Трансляционная иммунодиагностика при инсульте (TrImS) (TrImS)

Вступление

Инсульт является ведущей причиной общей смертности, заболеваемости и инвалидности во всем мире. В 2010 году он был второй основной причиной смерти, в то время как в 2019 году он занимал третье место в общем зачете по количеству лет жизни с поправкой на инвалидность (DALY) и второе место среди лиц в возрасте 50 лет и старше. Острый ишемический инсульт (ОИС) является ведущей причиной смертности и заболеваемости в США, ежегодно поражая более 800 000 взрослых. В Гонконге это четвертая по значимости причина смерти. Ему часто предшествует транзиторная ишемическая атака (ТИА), которая является предвестником будущих церебральных ишемических событий с 20% риском инсульта в течение 90 дней.

Инсульт связан с ишемическими, воспалительными, геморрагическими и атеросклеротическими процессами, связанными с нарушением гематоэнцефалического барьера и повышением содержания в крови белков и нуклеиновых кислот. Подсчитано, что «средняя продолжительность развития нелакунарного инсульта составляет 10 часов (от 6 до 18 часов), а среднее количество нейронов в переднем мозге человека составляет 22 миллиарда». У пациентов с типичным ПИС крупных сосудов каждый час теряется 120 миллионов нейронов, 830 миллиардов синапсов и 714 км (447 миль) миелиновых волокон. Каждую минуту разрушается 1,9 миллиона нейронов, 14 миллиардов синапсов и 12 км (7,5 миль) миелиновых волокон. По сравнению с нормальной скоростью потери нейронов при старении мозга, ишемический мозг без лечения стареет на 3,6 года каждый час». Имеются также данные о таком повреждении кровообращения в течение нескольких минут или часов после серьезной травмы, включая черепно-мозговую травму.

Своевременная диагностика инсульта и его этиологическая классификация по типам инсульта имеют важное значение, поскольку раннее адекватное вмешательство приводит к значительному улучшению исходов. Во-первых, определение причины инсульта влияет на то, какое лечение будет назначено немедленно. Например, ранний тромболизис показан при ПИС, но противопоказан при геморрагическом инсульте (ГС). Диагноз ПИС в течение 4,5 часов после начала инсульта с последующим своевременным тромболитическим вмешательством улучшает исход инсульта. Антикоагулянтная и антитромбоцитарная терапия показана при кардиоэмболическом инсульте или ТИА, но противопоказана при атерогенном инсульте. В последнем случае рекомендуются антиагреганты. Окклюзия крупных сосудов лучше лечится хирургическим путем, чем консервативно. Задержки в диагностике и раннем вмешательстве считаются предотвратимыми DALY, заболеваемостью, расходами на здравоохранение и ранней смертностью.

В развитых странах инсульт подозревают и выявляют на основании клинического анамнеза и осмотра, а также диагностически подтверждают с помощью визуализации сосудов головного мозга либо с помощью КТ и/или МРТ. Хотя нейровизуализация представляет собой наилучший в настоящее время стандарт для идентификации и классификации инсульта, она далека от оптимальной. Нейровизуализация дает только общую оценку сосудисто-нервного повреждения, не позволяет идентифицировать причину (криптогенный инсульт) в значительных 5-15% случаев и дает мало информации о клеточной и молекулярной патофизиологии. Это, в свою очередь, задерживает раннее лечение и ограничивает поиск потенциальных средств для профилактики инсульта и восстановления после него. Кроме того, отсутствие объективного метода определения начала инсульта, например, у пациентов, которые просыпаются с подозрением на инсульт, приводит к тому, что 80% пациентов с АИС не получают тромболизис. Поэтому необходимо понимание динамической патофизиологии инсульта на ранней стадии.

Молекулярные биомаркеры, такие как обычный и высокочувствительный тропонин, изменили методы выявления и стратификации риска у пациентов с острым коронарным синдромом. Однако таких маркеров для раннего выявления, диагностики, классификации и стратификации риска инсульта или ТИА не существует. За последние несколько десятилетий исследователи искали маркеры инсульта, которые могли бы быть полезны для скрининга, обнаружения, диагностики, классификации, мониторинга, предсказания и прогнозирования инсульта. Было идентифицировано много маркеров-кандидатов, но ни один из них не был достаточно точным или достаточно ранним в развитии инсульта, чтобы найти место в клинической помощи.

