Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для журнала см. Биомаркеры (журнал) .

Биомаркеров , или биологический маркер является измеримым показателем какого - то биологического состояния или состояния. Биомаркеры часто измеряются и оцениваются с использованием крови, мочи или мягких тканей [1] для изучения нормальных биологических процессов , патогенных процессов или фармакологических реакций на терапевтическое вмешательство . [2] Биомаркеры используются во многих научных областях .

Цифровые биомаркеры - это новая развивающаяся область биомаркеров, которые в основном собираются интеллектуальными биосенсорами. [3] До сих пор цифровые биомаркеры были сосредоточены на мониторинге жизненно важных параметров, таких как данные акселерометра и частота сердечных сокращений [4] [5], но также и речи . [6] Новые неинвазивные молекулярные цифровые биомаркеры становятся все более доступными и регистрируются, например, с помощью анализа пота на коже ( судорология с подключением к Интернету ), которые можно рассматривать как цифровые биомаркеры следующего поколения . [7] Цифровыми биомаркерами можно легко поделиться с ответственным врачом, а с помощью искусственного интеллекта можно разработать новые диагностические подходы.

Медицина [ править ]

Основная статья: Биомаркер (лекарство)

Биомаркеры, используемые в медицине или точной медицине, являются частью относительно нового набора клинических инструментов. Они классифицируются по трем основным категориям в зависимости от их клинического применения. Они классифицируются как молекулярные биомаркеры, клеточные биомаркеры или биомаркеры визуализации. Все 3 типа биомаркеров играют клиническую роль в сужении или принятии решений о лечении и подчиняются подкатегориям, которые являются прогностическими, прогностическими или диагностическими.

Прогнозирующий [ править ]

Прогнозирующие молекулярные, клеточные биомаркеры или биомаркеры визуализации, прошедшие валидацию, могут служить методом прогнозирования клинических исходов. Прогностические биомаркеры используются для оптимизации идеального лечения и часто указывают на вероятность получения положительного эффекта от конкретной терапии. Например, молекулярные биомаркеры, расположенные на стыке специфической для патологии архитектуры молекулярного процесса и механизма действия лекарства, обещают улавливать аспекты, позволяющие оценить индивидуальный ответ на лечение. [8]Это предлагает двойной подход как к выявлению тенденций в ретроспективных исследованиях, так и к использованию биомаркеров для прогнозирования результатов. Например, при метастатическом колоректальном раке прогностические биомаркеры могут служить способом оценки и улучшения показателей выживаемости пациентов, а в каждом индивидуальном случае они могут служить способом избавления пациентов от ненужной токсичности, которая возникает из-за планов лечения рака. [9]

Распространенными примерами прогностических биомаркеров являются гены, такие как ER, PR и HER2 / neu при раке груди, слитый белок BCR-ABL при хроническом миелоидном лейкозе, мутации c-KIT при опухолях GIST и мутации EGFR1 при NSCLC. [10]

Диагностика [ править ]

Диагностические биомаркеры, требующие доказательства, могут сыграть определенную роль в сужении диагноза. Это может привести к диагностике, которая будет значительно более специфичной для каждого пациента.

После сердечного приступа можно измерить ряд различных сердечных биомаркеров , чтобы точно определить, когда произошел приступ и насколько серьезным он был.

Биомаркером может быть отслеживаемое вещество, которое вводится в организм как средство для изучения функции органа или других аспектов здоровья. [11] Например, хлорид рубидия используется в качестве радиоактивного изотопа для оценки перфузии сердечной мышцы.

Это также может быть вещество, обнаружение которого указывает на конкретное болезненное состояние, например, наличие антитела может указывать на инфекцию . [11] Более конкретно, биомаркер указывает на изменение экспрессии или состояния белка, которое коррелирует с риском или прогрессированием заболевания или с восприимчивостью заболевания к данному лечению. [11]

Одним из примеров широко используемого биомаркера в медицине является простатоспецифический антиген (ПСА). Этот маркер можно измерить как показатель размера простаты с быстрыми изменениями, потенциально указывающими на рак. В самом крайнем случае было бы обнаружение мутантных белков как специфичных для рака биомаркеров с помощью мониторинга выбранных реакций (SRM), поскольку мутантные белки могут происходить только из существующей опухоли, что в конечном итоге обеспечивает наилучшую специфичность для медицинских целей. [12]

