Открытие биомаркеров

Открытие биомаркеров — это медицинский термин, описывающий процесс биомаркеров открытия . Многие широко используемые в медицине анализы крови являются биомаркерами. проявляет интерес к открытию биомаркеров Фармацевтическая промышленность ; анализ крови или другие биомаркеры могут служить промежуточными маркерами заболевания в клинических испытаниях и возможными мишенями для лекарств .

Механизм действия

То, как были найдены эти тесты, можно рассматривать как открытие биомаркеров; однако их идентификация в основном производилась по одному. Многие известные тесты были идентифицированы на основе биологических знаний из областей физиологии и биохимии ; поэтому одновременно рассматривались только несколько маркеров. Примером открытия биомаркера является использование инулина для оценки функции почек. В результате этого процесса была открыта встречающаяся в природе молекула ( креатинин ), позволяющая проводить те же измерения без инъекций инсулина.

Недавний интерес к открытию биомаркеров подстегивается новыми молекулярно-биологическими методами, которые обещают быстро находить соответствующие маркеры без детального понимания механизмов заболевания. скрининга множества возможных биомолекул Путем одновременного можно попытаться применить параллельный подход; геномика и протеомика — некоторые технологии, используемые в этом процессе. Секретомика также стала важной технологией высокопроизводительного поиска биомаркеров; ^{[ 1 ]} однако остаются значительные технические трудности.

Идентификация клинически значимых белковых биомаркеров фенотипа и биологической функции является расширяющейся областью исследований, которая расширит диагностические возможности. Недавно появились биомаркеры ряда заболеваний, в том числе специфический антиген простаты (ПСА) при раке простаты. ^{[ 2 ]} и С-реактивный белок (СРБ) при заболеваниях сердца. ^{[ 3 ]} Эпигенетические часы , которые измеряют возраст клеток/тканей/органов на основе уровней метилирования ДНК, возможно, являются наиболее точным геномным биомаркером. Использование биомаркеров из легко поддающихся оценке биожидкостей (например, крови и мочи) полезно при оценке состояния труднодоступных тканей и органов. Биофлюиды более доступны, в отличие от более инвазивных или неосуществимых методов (таких как биопсия тканей).

Биожидкости содержат белки тканей и служат эффективными гормональными коммуникаторами. Ткань действует как передатчик информации, а биожидкость (отобранная врачом) действует как приемник. Информативность биожидкости зависит от точности канала. Источники шума, снижающие точность воспроизведения, включают добавление белков, полученных из других тканей (или из самой биожидкости); Белки также могут теряться в результате клубочковой фильтрации . ^{[ 4 ]} Эти факторы могут существенно влиять на белковый состав биожидкости. ^{[ 5 ]} Кроме того, простой взгляд на перекрытие белков упускает возможность передачи информации, происходящей через классы белков и межбелковые взаимодействия.

Вместо этого проекция белков на функциональные пространства, пространства лекарств и болезней позволяет измерить функциональное расстояние между тканью и биологическими жидкостями. Близость этих абстрактных пространств означает низкий уровень искажений в информационном канале (и, следовательно, высокую производительность биожидкости). Однако современные подходы к прогнозированию биомаркеров анализируют ткани и биожидкости отдельно. ^{[ 6 ]}

Методы открытия

Геномный подход

Существует четыре основных метода геномного анализа. Во-первых, нозерн-блоттинг можно использовать для выделения набора последовательностей РНК . Во-вторых и в-третьих, их можно проанализировать с помощью стандартных методов экспрессии генов или исследовать с помощью SAGE . Наконец, микроматрица ДНК ^{[ 7 ]} можно провести измерение, чтобы определить частоту каждого гена; эта информация может быть использована для определения того, является ли ген биомаркером.