Большой проблемой является выявление ранних доступных биомаркеров с высоким уровнем точности для обнаружения, диагностики и дифференциации этиологии инсульта. Недавние технологические открытия предполагают, что многие маркеры на основе крови могут быть обнаружены как качественно, так и количественно в дыхании и слюне с использованием иммуноанализа и спектрального профилирования. Такие технологии дают точные результаты в течение нескольких минут или секунд. Проблема заключается не в нисходящем направлении в конвейере трансляции, а в восходящих открытиях маркеров -omics. После обнаружения технологии для разработки экспресс-анализов и тестов по месту оказания медицинской помощи уже используются.

Специфичные для мозга биомаркеры при инсульте

Поиски значимых биомаркеров инсульта ведутся давно. Он включает геномный, транскриптомный, протеомный, метаболический и липидомный подходы. Например, недавние исследования показывают, что транскриптомика цельной крови может обеспечить точную дифференциацию AIS. Исследователи биомаркеров острого инсульта (BASE) в настоящее время оценивают экспрессию генов РНК в периферической крови у пациентов с инсультом, поступивших в течение 30 часов после начала инсульта (NCT02014896). BASE — это многоцентровое проспективное исследование с предполагаемым включением 1100 взрослых пациентов и 100 человек из контрольной группы, соответствующих возрасту, полу и сопутствующим заболеваниям, которые обращаются в отделение неотложной помощи (ED) или больницу с подозрением на ОИС или ТИА. Результаты этих исследований ожидаются, но в настоящее время нет ранней, точной платформы биомаркеров для выявления и диагностики инсульта.

Было проведено обширное исследование специфических для мозга протеомных биомаркеров глиальных клеток [например, S100 кальций-связывающий белок B (S100B), глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP)] и нейрональные клетки [например, убиквитин С-концевая гидролаза-L1 (UCH-L1), нейрон-специфическая енолаза (NSE), продукты расщепления альфа II-спектрина (например, SBDP120, SBDP145 и SBDP150), основной белок миелина (MBP), легкая цепь нейрофиламента (NF-L), тау-белок, визининоподобный белок-1 (VLP 1), повреждение пептида NR2 в спинномозговой жидкости (ЦСЖ) и периферической крови в поиске своевременной диагностической информации по инсульту [28]. Однако ни один из них не нашел своего применения в клинической практике.

Неспецифические биомаркеры при инсульте

Как упоминалось ранее, инсульт связан с общими, неспецифическими, ишемическими, воспалительными, геморрагическими и атеросклеротическими процессами, которые связаны с нарушением гематоэнцефалического барьера и повышением содержания белков и нуклеиновых кислот в крови. Подробный обзор неспецифических, но значимых для патологии биомаркеров инсульта выходит за рамки данного введения. Тем не менее, подход Omics должен включать упоминание о липидомике.

Исследования липидомики при инсульте включали традиционные и передовые подходы к изучению липидов. Например, было показано, что сфинголипиды, фосфолипиды (включая лизо- и эфирные соединения), сложные эфиры холестерина и глицеролипиды предсказывают будущие сердечно-сосудистые события и сердечно-сосудистую смерть, но не с какой-либо высокой степенью точности. Добавление семи видов липидов к базовой модели из 14 традиционных факторов риска и лекарств улучшило прогнозирование сердечно-сосудистых событий со статистикой C с 0,680 до 0,700 (P

Неудовлетворенная клиническая потребность

Пациенты обычно обращаются в отделения неотложной помощи, общей практики, по месту жительства, в догоспитальные и больничные отделения с подозрением на острый инсульт, где задержки с постановкой диагноза приводят к задержкам в лечении и неэффективным процессам здравоохранения. Клиническая проницательность вариабельна и субъективна. Для информирования об инсульте необходимы точные, объективные, ранние, безопасные, минимально инвазивные, диагностические и прогностические тесты. Отделения неотложной помощи являются одним из наиболее распространенных условий для острых проявлений этих заболеваний.

