Serum och cellulära biomarkörer för aortaklaffstenos (AthenaValve)

Avsättningen av kalciumsalter i artärväggen och hjärtklaffarna är ett vanligt förekommande fenomen i samband med stigande ålder och olika patologiska faktorer. Ett särskilt fall är förkalkning av aortaklaffen, som åtföljs av gradvis stenos som leder till hjärtsvikt. Som ett resultat orsakar det betydande sjuklighet och en dramatisk ökning av dödligheten om den inte behandlas kirurgiskt eller via transkateterintervention. Det drabbar cirka 2 % av befolkningen över 65 år, vilket är den tredje dödsorsaken i denna befolkning. Det omfattar cirka 100 operationer per 100 000 årsverken under decenniet och 180 000 patienter varje år är kandidater för perkutan aortaklaffimplantation (TAVI) i USA, Kanada och Europeiska unionen.

Kännetecknande för sjukdomen är att den förblir även idag utan diagnos i de kritiska tidiga stadierna och alla befintliga terapier har misslyckats med att bromsa eller vända skadan när den tillämpas i slutskedet. Tidigare experimentella studier antydde att befintliga läkemedel kan vara effektivare om de ges tidigt i sjukdomsförloppet. Vid den tidpunkt då aortastenosen blir tydlig vid ekokardiografi eller datortomografi (CT), har underliggande biokemiska och molekylära lesioner redan utvecklats. Dessutom, bland aortaklaffstenospatienter, är det okänt vem som snabbt kommer att utvecklas till en dynamisk förträngning av klaffen och tidigare forskningsstudier rapporterar signifikant olika progressionshastigheter bland patienter, med cirka 20-25% som visar mer än dubbla frekvenser. Således är akilleshälen för den terapeutiska behandlingen av patienter bristen på tidig diagnos och prognos för sjukdomsprogression.

Under en kombination av patologiska effekter av faktorer som högt blodtryck, diabetes mellitus och dyslipidemi hos patienter med en möjlig genetisk predisposition uppstår försämring av endotelets normala struktur och funktion, vilket progressivt leder till sjukdomen i den underliggande klaffvävnaden. Lokal acidos och ackumulering av oxidativa syreradikaler orsakar skador på membranfosfolipider, oxidation av kolesterol och proteiner, som förlorar sin normala kvartära struktur och bryts ned. Den gradvisa avsättningen av fosfat- och kalciumkarbonatsalter över de patologiska proteinerna leder till förkalkning av klaffvävnaden. Intensiv inflammatorisk reaktion med aktivering av benmärg och infiltration av vävnad med immunokompetenta celler åtföljer skadan: makrofager, B- och T-lymfocyter, mastceller infiltrerar och bidrar aktivt till sjukdomen. Inom denna miljö leder inflammatoriska cytokiner som utsöndras från de inflammatoriska cellerna till aktivering av embryonala cellvägar som hjälper till att ytterligare förstärka förkalkningen genom omvandlingen av inhemska fibroblaster till aktiva osteoblaster, som aktivt deponerar kalciumsalter genom extracellulära vesiklar.

I sjukdomen är flera celltyper och avlägsna organ involverade (lever - kolesterolmetabolism, mjälte och benmärg - immunsvarsaktivering) och skadan förväntas frigöra fragment av biologiska och biokemiska ämnen i blodcirkulationen. Därför förväntas sjukdomen återspeglas i förändringar i serumprotein. Det är möjligt att detektera proteiner och metaboliter i blodserumet hos lämpligt utvalda patienter, prospektivt inskrivna och övervakade genom förloppet av aortaklaffstenos. En optimal undergruppsbeskrivning av patienter med snabb eller långsam sjukdomsprogression kan avslöja viktig information för framtida klinisk diagnostisk och prognostisk användning. Dessutom kännetecknas sjukdomen av cellulär infiltration av en uppsjö av kända och okända immunceller som bidrar till sjukdomen. Således kan upptäckten av nya cellulära fenotyper kopplade till sjukdomsprogression hjälpa till att avgränsa viktiga kliniska aspekter.