Часто полимеразная цепная реакция используется для создания множества копий последовательностей, чтобы облегчить с ними работу. В феврале 2016 года доктор Лаура Эльницки и компания использовали этот метод для обнаружения биомаркера, общего для пяти типов рака. ^{[ 8 ]}

Протеомный подход

Протеомные методы являются эффективным инструментом анализа биомаркеров, преимуществами которого являются быстрый и точный скрининг заболеваний, например, в сыворотке крови. Общие протеомные методы для биомаркеров включают: ^{[ 9 ]}

Метаболомный подход

Термин «метаболомный» был недавно введен для обозначения глобального анализа всех метаболитов в биологическом образце. Родственный термин «метабономика» был введен специально для анализа метаболических реакций на лекарства или заболевания. Метабономика стала основной областью исследований; это комплексное системное биологическое исследование, используемое в качестве метода выявления биомаркеров различных заболеваний. В целом, в большинстве случаев заболеваний метаболический путь был либо активирован, либо деактивирован – таким образом, этот параметр можно использовать в качестве маркера некоторых заболеваний. Пути выработки серотонина, активированные, например, у человека, который недавно употреблял алкоголь, могут быть метаболическим маркером недавнего употребления алкоголя .

Липидомический подход

Липидомика относится к анализу липидов . Поскольку липиды обладают уникальными физическими свойствами , их традиционно было трудно изучать. Однако усовершенствования новых аналитических платформ позволили идентифицировать и количественно оценить большинство метаболитов липидов из одного образца. Три ключевые платформы, используемые для определения профиля липидов, включают масс-спектрометрию , хроматографию и ядерный магнитный резонанс. Масс-спектрометрию использовали для определения относительной концентрации и состава частиц липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) из липидных экстрактов, выделенных у пациентов с коронарным шунтированием и здоровых добровольцев. Они обнаружили, что частицы ЛПВП от пациентов с коронарным шунтированием содержат значительно меньше сфингомиелина по сравнению с фосфатидилхолином и более высокие триглицериды по сравнению с эфирами холестерина . Липидомическое профилирование также использовалось для изучения влияния росиглитазона , агониста PPARγ , на липидный обмен у мышей. Было обнаружено, что росиглитазон изменяет липидный состав в различных органах. Это увеличило накопление триглицеридов в печени; измененный свободные жирные кислоты в сердце, жировой ткани и сердце; и снижение уровня триглицеридов в плазме.

Гликомический подход

Гликозилирование является распространенной посттрансляционной модификацией белков, и почти все клеточные поверхности и секретируемые белки модифицируются ковалентно связанными углеводами. Эукариотические гликаны обычно подразделяют на две основные группы: N- и O-гликаны, где цепи гликанов связаны с остатками аспарагина и серина/треонина соответственно. Гликаны являются важными медиаторами биологических процессов, таких как сворачивание белков, передача сигналов клеткам, оплодотворение, эмбриогенез, развитие нейронов, гормональная активность и пролиферация клеток и их организация в определенные ткани. Кроме того, огромные данные подтверждают значимость гликозилирования в распознавании патогенов, воспалении, врожденных иммунных реакциях и развитии аутоиммунных заболеваний и рака. Однако идентификация этих биомаркеров оказалась непростой задачей, главным образом из-за структурного разнообразия и многочисленных возможных изомеров гликанов. К счастью, гликомика становится все более осуществимой благодаря значительным достижениям в области масс-спектрометрии и науки о разделении. ^{[ 10 ]}

ex vivo Стимуляция крови

Стимуляция крови ex vivo — это процесс, с помощью которого исследователи могут анализировать иммунологические биомаркеры действия лекарств у здоровых добровольцев. Образцы крови (взятые у здоровых добровольцев) стимулируются в лаборатории для активации иммунной системы. Таким образом, исследования стимуляции крови ex vivo позволяют оценить эффект нового соединения в «живой системе», в которой иммунная система подверглась воздействию. ^{[ 11 ]} Большинство исследований с использованием этого метода проводится клиническими исследовательскими организациями фазы I , что позволяет им собирать образцы крови и мгновенно анализировать их, чтобы они не испортились.