Другой пример - KRAS, онкоген , кодирующий GTPase, участвующую в нескольких путях передачи сигнала . Биомаркеры для точности онкология , как правило , используются в молекулярной диагностики хронической миелоидной лейкемии , толстой кишки , молочной железы и легкого рака, а также в меланоме . [13]

Прогностический [ править ]

Прогностический биомаркер предоставляет информацию об общем исходе пациента независимо от терапии. [10]

Исследование [ править ]

Биомаркеры для точной медицины являются частью относительно нового набора клинических инструментов. В случае метастатического колоректального рака (mCRC) только два прогностических биомаркера были идентифицированы и внедрены в клиническую практику. [9] В этом случае, отсутствие данных, помимо ретроспективных исследований и успешных подходов, основанных на биомаркерах, было предложено как основная причина потребности в новых исследованиях биомаркеров в области медицины из-за серьезного истощения, которое сопровождает клинические испытания.

Область исследования биомаркеров также расширяется и включает комбинаторный подход к идентификации биомаркеров из многомерных источников. Объединение групп биомаркеров из различных омических данных дает возможность разработки панелей, которые оценивают реакцию на лечение на основе множества биомаркеров одновременно. Одной из таких областей расширяющихся исследований многомерных биомаркеров является секвенирование митохондриальной ДНК. Было показано, что мутации в митохондриальной ДНК коррелируют с риском, прогрессированием и ответом на лечение плоскоклеточного рака головы и шеи. [14]В этом примере было показано, что относительно недорогой конвейер секвенирования способен обнаруживать низкочастотные мутации в опухолево-ассоциированных клетках. Это подчеркивает общую способность биомаркеров на основе митохондриальной ДНК улавливать неоднородность среди людей. [14]

Нормативная проверка для клинического использования [ править ]

Сеть исследований раннего обнаружения (EDNR) составила список из семи критериев, по которым можно оценивать биомаркеры, чтобы упростить клиническую валидацию. [15]

Доказательство концепции [ править ]

Ранее используемый для определения конкретных характеристик биомаркер, этот шаг необходим для выполнения места в проверке этих преимуществ. Биологическое обоснование исследования должно быть оценено в малом масштабе, прежде чем могут быть проведены какие-либо крупномасштабные исследования. [15] Многие кандидаты должны пройти тестирование, чтобы выбрать наиболее подходящих. [16]

Экспериментальная проверка [ править ]

Этот шаг позволяет разработать наиболее адаптированный протокол для повседневного использования биомаркера. Одновременно можно подтвердить актуальность протокола различными методами (гистология, ПЦР, ELISA, ...) и определить слои на основе результатов.

Проверка аналитических характеристик [ править ]

Один из наиболее важных шагов, он служит для определения конкретных характеристик кандидата в биомаркеры перед разработкой стандартного теста. [17] Рассматриваются несколько параметров, в том числе:

  • чувствительность
  • специфичность
  • надежность
  • точность
  • воспроизводимость
  • практичность [15]
  • этичность [18]

Стандартизация протокола [ править ]

Это оптимизирует утвержденный протокол для повседневного использования, включая анализ критических точек путем сканирования всей процедуры для выявления и контроля потенциальных рисков.

Этические вопросы [ править ]

В 1997 году Национальный институт здравоохранения высказал предположение о необходимости разработки руководящих принципов и законодательства, регулирующих этические аспекты исследований биомаркеров. [15] Подобно тому, как проект «Геном человека» сотрудничал с Управлением оценки технологий США, исследования восприимчивости к биомаркерам должны сотрудничать для создания этических руководящих принципов, которые могут быть внедрены в основу и требования к предложениям исследований.

