poszukiwanie potencjalnych środków zapobiegających udarowi i rekonwalescencji. Ponadto brak obiektywnej metody określania początku udaru, na przykład u pacjentów, którzy budzą się z podejrzeniem udaru, powoduje, że 80% pacjentów z AIS nie otrzymuje trombolizy. Dlatego istnieje potrzeba zrozumienia dynamicznej patofizjologii udaru na wczesnym etapie.

Biomarkery molekularne, takie jak troponina konwencjonalna i o wysokiej czułości, zmieniły sposób wykrywania i stratyfikacji ryzyka pacjentów z ostrym zespołem wieńcowym. Jednak nie istnieją takie markery do wczesnego wykrywania, diagnozowania, klasyfikacji i stratyfikacji ryzyka udaru mózgu lub TIA. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat badacze poszukiwali markerów udaru, które mogłyby być przydatne w badaniach przesiewowych, wykrywaniu, diagnozowaniu, klasyfikacji, monitorowaniu, przewidywaniu i prognozowaniu udaru. Zidentyfikowano wiele potencjalnych markerów, ale żaden nie był wystarczająco dokładny ani wystarczająco wcześnie w rozwoju udaru, aby znaleźć miejsce w opiece klinicznej.

Wielkim wyzwaniem jest identyfikacja wczesnych, dostępnych biomarkerów o wysokim poziomie dokładności do wykrywania, diagnozowania i różnicowania etiologii udaru. Ostatnie odkrycia technologiczne sugerują, że wiele markerów krwi można wykryć zarówno jakościowo, jak i ilościowo w wydychanym powietrzu i ślinie, stosując testy immunologiczne i profilowanie spektralne. Takie technologie dają dokładne wyniki w ciągu kilku minut do sekund. Wyzwanie nie leży w dalszej części rurociągu translacyjnego, ale w wcześniejszych odkryciach znaczników -omicznych. Po odkryciu technologie opracowywania szybkich testów i testów w miejscu opieki są już na miejscu.

Biomarkery specyficzne dla mózgu w udarze

Poszukiwania znaczących biomarkerów w udarze były długie. Obejmuje podejścia genomiczne, transkryptomiczne, proteomiczne, metaboliczne i lipidomiczne. Na przykład ostatnie badania sugerują, że transkryptomika krwi pełnej może umożliwić dokładne różnicowanie AIS. Badacze Ischemia Care Biomarkers of Acute Stroke Etiology (BASE) oceniają obecnie ekspresję genów RNA we krwi obwodowej u pacjentów z udarem mózgu, którzy zgłosili się w ciągu 30 godzin od wystąpienia udaru (NCT02014896). BASE to wieloośrodkowe, prospektywne badanie obejmujące szacunkowo 1100 dorosłych pacjentów i 100 osób z grupy kontrolnej dobranej pod względem wieku, płci i chorób współistniejących, które zgłaszają się na oddział ratunkowy (SOR) lub do szpitala z podejrzeniem AIS lub TIA. Oczekuje się na wyniki tych badań, ale obecnie nie ma platformy wczesnych, dokładnych biomarkerów, które mogłyby pomóc w wykrywaniu i diagnostyce udaru mózgu.

Przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad specyficznymi dla mózgu biomarkerami proteomicznymi komórek glejowych [np. S100 białko wiążące wapń B (S100B), kwaśne białko fibrylarne gleju (GFAP)] i komórki nerwowe [np. C-końcowa hydrolaza L1 ubikwityny (UCH-L1), enolaza specyficzna dla neuronów (NSE), produkty rozpadu spektryny alfa II (np. SBDP120, SBDP145 i SBDP150), zasadowe białko mieliny (MBP), łańcuch lekki neurofilamentu (NF-L), białko tau, białko podobne do wizyny-1 (VLP 1), uszkodzenie peptydu NR2 w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF) i krwi obwodowej w poszukiwaniu aktualnych informacji diagnostycznych dotyczących udaru mózgu [28]. Jednak żaden nie znalazł drogi do praktyki klinicznej.

Niespecyficzne biomarkery w udarze

Jak wspomniano wcześniej, udar jest związany z ogólnymi, nieswoistymi, niedokrwiennymi, zapalnymi, krwotocznymi i miażdżycowymi procesami, które są powiązane z przerwaniem bariery krew-mózg i zwiększoną ilością białek i kwasów nukleinowych przenoszonych przez krew. Szczegółowy przegląd niespecyficznych, ale istotnych dla patologii biomarkerów udaru wykracza poza zakres tego wprowadzenia. Jednak podejście omiczne powinno zawierać wzmiankę o lipidomice.

Badania lipidomiczne w udarze obejmowały konwencjonalne i zaawansowane metody lipidowe. Na przykład wykazano, że sfingolipidy, fosfolipidy (w tym formy lizo- i eterowe), estry cholesterylu i glicerolipidy przewidują przyszłe zdarzenia sercowo-naczyniowe i zgon z przyczyn sercowo-naczyniowych, ale nie z dużą dokładnością. Dodanie siedmiu gatunków lipidów do podstawowego modelu 14 tradycyjnych czynników ryzyka i leków poprawiło przewidywanie zdarzeń sercowo-naczyniowych ze statystyką C z 0,680 do 0,700 (P

Niezaspokojona potrzeba kliniczna

Pacjenci często zgłaszają się na SOR, do przychodni, oddziałów środowiskowych, przedszpitalnych i szpitalnych z podejrzeniem ostrego udaru mózgu, gdzie opóźnienia w postawieniu diagnozy skutkują opóźnieniami w leczeniu i nieskutecznymi procesami opieki zdrowotnej. Przenikliwość kliniczna jest zmienna i subiektywna. Do informowania o udarze potrzebne są dokładne, obiektywne, wczesne, bezpieczne, minimalnie inwazyjne testy diagnostyczne i prognostyczne. SOR są jednym z najczęstszych miejsc ostrych objawów tych chorób.