См. также

Ссылки

^ Хатхут, Йетриб (2007). «Подходы к изучению клеточного секретома». Экспертное обозрение по протеомике . 4 (2): 239–48. дои : 10.1586/14789450.4.2.239 . ПМИД 17425459 .
^ Сингер, Э.А.; Пенсон, DF; Палапатту, GS (2007). «Скрининг ПСА и пожилые мужчины». ДЖАМА . 297 (9): 949, ответ автора 949–50. дои : 10.1001/jama.297.9.949-а . ПМИД 17341705 .
^ Кроуфорд, округ Колумбия; Сандерс, CL; Цинь, X.; Смит, доктор медицинских наук; Шепард, К.; Вонг, М.; Витрак, Л.; Ридер, МЮ; Никерсон, Д.А. (2006). «Генетические вариации связаны с уровнями С-реактивного белка по данным Третьего национального обследования здоровья и питания» . Тираж . 114 (23): 2458–65. doi : 10.1161/CIRCULATIONAHA.106.615740 . ПМИД 17101857 .
^ Джейкобс, Джон М.; Адкинс, Джошуа Н.; Цянь, Вэй-Цзюнь; Лю, Тао; Шен, Юфэн; Кэмп, Дэвид Г.; Смит, Ричард Д. (2005). «Использование плазмы крови человека для открытия протеомных биомаркеров †». Журнал исследований протеома . 4 (4): 1073–85. дои : 10.1021/pr0500657 . ПМИД 16083256 .
^ Андерсон, Нидерланды; Андерсон, Н.Г. (2002). «Протеом плазмы человека: история, характер и перспективы диагностики» . Молекулярная и клеточная протеомика . 1 (11): 845–67. дои : 10.1074/mcp.R200007-MCP200 . ПМИД 12488461 .
^ Он, Ю.Д. (2006). «Геномный подход к идентификации биомаркеров и его недавние применения». Биомаркеры рака . 2 (3–4): 103–33. ПМИД 17192065 .
^ Лукопулос П., Шибата Т., Като Х. и др. (март 2007 г.). «Сравнительный геномный гибридизационный анализ аденокарциномы поджелудочной железы на основе полногеномного массива: идентификация генетических индикаторов, которые предсказывают исход пациента» . Наука о раке . 98 (3): 392–400. дои : 10.1111/j.1349-7006.2007.00395.x . ПМЦ 11158398 . ПМИД 17233815 .
^ «Исследователи НИЗ выявили поразительные геномные признаки, общие для 5 типов рака – ScienceNewsline» . www.sciencenewsline.com . Проверено 24 апреля 2016 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Бергман, Нина; Бергквист, Йонас (2014). «Последние разработки в области протеомных методов и биомаркеров заболеваний» . Аналитик . 139 (16): 3836–3851. дои : 10.1039/C4AN00627E . ISSN 0003-2654 .
^ Айзпуруа-Олайзола, О.; Тораньо, Дж. Састре; Фалькон-Перес, Дж. М.; Уильямс, К.; Райхардт, Н.; Бунс, Г.-Ж. (2018). «Масс-спектрометрия для открытия биомаркеров гликанов». TrAC Тенденции в аналитической химии . 100 : 7–14. дои : 10.1016/j.trac.2017.12.015 .
^ «Стимуляция крови Ex Vivo в открытии биомаркеров» . Архивировано из оригинала 29 ноября 2009 г. Проверено 23 октября 2009 г.

Внешние ссылки

Лиотта, Лэнс А.; Феррари, Мауро; Петрикоин, Эмануэль (2003). «Клиническая протеомика: Написано кровью» (PDF) . Природа . 425 (6961): 905. дои : 10.1038/425905a . ПМИД 14586448 .
«Национальный институт рака НИЗ. Вопросы и ответы: протеомика и рак» . 01.01.1980 . Проверено 5 апреля 2006 г.
Говард Шульман. «Самый популярный новый термин в области биотехнологий» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 ноября 2006 г. Проверено 29 ноября 2006 г.
«Тенденции биорынка: молекулярная диагностика в движении» . Новости генной инженерии и биотехнологии .
«Капитализация работы по открытию биомаркеров» . Новости генной инженерии и биотехнологии .
Энрике А. Далмассо (15 июня 2008 г.). «Планирование успеха в открытии биомаркеров» . Новости генной инженерии и биотехнологии . Мэри Энн Либерт, Inc., стр. 28–30 . Проверено 6 июля 2008 г. (подзаголовок) Соответствующая протеомная платформа и тщательный дизайн исследования могут улучшить положительные результаты.
«Исследование открытия биомаркеров крови высокого риска» . 2007 . Проверено 22 августа 2011 г.