Обеспечение того, чтобы все участники, включенные на каждом этапе проекта (т.е. планирование, реализация и обобщение результатов), были защищены этическими принципами, которые вводятся в действие до начала проекта. Эти этические меры защиты должны защищать не только участников исследования, но и не участников, исследователей, спонсоров, регулирующих органов и всех других лиц или групп, участвующих в исследовании. [15] Некоторые этические меры защиты могут включать, но не ограничиваются: [15]

  • Информированное согласие участника
  • Доступ к возможностям участия независимо от расы, социально-экономического статуса, пола, сексуальной ориентации и т. Д. (В пределах диапазона, разрешенного протоколом эксперимента)
  • Научная честность
  • Конфиденциальность данных ( анонимность )
  • Признание конфликта интересов в отношении финансирования и спонсорства со стороны данных спонсоров
  • Прозрачность и признание медицинских и юридических рисков, связанных с участием

Клеточная биология [ править ]

Основная статья: Биомаркер (клетка)

В клеточной биологии , A биомаркер представляет собой молекула , которая позволяет обнаруживать и выделение определенного типа клеток (например, белок Окт-4 используется в качестве биомаркера для идентификации эмбриональных стволовых клеток ). [19]

В генетике биомаркер (идентифицируемый как генетический маркер ) - это последовательность ДНК, которая вызывает заболевание или связана с предрасположенностью к заболеванию. Их можно использовать для создания генетических карт любого изучаемого организма.

Приложения в химии, геологии и астробиологии [ править ]

Основные статьи: Биосигнатура , биомолекула и биомаркер (нефть)

Биомаркером может быть любая молекула, указывающая на существование живых организмов в прошлом или настоящем. В области геологии и астробиологии биомаркеры, в отличие от геомаркеров, также известны как биосигнатуры . Термин биомаркер также используется для описания биологического участия в образовании нефти . Биомаркеры использовались в геохимическом исследовании разлива нефти в заливе Сан-Франциско, Калифорния, в 1988 году. [20] 22–23 апреля около 400 000 галлонов сырой нефти было случайно выброшено в долину Сан-Хоакин нефтеперерабатывающим заводом и производством. комплекс Shell Oil Company. Нефть затронула многие прилегающие районы. Образцы сырой нефти были собраны в различных регионах, где она распространилась, и сравнены с образцами, которые не были выпущены, в попытке провести различие между разлитой нефтью и петрогенным фоном, присутствующим в зоне разлива. [20] Масс-спектры были выполнены для идентификации биомаркеров и циклических алифатических углеводородов в образцах. Были обнаружены вариации в содержании компонентов в пробах сырой нефти и донных отложениях. [20]

Экотоксикология [ править ]

Основная статья: Биомаркеры оценки воздействия
См. Также: Биоиндикатор.

Рэйчел Карсон , автор книги « Тихая весна» , подняла вопрос об использовании хлорорганических пестицидов и обсудила возможные негативные эффекты, которые указанные пестициды оказывают на живые организмы. [21] В ее книге поднимались этические вопросы против химических корпораций, которые контролировали общее восприятие воздействия пестицидов на окружающую среду, что привело к необходимости проведения экотоксикологических исследований. Экотоксикологические исследования можно считать предшественниками исследований биомаркеров. [22] Биомаркеры используются для определения воздействия или воздействия ксенобиотиков , присутствующих в окружающей среде.и в организмах. Биомаркером может быть само внешнее вещество (например, частицы асбеста или NNK табака) или вариант внешнего вещества, перерабатываемого организмом ( метаболит ), которое обычно можно определить количественно.

История [ править ]

Термин «биомаркер» получил широкое распространение еще в 1980 году. [23] Методика мониторинга и изучения окружающей среды в конце 1980-х годов все еще в основном зависела от изучения химических веществ, которые считались опасными. или токсичен при обнаружении в умеренных концентрациях в воде, отложениях и водных организмах. [22] Для идентификации этих химических соединений использовались следующие методы: хроматография, спектрофотометрия, электрохимия и радиохимия. [22]Хотя эти методы оказались успешными в выяснении химического состава и концентраций загрязняющих веществ и рассматриваемых соединений, присутствующих в окружающей среде, тесты не предоставили данных, которые были бы информативными о воздействии определенного загрязнителя или химического вещества на живой организм или экосистему. Было предложено, чтобы характеристики биомаркеров могли создать систему предупреждения для проверки благополучия населения или экосистемы до того, как загрязнитель или соединение могут нанести ущерб системе. Теперь, благодаря развитию исследований биомаркеров, биомаркеры могут использоваться и применяться в области медицины человека и для выявления заболеваний. [22]

Определение [ править ]

Термин «биологический маркер» был введен в 1950-е годы. [24] [25]