Syften med Athena Valve är:

(A) Insamling av data om progressionen av förkalkning och aortaklaffstenos, beskrivning av subpopulationer med snabb och långsam progression och registrering av kliniska händelser.

(B) Den bioinformatiska analysen av data från kombinerad transkriptomik-metabolomik-proteomik av sjuka djurmodeller av aortaklaffvävnad i tidiga, mellanliggande och slutliga stadier, i jämförelse med befintliga multiomics-databaser för patienter, för att undersöka kandidatmolekyler - "drivrutiner " av skadan med ett orsakssamband.

(C) Den differentiella proteomiska analysen av patientseraprover med allvarlig aortaklaffstenos, retrospektivt definierad som snabba kontra långsamma sjukdomsprogredier och kontrollgrupp av individer utan aortaklaffstenos och svår förkalkning.

(D) Den differentiella metabolomiska analysen av seraprover från patienter med allvarlig aortaklaffstenos, retrospektivt definierad som snabba kontra långsamma sjukdomsprogressioner och kontrollgrupp av individer utan aortaklaffstenos och svår förkalkning.

(E) För att erhålla differentialprofilen för cirkulerande immunceller bland patienter.

(F) Den integrerade bioinformatiska dataanalysen av differentiellt patientserumproteom och metabolom berikad med resultaten från djurmodellen och befintliga databaser från andra patienter, för att bestämma de mest sannolika - kausalt relaterade molekylerna med sjukdomsprogression i ett molekylärt nätverk.

(G) Användning av de viktigare proteinmålen för utveckling av en ny detektionsanalys för multipla proteinmål i blodserum genom multiplex ELISA baserat på resultaten av bioinformatikanalysen.

(H) Tillämpning av den nya analysmultiplex-ELISA i parade serumprover från patienter med måttlig till svår aortastenos och kontrollgrupp av individer utan aortastenos och allvarlig förkalkning, prospektivt inskrivna och övervakade, initial validering av analysen och granskning av dess diagnostik prestanda.

Kort metodik:

Två oberoende kliniska kohorter kommer att tillhandahålla nödvändiga data och serumprover. Den första, en retrospektiv kohort av patienter med svår aortaklaffstenos kommer att definiera serum, ekokardiografiska och kliniska skillnader mellan undergrupper med olika progressionshastigheter. Den andra kohorten, prospektivt utvecklad, kommer att bekräfta retrospektivt erhållna kliniska och ekokardiografiska data och tillhandahålla baslinje- och uppföljningsmätningar av aortaklaffförkalkning (CT-kalciumpoäng). Parade baslinje- och uppföljningsserumprover kommer att validera serummål från den retrospektiva kohorten. Patienterna kommer att bedömas med ekokardiografi årligen och med uppföljande CT 2 och 5 år från inskrivningen.

Retrospektiv proteomik kommer att göras med oriktad vätskekromatografi/masspektrometri (LC/MS) och metabolomik med oriktad vätskekromatografi-tandem masspektrometri (LC-MS/MS) i seriell reaktionsövervakning (SRM)-läge. Prospektiv proteomik och metabolomik kommer att vara kvantitativ och målinriktad. Blodprover kommer omedelbart att frysas och förvaras till -80 C.

Dessutom kommer mononukleära celler från perifert blod att isoleras och kryokonserveras vid -80 C med differentiell densitetscentrifugering. Cellpopulationer kommer att analyseras med hjälp av masscytometri, flödescytometri, cellsortering och molekylära metoder.

För patofysiologisk anrikning kommer en modifierad nyzeeländsk kaninmodell för aortastenos att användas i ett longitudinellt protokoll för vävnadsskörd i det tidiga, mellanliggande och sena stadiet av sjukdomen (motsvarande inflammation - förkalkning och efterföljande klaffstenos).