Pytania bez odpowiedzi

Wiele pytań pozostaje obecnie bez odpowiedzi. Czy małocząsteczkowe białka i kwasy nukleinowe specyficzne dla mózgu i patologii można wykryć ilościowo w krwioobiegu (np. pełnej krwi, osocza) i śliny w ciągu kilku minut do godzin od wystąpienia ostrego udaru i TIA? Czy takie wykrycia pasują do czasowej, dynamicznej i mechanistycznej roli w procesach niedokrwiennych, zapalnych, immunologicznych, krwotocznych, apoptotycznych, miażdżycowych, zdrowienia i regeneracji związanych z udarem i TIA? Czy zaburzenia (wzrosty lub spadki) takich markerów odgrywają rolę w wykrywaniu, diagnozie, klasyfikacji udaru mózgu, przewidywaniu i rokowaniu u pacjentów z udarem mózgu? Czy kombinacje biomarkerów specyficznych dla mózgu i nieswoistych markerów patologicznych (np. miażdżycowe, zapalne) poprawiają wykrywanie, diagnostykę i różnicowanie udaru mózgu? Czy odkrycie takich markerów może kierować ścieżkami klinicznymi i ostatecznie prowadzić do nowych szczepionek i interwencji terapeutycznych u takich pacjentów?

pytania

1. U dorosłych pacjentów zgłaszających się na SOR z podejrzeniem ostrego udaru, jakie kombinacje biomarkerów płynnej biopsji panoromicznej wczesnej specyficznej dla mózgu i patologii optymalizują wykrywanie, diagnozę, dynamikę i różnicowanie udaru?

2. U dorosłych pacjentów zgłaszających się na SOR z podejrzeniem ostrego udaru mózgu, jakie wczesne platformy panoromiczne biomarkerów płynnej biopsji są przydatne do przewidywania odpowiedzi na leczenie, monitorowania i rokowania w różnych typach udarów?

   • Podejrzewa się udar mózgu, jeśli pacjent ma pozytywny wynik FAST, LAPSS lub ROSIER. Podejrzenie udaru obejmuje mimikę udaru, TIA, AIS i HS.
   • Płynna biopsja obejmuje pełną krew, osocze, surowicę, osad białych i czerwonych krwinek oraz ślinę
   • Płynne biomarkery biopsyjne obejmują zawartość genomową, transkryptomiczną, proteomiczną, metabolomiczną, lipidomiczną i hematologiczną.
   • Rodzaje uderzeń obejmują HS i AIS.

Hipoteza

Stawiamy hipotezę, że udar obejmuje szybki, złożony proces niedokrwienia, martwicy, apoptozy i przerwania bariery mózgowej, który uwalnia specyficzne tkankowo markery genomowe, epigenomiczne, transkryptomiczne i proteomiczne do krwioobiegu na wczesnym etapie patofizjologii naczyń mózgowych. Te biomarkery zostaną wcześnie wykryte w łatwo dostępnych płynach, takich jak pełna krew, osocze, surowica i ślina. Dynamiczne zmiany będą przydatne w spersonalizowanym wykrywaniu chorób, diagnozowaniu, stratyfikacji ryzyka, monitorowaniu chorób i terapii, przewidywaniu i prognozowaniu. Dynamiczne zmiany mogą również umożliwić rozsądną ocenę początku udaru i pozwolić na wczesną interwencję u pacjentów z nieznanym początkiem udaru.

Cele

U dorosłych pacjentów zgłaszających się na SOR w ciągu 24 godzin od wystąpienia objawów z podejrzeniem ostrego udaru mózgu dążymy do:

1. W badaniach odkrywczych — identyfikacja wczesnych biomarkerów panoromicznych krążących, krwi pełnej, osocza i surowicy specyficznych dla mózgu i patologii, które umożliwiają wczesne wykrywanie ostrego udaru mózgu, diagnozę, dynamikę, różnicowanie, monitorowanie, przewidywanie i prognozowanie. W badaniach odkrywczych - identyfikacja wczesnych biomarkerów panoromicznych specyficznych dla mózgu i patologii w ślinie, które umożliwiają wczesne wykrywanie ostrego udaru mózgu, diagnozę, dynamikę, różnicowanie, monitorowanie, przewidywanie i prognozowanie.
2. W badaniach rozwojowych z wykorzystaniem zestawów uczących - do wyprowadzenia platform biomarkerów modeli do wczesnego wykrywania udaru, diagnozy, dynamiki, różnicowania, monitorowania, przewidywania i prognozowania
3. W badaniach walidacyjnych z wykorzystaniem zestawów testowych – do walidacji tych modeli w niezależnych i zewnętrznych zbiorach danych