Открытие биомаркера - Biomarker discovery

Открытие биомаркера медицинский термин, описывающий процесс, посредством которого биомаркеры обнаружены. многие широко используемые анализы крови в медицине - биомаркеры. Есть интерес к открытию биомаркеров со стороны фармацевтическая индустрия; анализ крови или другие биомаркеры могут служить промежуточными маркерами заболевания в клинических испытаниях и, по возможности, мишени для наркотиков.

Механизм действия

То, как были обнаружены эти тесты, можно рассматривать как открытие биомаркеров; однако их идентификация в основном производилась по одному. Многие хорошо известные тесты были идентифицированы на основе биологических исследований в области физиология или биохимия; поэтому одновременно учитывались только несколько маркеров. Примером открытия биомаркера является использование инулин для оценки функции почек. В результате этого процесса естественная молекула (креатинин ), что позволяет проводить такие же измерения без инъекций инсулина.

Недавний интерес к открытию биомаркеров вызван новыми молекулярно-биологический методы, которые обещают быстро найти соответствующие маркеры без детального понимания механизмов заболевания. Просматривая много возможных биомолекулы одновременно можно попытаться применить параллельный подход; геномика и протеомика некоторые технологии, используемые в этом процессе. Секретомика также стала важной технологией в высокопроизводительном поиске биомаркеров;[1] однако остаются значительные технические трудности.

Выявление клинически значимого белка биомаркеры из фенотип и биологическая функция - это расширяющаяся область исследований, которая расширит диагностический возможности. Недавно появились биомаркеры ряда заболеваний, в том числе: специфический антиген простаты (PSA) для рак простаты[2] и С-реактивный белок (CRP) при сердечных заболеваниях.[3] В эпигенетические часы который измеряет возраст клеток / тканей / органов на основе уровней метилирования ДНК, вероятно, является наиболее точным геномным биомаркером. Использование биомаркеров из легко поддающихся оценке биологических жидкостей (например, крови и мочи) полезно для оценки состояния труднодоступных тканей и органов. Биологические жидкости более доступны, в отличие от более инвазивных или невыполнимых методов (таких как биопсия ткани).

Биологические жидкости содержат белки из 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 быть потеряны через клубочковая фильтрация.[4] Эти факторы могут значительно влиять на белковый состав биожидкости.[5] Кроме того, простой просмотр перекрытия белков упустил бы передачу информации, происходящую через классы белков и белок-белковые взаимодействия.

Вместо этого проекция белков на функциональное пространство, пространство для лекарств и болезни позволяет измерить функциональное расстояние между тканью и биожидкостями. Близость этих абстрактных пространств означает низкий уровень искажений информационного канала (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. Первый северное пятно может использоваться для выделения набора РНК последовательности. Во-вторых и в-третьих, их можно проанализировать стандартными методами. Экспрессия гена методы или обследованы с использованием МУДРЕЦ. Наконец, Микрочип ДНК[7] можно провести измерение, чтобы определить частоту каждого гена; эту информацию можно использовать для определения того, является ли ген биомаркером.

Часто полимеразной цепной реакции используется для создания множества копий последовательностей, чтобы с ними было легче работать. В феврале 2016 года доктор Лаура Ельницки и компания использовали этот метод для обнаружения биомаркера, общего для пяти типов рака.[8]

Протеомный подход

  1. 2D-СТРАНИЦА
  2. ЖХ-МС
  3. SELDI-TOF (или же МАЛДИ-ТОФ )
  4. Массив антител
  5. Тканевый микрочип

Метаболомический подход

Период, термин метаболомный был недавно введен для решения глобальный анализ из всех метаболиты в биологическом образце. Родственный термин, метабономика, был введен специально для обозначения анализа метаболических реакций на лекарства или заболевания. Метабономика стала важной областью исследований; это сложная система биологическое исследование, используемое как метод определения биомаркера различных заболеваний. Как правило, в большинстве случаев заболевания метаболический путь были или были активированы или деактивированы - таким образом, этот параметр можно использовать в качестве маркера для некоторых заболеваний. Пути производства серотонина, активированные, например, у человека, который недавно употреблял алкоголь, могут быть метаболическим маркером недавнего потребление алкоголя.

Липидомический подход

Липидомика относится к анализу липиды. Поскольку липиды обладают уникальными физические свойства, их было традиционно трудно изучать. Однако усовершенствования новых аналитических платформ позволили идентифицировать и количественно определять большинство липидных метаболитов из одного образца. Три ключевые платформы, используемые для определения липидного профиля, включают: масс-спектрометрии, хроматография и ядерный магнитный резонанс. Масс-спектрометрия была использована для определения относительной концентрации и состава частиц липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) из липидных экстрактов, выделенных из коронарный обход пациенты и здоровые добровольцы. Они обнаружили, что частицы ЛПВП от пациентов с коронарным шунтированием содержат значительно меньше сфингомиелин относительно фосфатидилхолин и выше триглицериды относительно эфиры холестерина. Липидомное профилирование также использовалось для изучения эффекта розиглитазон, а PPARγ агонист, на липидный обмен на мышах. Было обнаружено, что розиглитазон изменяет состав липидов в разных органах. Увеличивает накопление триглицеридов в печени; изменен свободные жирные кислоты в сердце, в жировая ткань, и в сердце; и снижение уровня триглицеридов в плазме.

