Биомаркер, или биологический маркер, определяются как «клеточные, биохимические или молекулярными изменения в клетках, ткани или жидкости , которые могут быть измерены и оценено , чтобы указать нормальные биологические процессы, патогенные процессы или фармакологические ответы на терапевтическое вмешательство.» [1] Биомаркеры характеризуют прогрессирование заболевания, начиная с самого раннего естественного течения болезни . Биомаркеры оценивают восприимчивость и тяжесть заболевания, что позволяет прогнозировать исходы, определять вмешательства и оценивать терапевтические реакции. С точки зрения судебной медицины и эпидемиологии биомаркеры дают уникальное представление о взаимосвязи между факторами риска окружающей среды. [2]
Классы биомаркеров
Три широких класса биомаркеров - это прогностические биомаркеры , прогностические биомаркеры и фармакодинамические биомаркеры .
Прогностические биомаркеры
Прогностические биомаркеры дают независимую от вмешательства информацию о статусе болезни посредством скрининга, диагностики и мониторинга болезни. Прогностические биомаркеры могут указывать на людей в латентном периоде естественного течения болезни, обеспечивая оптимальную терапию и профилактику до ее прекращения. Прогностические биомаркеры дают информацию о статусе болезни путем измерения внутренних предшественников, которые увеличивают или уменьшают вероятность развития болезни. Например, артериальное давление и холестерин являются биомаркерами сердечно-сосудистых заболеваний . [2] Прогностические биомаркеры могут прямо или косвенно указывать на причинный путь заболевания. Если прогностический биомаркер является прямым этапом причинно-следственной связи, он является одним из факторов или продуктов заболевания. Прогностический биомаркер может быть косвенно связан с заболеванием, если он связан с изменением, вызванным воздействием, или связан с неизвестным фактором, связанным с воздействием или заболеванием. [3]
Прогностические биомаркеры
Прогностические биомаркеры измеряют действие лекарства и говорят о том, обладает ли лекарство ожидаемой активностью, но не предоставляют никакой прямой информации о заболевании. [3] Прогностические биомаркеры очень чувствительны и специфичны; таким образом, они повышают диагностическую достоверность локально-специфического эффекта лекарственного средства или токсина, устраняя предвзятость воспоминаний и субъективность тех, кто подвергся воздействию. Например, когда человек подвергается воздействию лекарства или токсина, концентрация этого лекарства или токсина в организме или биологическая эффективная доза обеспечивает более точный прогноз воздействия лекарства или токсина по сравнению с оценкой или измерением. токсина из источника или внешней среды. [2]
Фармакодинамические биомаркеры
Фармакодинамические (PD) биомаркеры могут измерять прямое взаимодействие между лекарством и его рецептором. Фармакодинамические биомаркеры выявляют механизмы действия лекарственного средства, если лекарственное средство оказывает предполагаемое воздействие на биологию заболевания, идеальные биологические дозированные концентрации и механизмы физиологического ответа / устойчивости. Фармакодинамические биомаркеры особенно важны для лекарственных механизмов опухолевых клеток, где фармакодинамические конечные точки для лекарственного вмешательства могут быть оценены непосредственно на опухолевых тканях. Например, биомаркеры фосфорилирования белков указывают на изменения целевых протеинкиназ и активацию нижестоящих сигнальных молекул. [4]
Клиническое применение биомаркеров
Биомаркеры можно классифицировать по их клиническому применению как молекулярные биомаркеры, клеточные биомаркеры или биомаркеры визуализации .
Молекулярные биомаркеры
Четыре основных типа молекулярных биомаркеров - это геномные биомаркеры , транскриптомные биомаркеры , протеомные биомаркеры и метаболические биомаркеры .
Геномные биомаркеры
Геномные биомаркеры анализируют ДНК, идентифицируя нерегулярные последовательности в геноме , обычно однонуклеотидный полиморфизм . Генетические биомаркеры особенно важны при раке, потому что большинство линий раковых клеток несут соматические мутации. Соматические мутации отличаются от наследственных мутаций, потому что мутация есть не во всех клетках; только опухолевые клетки, что делает их легкой мишенью.
Транскриптомные биомаркеры
Транскриптомные биомаркеры анализируют все молекулы РНК , а не только экзом . Транскриптомные биомаркеры выявляют молекулярную идентичность и концентрацию РНК в конкретной клетке или популяции. Анализ экспрессии РНК на основе паттернов обеспечивает расширенные диагностические и прогностические возможности при прогнозировании терапевтических реакций у людей. Например, разные подтипы РНК у пациентов с раком груди имеют разную выживаемость. [5]
Протеомные биомаркеры
Протеомика позволяет проводить количественный анализ и обнаружение изменений белков или белковых биомаркеров. Белковые биомаркеры обнаруживают различные биологические изменения, такие как белок-белковые взаимодействия, посттрансляционные модификации и иммунологические ответы.