  • В 1987 году биологические маркеры были определены как «индикаторы, сигнализирующие о событиях в биологических системах или образцах», которые можно было разделить на три категории: маркеры воздействия, воздействия и восприимчивости. [26]
  • В 1990 году Маккарти и Шугарт определили биомаркеры как «измерения на молекулярном, биохимическом или клеточном уровне либо в диких популяциях из загрязненных мест обитания, либо в организмах, экспериментально подвергшихся воздействию загрязняющих веществ, которые указывают на то, что организм подвергся воздействию токсичных химикатов, и величина реакции организма ». [27]
  • В 1994 году Депледж определил биомаркер как «биохимическое, клеточное, физиологическое или поведенческое изменение, которое можно измерить в тканях или жидкостях организма или на уровне всего организма, которое выявляет воздействие / или воздействие одного или нескольких химических веществ. загрязняющие вещества ». [28]
  • В 1996 году Ван Гестель и Ван Браммелен попытались переопределить биомаркеры, чтобы однозначно отличить биомаркер от биоиндикатора. Согласно Ван Гестелю и Ван Браммелену, биомаркер по определению должен использоваться только для описания сублетальных биохимических изменений, возникающих в результате индивидуального воздействия ксенобиотиков. [29]
  • В 1998 году рабочая группа по определению биомаркеров Национального института здоровья определила биомаркер как «характеристику, которая объективно измеряется и оценивается как индикатор нормальных биологических процессов, патогенных процессов или фармакологических реакций на терапевтическое вмешательство». [30] [2]
  • В 2000 году Де Лафонтен определил термин «биомаркер» как «биохимическое и / или физиологическое изменение (я) в организмах, подвергшихся воздействию загрязняющих веществ, и, таким образом, представляет собой начальную реакцию на нарушение окружающей среды и загрязнение» [31].

Активный биомониторинг [ править ]

Де Кок и Крамер разработали концепцию активного биомониторинга в 1994 году. Активный биомониторинг - это сравнение химических / биологических свойств образца, который был перемещен в новую среду, содержащую условия, отличные от исходной. [32]

См. Также [ править ]

  • Биоиндикатор
  • Открытие биомаркера
  • Биомаркеры (журнал)
  • Biomarker Insights - журнал
  • Визуальный биомаркер
  • Эндофенотип
  • Молекулярный маркер
  • Анализ слюны
  • Биомаркеры губки