Вопросы без ответов

В настоящее время многие вопросы остаются без ответа. Могут ли низкомолекулярные белки и нуклеиновые кислоты, специфичные для головного мозга и патологии, быть количественно обнаружены в кровотоке (например, цельная кровь, плазма) и слюна в течение нескольких минут или часов после начала острого инсульта и ТИА? Соответствуют ли такие обнаружения временной, динамической и механистической роли в ишемических, воспалительных, иммунологических, геморрагических, апоптотических, атеросклеротических, восстановительных и регенеративных процессах, связанных с инсультом и ТИА? Играют ли нарушения (повышение или снижение) таких маркеров роль в выявлении, диагностике, классификации инсульта, предсказании и прогнозе у пациентов с инсультом? Используйте комбинации специфических для мозга биомаркеров и неспецифических патологических маркеров (например, атеросклеротический, воспалительный) улучшают выявление, диагностику и дифференциацию инсульта? Может ли открытие таких маркеров направить клинические пути и в конечном итоге привести к новым вакцинам и терапевтическим вмешательствам у таких пациентов?

Вопросы

1. У взрослых пациентов, поступающих в отделение неотложной помощи с подозрением на острый инсульт, какие комбинации биомаркеров ранней биопсии, специфичных для головного мозга и патологии, оптимизируют обнаружение, диагностику, динамику и дифференциацию инсульта?

2. У взрослых пациентов, поступающих в отделение неотложной помощи с подозрением на острый инсульт, какие ранние панорамные платформы биомаркеров жидкой биопсии полезны для прогнозирования ответа на лечение, мониторинга и прогноза при различных типах инсульта?

   • Инсульт подозревают, если пациенты являются FAST или LAPSS или ROSIER положительными. Подозрение на инсульт включает имитацию инсульта, ТИА, АИС и ГС.
   • Жидкая биопсия включает цельную кровь, плазму, сыворотку, осадок лейкоцитов и выделений эритроцитов, а также слюну.
   • Биомаркеры жидкой биопсии включают геномное, транскриптомное, протеомное, метаболомное, липидомное и гематологическое содержимое.
   • Типы инсульта включают HS и AIS.

Гипотеза

Мы предполагаем, что инсульт включает быстрый сложный процесс ишемии, некроза, апоптоза и нарушения мозгового барьера, который высвобождает тканеспецифические геномные, эпигеномные, транскриптомные и протеомные маркеры в кровоток на ранних стадиях цереброваскулярной патофизиологии. Эти биомаркеры будут обнаружены на ранней стадии в легкодоступных жидкостях, таких как цельная кровь, плазма, сыворотка и слюна. Динамические изменения будут полезны для персонализированного выявления заболеваний, диагностики, стратификации риска, мониторинга заболеваний и лечения, предсказания и прогнозирования. Динамические изменения могут также обеспечить разумную оценку начала инсульта и раннее вмешательство у пациентов с неизвестным началом инсульта.

Цели

У взрослых пациентов, поступающих в отделение неотложной помощи в течение 24 часов после появления симптомов с подозрением на острый инсульт, мы стремимся:

1. В исследованиях открытий - для определения ранних биомаркеров, специфичных для головного мозга и патологии, циркулирующих, цельной крови, плазмы и сыворотки панорамных биомаркеров, которые позволяют раннее выявление острого инсульта, диагностику, динамику, дифференциацию, мониторинг, предсказание и прогноз. В исследованиях открытий - для определения ранних биомаркеров, специфичных для головного мозга и патологии, в слюне, которые позволяют раннее выявление острого инсульта, диагностику, динамику, дифференциацию, мониторинг, предсказание и прогнозирование.
2. В исследованиях развития с использованием обучающих наборов - для получения биомаркерных платформ моделей для раннего выявления острого инсульта, диагностики, динамики, дифференциации, мониторинга, прогнозирования и прогнозирования.
3. В проверочных исследованиях с использованием тестовых наборов — для проверки этих моделей в независимых и внешних наборах данных.