Клеточные биомаркеры
Клеточные биомаркеры позволяют изолировать, отсортировать, количественно определить клетки и охарактеризовать их морфологию и физиологию . Клеточные биомаркеры используются как в клинических, так и в лабораторных условиях и могут различать большие образцы клеток на основе их антигенов . Примером метода сортировки клеточных биомаркеров является сортировка клеток с активацией флуоресценции . [6]
Визуализирующие биомаркеры
Визуализирующие биомаркеры позволяют раньше обнаруживать болезнь по сравнению с молекулярными биомаркерами и упрощают трансляционные исследования на рынке открытия лекарств. Например, можно определить процент рецепторов, на которые нацелено лекарство, сократив время и деньги на исследования на этапе разработки нового лекарства. Биомаркеры визуализации также неинвазивны, что является клиническим преимуществом перед молекулярными биомаркерами. Некоторые из биомаркеров на основе изображений - это рентген , компьютерная томография (КТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), однократная фотоэмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ). [7]
Примеры биомаркеров
- Эмбриональный: эмбриональные биомаркеры очень важны для плода, поскольку роль каждой клетки определяется с помощью биомаркеров. Были проведены исследования по использованию эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в регенеративной медицине. Это связано с тем, что некоторые биомаркеры внутри клетки могут быть изменены (скорее всего, на третичной стадии их формирования), чтобы изменить будущую роль клетки, тем самым создавая новые. Одним из примеров эмбрионального биомаркера является белок Oct-4 . [8]
- Рак: биомаркеры имеют чрезвычайно высокий потенциал для терапевтического вмешательства у онкологических больных. Большинство биомаркеров рака состоят из белков или измененных сегментов ДНК и экспрессируются во всех клетках, но с большей скоростью в раковых клетках. Пока не существует одного универсального биомаркера опухоли, но есть биомаркер для каждого типа рака. Эти биомаркеры опухолей используются для отслеживания состояния опухолей, но не могут служить единственным диагностическим средством для конкретных видов рака. Примерами опухолевых маркеров, используемых для последующего лечения рака, являются карциноэмбриональный антиген (CEA) для колоректального рака и специфический антиген простаты (PSA) для рака простаты. [9] В 2014 году исследование рака выявило циркулирующие опухолевые клетки (ЦКО) и циркулирующую опухолевую ДНК (цТДНК) как метастазирующие опухолевые биомаркеры со специальной клеточной дифференцировкой и прогностическими способностями. Необходимо использовать инновационные технологии для определения всех возможностей ЦОК и втДНК, но понимание их роли имеет потенциал для нового понимания эволюции, инвазии и метастазирования рака. [10]
Рекомендации
- ^ Mayeux, Ричард (апрель 2004). «Биомаркеры: потенциальное использование и ограничения» . NeuroRx . 1 (2): 182–188. DOI : 10,1602 / neurorx.1.2.182 . PMC 534923 . PMID 15717018 .
- ^ а б в Майе, Ричард (2004). «Биомаркеры: потенциальное использование и ограничения» . NeuroRx . 1 : 182–8. DOI : 10,1602 / neurorx.1.2.182 . PMC 534923 . PMID 15717018 .
- ^ а б Гейнор, Джастин; Лонго, Дэн; Чабнер, Брюс. "Фармакодинамические биомаркеры: не оправдывают ожиданий?" . AACR.
- ^ Саркер, Дебашис; Уоркман, Пол (01.01.2007). «Фармакодинамические биомаркеры для молекулярной терапии рака». Достижения в исследованиях рака . 96 : 213–268. DOI : 10.1016 / S0065-230X (06) 96008-4 . ISBN 9780120066964. ISSN 0065-230X . PMID 17161682 .
- ^ Бленкирон, Чери; Гольдштейн, Леонард; Торн, Натали (2007). «Профили экспрессии микроРНК рака груди человека определяют новые маркеры подтипа опухоли» . Геномная биология . 8 (10): R214. DOI : 10.1186 / GB-2007-8-10-r214 . PMC 2246288 . PMID 17922911 .
- ^ «Анализ клеточных биомаркеров - ImmuneHealth» . ImmuneHealth . Проверено 24 ноября 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Перспектива визуализации биомаркеров» (PDF) . Томас Рейтер.
- ^ Нагано, К; Йошида, Y; Исобе, Т. (2008). «Биомаркеры клеточной поверхности эмбриональных стволовых клеток». Протеомика . 8 (19): 4025–35. DOI : 10.1002 / pmic.200800073 . PMID 18763704 .
- ^ «Онкомаркеры» . Национальный институт рака . Проверено 24 ноября 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Haber, Daniel A .; Велкулеску, Виктор Э. (2014-06-01). «Анализ крови рака: циркулирующие опухолевые клетки и циркулирующая опухолевая ДНК» . Открытие рака . 4 (6): 650–661. DOI : 10.1158 / 2159-8290.CD-13-1014 . ISSN 2159-8274 . PMC 4433544 . PMID 24801577 .