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хирш, Мишель С .; Уоткинс, Жаклин (май 2020 г.). «Всесторонний обзор использования биомаркеров в гинекологическом тракте, включая дифференциальные диагнозы и диагностические ловушки» . Успехи анатомической патологии . 27 (3): 164–192. DOI : 10,1097 / PAP.0000000000000238 . ISSN  1072-4109 .
  2. ^ a b Рабочая группа по определениям биомаркеров (март 2001 г.). «Биомаркеры и суррогатные конечные точки: предпочтительные определения и концептуальная основа». Клиническая фармакология и терапия (обзор). 69 (3): 89–95. DOI : 10.1067 / mcp.2001.113989 . PMID 11240971 . S2CID 288484 .  цитируется в Siderowf A, Aarsland D, Mollenhauer B, Goldman JG, Ravina B (апрель 2018 г.). «Биомаркеры когнитивных нарушений при расстройствах с тельцами Леви: статус и актуальность для клинических испытаний». Двигательные расстройства (обзор). 33 (4): 528–536. DOI : 10.1002 / mds.27355 . PMID 29624752 . S2CID 4634411 .  
  3. ^ Бабрак Л. М., Менецки Дж., Ребхан М., Нисато Г., Зинггелер М., Брасьер Н. и др. (2019). «Традиционные и цифровые биомаркеры: два разных мира?» . Цифровые биомаркеры . 3 (2): 92–102. DOI : 10.1159 / 000502000 . PMC 7015353 . PMID 32095769 .  
  4. ^ Rovini Е, Maremmani С, Кавалло F (2017). «Как носимые датчики могут поддерживать диагностику и лечение болезни Паркинсона: систематический обзор» . Границы неврологии . 11 : 555. DOI : 10,3389 / fnins.2017.00555 . PMC 5635326 . PMID 29056899 .  
  5. ^ Brasier N, Raichle CJ, Dörr M, Becke A, Nohturfft V, Weber S и др. (Январь 2019). «Обнаружение фибрилляции предсердий с помощью камеры смартфона: первое проспективное международное двухцентровое клиническое валидационное исследование (DETECT AF PRO)» . Europace . 21 (1): 41–47. DOI : 10.1093 / EUROPACE / euy176 . PMC 6321964 . PMID 30085018 .  
  6. ↑ Low DM, Bentley KH, Ghosh, SS (январь 2020 г.). «Автоматическая оценка психических расстройств с помощью речи: систематический обзор» . Ларингоскопическая отоларингология . 5 (1): 96–116. DOI : 10.1002 / lio2.354 . PMC 7042657 . PMID 32128436 .  
  7. ^ Brasier N, Eckstein J (2019). «Пот как источник цифровых биомаркеров нового поколения» . Цифровые биомаркеры . 3 (3): 155–165. DOI : 10.1159 / 000504387 . PMC 7011725 . PMID 32095774 .  
  8. ^ Lukas А, Хайнцель А, Майер В (2019-03-11). «Биомаркеры для выявления патологии заболевания в виде гиперструктуры молекулярного процесса». bioRxiv 10.1101 / 573402 . 
  9. ^ a b Руис-Баньобре Дж, Кандималла Р., Гоэль А (2019-03-28). «Прогностические биомаркеры при метастатическом колоректальном раке: систематический обзор» . JCO Precision Oncology . 3 (3): 1–17. DOI : 10.1200 / PO.18.00260 . PMC 7446314 . PMID 32914007 .  
  10. ^ a b Oldenhuis CN, Oosting SF, Gietema JA, de Vries EG (май 2008 г.). «Прогностическая ценность биомаркеров в онкологии против прогностической». Европейский журнал рака . 44 (7): 946–53. DOI : 10.1016 / j.ejca.2008.03.006 . PMID 18396036 . 
  11. ^ a b c «Словарь терминов по раку NCI» . Национальный институт рака . 2011-02-02 . Проверено 17 февраля 2020 .
  12. ^ Ван Кью, Чаркади Р., Ву Дж, Хван Х.Дж., Пападопулос Н., Копелович Л. и др. (Февраль 2011 г.). «Мутантные белки как биомаркеры рака» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (6): 2444–9. Bibcode : 2011PNAS..108.2444W . DOI : 10.1073 / pnas.1019203108 . PMC 3038743 . PMID 21248225 .  
  13. ^ Nalejska E, Mączyńska E, Lewandowska MA (июнь 2014). «Прогностические и прогностические биомаркеры: инструменты персонализированной онкологии» . Молекулярная диагностика и терапия . 18 (3): 273–84. DOI : 10.1007 / s40291-013-0077-9 . PMC 4031398 . PMID 24385403 .  
  14. ^ а б Шуберт А.Д., Чанна Бронер Э., Агравал Н., Лондон Н., Пирсон А., Гупта А. и др. (Февраль 2020 г.). «Обнаружение соматических митохондриальных мутаций с использованием сверхглубокого секвенирования митохондриального генома выявляет пространственную неоднородность опухоли в плоскоклеточном раке головы и шеи» . Письма о раке . 471 : 49–60. DOI : 10.1016 / j.canlet.2019.12.006 . PMC 6980748 . PMID 31830557 .  CS1 maint: срок действия эмбарго ЧВК истек ( ссылка )