Гликомический подход

Гликозилирование представляет собой обычную посттрансляционную модификацию белков, и почти вся поверхность клетки и секретируемые белки модифицированы ковалентно связанными углеводами. Эукариотические гликаны обычно делятся на две основные группы: N- и O-гликаны, где гликановые цепи связаны с остатками аспарагина и серина / треонина соответственно. Гликаны являются важными медиаторами биологических процессов, таких как сворачивание белков, передача сигналов клеток, оплодотворение, эмбриогенез, развитие нейронов, активность гормонов и пролиферация клеток и их организация в определенных тканях. Кроме того, неопровержимые данные подтверждают важность гликозилирования для распознавания патогенов, воспаления, врожденных иммунных ответов и развития аутоиммунных заболеваний и рака. Однако идентификация этих биомаркеров была непростой, в основном из-за структурного разнообразия и множества возможных изомеров гликанов. К счастью, гликомия становится все более возможной благодаря значительным улучшениям в масс-спектрометрии и разделении.[9]

Исследование

Была представлена ​​теоретико-информационная структура для открытия биомаркеров, объединяющая информацию о биожидкости и тканях; этот подход использует преимущества функциональных синергия между определенными биожидкостями и тканями, с возможностью получения клинически значимых результатов (невозможно, если ткани и биожидкости рассматриваются отдельно).[10] Путем концептуализации тканевых биожидкостей в качестве информационных каналов были идентифицированы важные биожидкости, которые затем использовались для управляемой разработки клинической диагностики. Кандидат биомаркеры затем были предсказаны на основе критериев передачи информации по каналам ткань-биожидкость. Значительные взаимосвязи между биожидкостью и тканью могут быть использованы для определения приоритетности клинической проверки биомаркеров.

Ex vivo стимуляция крови

Ex vivo стимуляция крови - 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. Ex vivo Таким образом, исследования стимуляции крови позволяют оценить эффект нового соединения в «живой системе», в которой иммунная система подверглась сомнению.[11] Большинство исследований с использованием этого метода проводится Организации клинических исследований фазы I, позволяя им собирать образцы крови и мгновенно анализировать их, чтобы они не испортились.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Hathout, Йетриб (2007). «Подходы к изучению клеточного секретома». Экспертный обзор протеомики. 4 (2): 239–48. Дои:10.1586/14789450.4.2.239. PMID  17425459.
  2. ^ Зингер, Э. А .; Пенсон, Д. Ф .; Палапатту, Г. С. (2007). «Скрининг PSA и пожилые мужчины». JAMA. 297 (9): 949, ответ автора 949–50. Дои:10.1001 / jama.297.9.949-а. PMID  17341705.
  3. ^ Crawford, D.C .; Sanders, C.L .; Цинь, X .; Smith, J.D .; Shephard, C .; Wong, M .; Witrak, L .; Rieder, M. J .; Никерсон, Д. А. (2006). «Генетическая изменчивость связана с уровнями С-реактивного белка в третьем национальном исследовании здоровья и питания». Тираж. 114 (23): 2458–65. Дои:10.1161 / CIRCULATIONAHA.106.615740. PMID  17101857.
  4. ^ Джейкобс, Джон М .; Adkins, Joshua N .; Цянь, Вэй-Цзюнь; Лю, Тао; Шен, Юфэн; Кэмп, Дэвид Дж .; Смит, Ричард Д. (2005). «Использование плазмы крови человека для открытия протеомных биомаркеров †». Журнал протеомных исследований. 4 (4): 1073–85. Дои:10.1021 / pr0500657. PMID  16083256.
  5. ^ Андерсон, Нидерланды; Андерсон, Н.Г. (2002). «Протеом плазмы человека: история, характер, диагностические перспективы». Молекулярная и клеточная протеомика. 1 (11): 845–67. Дои:10.1074 / mcp.R200007-MCP200. PMID  12488461.
  6. ^ Он, YD (2006). «Геномный подход к идентификации биомаркеров и его недавние приложения». Биомаркеры рака: раздел a маркеров заболеваний. 2 (3–4): 103–33. PMID  17192065.
  7. ^ Лукопулос П., Шибата Т., Като Х. и др. (Март 2007 г.). «Полногеномный сравнительный анализ геномной гибридизации аденокарциномы поджелудочной железы: идентификация генетических индикаторов, которые предсказывают исход болезни». Рак Науки. 98 (3): 392–400. Дои:10.1111 / j.1349-7006.2007.00395.x. PMID  17233815.
  8. ^ «Исследователи NIH определили поразительную геномную сигнатуру, присущую 5 типам рака - ScienceNewsline». www.sciencenewsline.com. Получено 2016-04-24.[постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ Aizpurua-Olaizola, O .; Тораньо, Х. Састре; Falcon-Perez, J.M .; Уильямс, С .; Reichardt, N .; Бунс, Г.-Дж. (2018). «Масс-спектрометрия для открытия гликановых биомаркеров». Тенденции TrAC в аналитической химии. 100: 7–14. Дои:10.1016 / j.trac.2017.12.015.
  10. ^ Альтеровиц, G; Сян, М; Лю, Дж; Чанг, А; Рамони, MF (2008). Открытие общесистемных периферических биомаркеров с использованием теории информации. Тихоокеанский симпозиум по биокомпьютингу. С. 231–42. Дои:10.1142/9789812776136_0024. ISBN  978-981-277-608-2. PMID  18229689.
  11. ^ «Стимуляция крови Ex vivo в открытии биомаркеров». Архивировано из оригинал на 2009-11-29. Получено 2009-10-23.

внешняя ссылка

Академические журналы в этой области