Научные журналы в этой области

Информация о биомаркерах

[pmid17425459-1] Хатхут, Йетриб (2007). «Подходы к изучению клеточного секретома». Экспертное обозрение по протеомике . 4 (2): 239–48. дои : 10.1586/14789450.4.2.239 . ПМИД 17425459 .

[2] Сингер, Э.А.; Пенсон, DF; Палапатту, GS (2007). «Скрининг ПСА и пожилые мужчины». ДЖАМА . 297 (9): 949, ответ автора 949–50. дои : 10.1001/jama.297.9.949-а . ПМИД 17341705 .

[3] Кроуфорд, округ Колумбия; Сандерс, CL; Цинь, X.; Смит, доктор медицинских наук; Шепард, К.; Вонг, М.; Витрак, Л.; Ридер, МЮ; Никерсон, Д.А. (2006). «Генетические вариации связаны с уровнями С-реактивного белка по данным Третьего национального обследования здоровья и питания» . Тираж . 114 (23): 2458–65. doi : 10.1161/CIRCULATIONAHA.106.615740 . ПМИД 17101857 .

[4] Джейкобс, Джон М.; Адкинс, Джошуа Н.; Цянь, Вэй-Цзюнь; Лю, Тао; Шен, Юфэн; Кэмп, Дэвид Г.; Смит, Ричард Д. (2005). «Использование плазмы крови человека для открытия протеомных биомаркеров †». Журнал исследований протеома . 4 (4): 1073–85. дои : 10.1021/pr0500657 . ПМИД 16083256 .

[5] Андерсон, Нидерланды; Андерсон, Н.Г. (2002). «Протеом плазмы человека: история, характер и перспективы диагностики» . Молекулярная и клеточная протеомика . 1 (11): 845–67. дои : 10.1074/mcp.R200007-MCP200 . ПМИД 12488461 .

[6] Он, Ю.Д. (2006). «Геномный подход к идентификации биомаркеров и его недавние применения». Биомаркеры рака . 2 (3–4): 103–33. ПМИД 17192065 .

[7] Лукопулос П., Шибата Т., Като Х. и др. (март 2007 г.). «Сравнительный геномный гибридизационный анализ аденокарциномы поджелудочной железы на основе полногеномного массива: идентификация генетических индикаторов, которые предсказывают исход пациента» . Наука о раке . 98 (3): 392–400. дои : 10.1111/j.1349-7006.2007.00395.x . ПМЦ 11158398 . ПМИД 17233815 .

[8] «Исследователи НИЗ выявили поразительные геномные признаки, общие для 5 типов рака – ScienceNewsline» . www.sciencenewsline.com . Проверено 24 апреля 2016 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[9] Бергман, Нина; Бергквист, Йонас (2014). «Последние разработки в области протеомных методов и биомаркеров заболеваний» . Аналитик . 139 (16): 3836–3851. дои : 10.1039/C4AN00627E . ISSN 0003-2654 .

[10] Айзпуруа-Олайзола, О.; Тораньо, Дж. Састре; Фалькон-Перес, Дж. М.; Уильямс, К.; Райхардт, Н.; Бунс, Г.-Ж. (2018). «Масс-спектрометрия для открытия биомаркеров гликанов». TrAC Тенденции в аналитической химии . 100 : 7–14. дои : 10.1016/j.trac.2017.12.015 .

[11] «Стимуляция крови Ex Vivo в открытии биомаркеров» . Архивировано из оригинала 29 ноября 2009 г. Проверено 23 октября 2009 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]