  15. ^ a b c d e f Сеть исследований по раннему выявлению: трансляционные исследования для выявления рака на ранней стадии и риска рака: первоначальный отчет . Вашингтон, округ Колумбия, 2000. HDL : 2027 / mdp.39015049497442 .
  16. ^ «Доказательство концепции развития биомаркеров у мышей обеспечивает дорожную карту для подобного подхода у людей» . www.fredhutch.org . 2011-07-19 . Проверено 13 мая 2015 .
  17. ^ Aizpurua-Olaizola O, Torano JS, Фалькон-Perez JM, Williams C, Reichardt N, Boons GJ (март 2018). «Масс-спектрометрия для открытия гликановых биомаркеров». Направления аналитической химии . 100 : 7–14. DOI : 10.1016 / j.trac.2017.12.015 .
  18. ^ "Перспективы гигиены окружающей среды. 105 / SUPP.4" . HathiTrust . Проверено 17 февраля 2020 .
  19. ^ Биомаркеры психических расстройств. Издатель: Springer US doi : 10.1007 / 978-0-387-79251-4 Авторские права: ISBN, 2009 г., 978-0-387-79250-7 (печать) 978-0-387-79251-4 (онлайн) 
  20. ^ a b c Hostettler FD (1991). Геохимическое исследование разлива нефти в заливе Сан-Франциско, Калифорния . Менло-Парк, Калифорния: Департамент внутренних дел США, Геологическая служба. HDL : 2027 / uc1.31210025025220 .
  21. Перейти ↑ Carson R (2000). Бесшумная пружина . ISBN 978-0-14-118494-4. OCLC  934630161 .
  22. ^ a b c d Амиард-Трике С, Амиард Дж. С., Радуга PS, ред. (2016-04-19). Экологические биомаркеры . CRC Press. DOI : 10.1201 / b13036 . ISBN 978-0-429-11149-5.
  23. ^ Аронсон JK (май 2005). «Биомаркеры и суррогатные конечные точки» . Британский журнал клинической фармакологии . 59 (5): 491–4. DOI : 10.1111 / j.1365-2125.2005.02435.x . PMC 1884846 . PMID 15842546 .  
  24. ↑ Портер KA (август 1957 г.). «Эффект инъекций гомологичного костного мозга кроликам, облученным рентгеновским излучением» . Британский журнал экспериментальной патологии . 38 (4): 401–12. PMC 2082598 . PMID 13460185 .  
  25. Перейти ↑ Basu PK, Miller I, Ormsby HL (март 1960). «Половой хроматин как маркер биологических клеток в изучении судьбы трансплантатов роговицы». Американский журнал офтальмологии . 49 (3): 513–5. DOI : 10.1016 / 0002-9394 (60) 91653-6 . PMID 13797463 . 
  26. ^ "Биологические маркеры в исследованиях гигиены окружающей среды. Комитет по биологическим маркерам Национального исследовательского совета" . Перспективы гигиены окружающей среды . 74 : 3–9. 1987-10-01. DOI : 10.1289 / ehp.87743 . ISSN 0091-6765 . 
  27. ^ McCarthy JF, Shugart LR (2018-01-18). «Биологические маркеры загрязнения окружающей среды». Биомаркеры загрязнения окружающей среды . CRC Press. С. 3–14. DOI : 10.1201 / 9781351070263-2 . ISBN 978-1-351-07026-3.
  28. ^ Depledge MH (2020-01-29). «Рациональные основы использования биомаркеров в качестве экотоксикологических инструментов». Неразрушающие биомаркеры у позвоночных . CRC Press. С. 271–295. DOI : 10.1201 / 9780367813703-20 . ISBN 978-0-367-81370-3.
  29. ^ Ван Gestel CA Ван Brummelen TC (август 1996). «Включение концепции биомаркера в экотоксикологию требует переопределения терминов». Экотоксикология . 5 (4): 217–25. DOI : 10.1007 / bf00118992 . PMID 24193812 . S2CID 195240026 .  
  30. ^ Strîmbu K, Tavel JA (ноябрь 2010). "Что такое биомаркеры?" . Текущее мнение о ВИЧ и СПИДе . 5 (6): 463–6. DOI : 10.1097 / COH.0b013e32833ed177 . PMC 3078627 . PMID 20978388 .  
  31. ^ Ганье F, Блейз C, Costan G, Gagnon P, Chan HM (август 2000). «Биомаркеры мидий зебры (Dreissena polymorpha) для оценки и мониторинга качества воды реки Святого Лаврентия (Канада)». Водная токсикология . 50 (1–2): 51–71. DOI : 10.1016 / s0166-445x (99) 00094-6 . PMID 10930650 . 
  32. ^ Смолдерс R, Voets Дж, Bervoets л, Blust R, Wepener В (2005-07-15). «Активный биомониторинг (ABM) путем перемещения двустворчатых моллюсков». Водная энциклопедия . John Wiley & Sons, Inc. doi : 10.1002 / 047147844x.wq16 . ISBN 0-471-47844-X.