Введение

Открытие биомаркеров – это медицинский термин, описывающий процесс выявления биомаркеров. Многие общепринятые анализы крови, используемые в медицине, и являются биомаркерами. Фармацевтическая индустрия проявляет интерес к открытию биомаркеров, поскольку анализы крови или другие биомаркеры могут служить промежуточными маркерами заболевания в клинических исследованиях и потенциальными мишенями для разработки лекарственных препаратов.

Механизм действия

То, как были обнаружены эти тесты, можно рассматривать как поиск биомаркеров; однако их идентификация в основном осуществлялась последовательно, по одному. Многие известные тесты были выявлены на основе биологических представлений из областей физиологии или биохимии, поэтому одновременно рассматривалось лишь небольшое количество маркеров. Примером поиска биомаркеров является использование инулина для оценки функции почек. В результате этого процесса была обнаружена естественная молекула (креатинин), позволяющая проводить те же измерения без инъекций инсулина. Недавний интерес к поиску биомаркеров обусловлен новыми молекулярно-биологическими методами, которые обещают быстро находить релевантные маркеры без глубокого понимания механизмов заболевания. Анализируя множество возможных биомолекул одновременно, можно применить параллельный подход; геномика и протеомика – некоторые из технологий, используемых в этом процессе. Секретомика также стала важной технологией в высокопроизводительном поиске биомаркеров, однако сохраняются значительные технические трудности. Идентификация клинически значимых белковых биомаркеров фенотипа и биологической функции – развивающаяся область исследований, которая расширит диагностические возможности. Биомаркеры для ряда заболеваний были недавно выявлены, включая простат-специфический антиген (PSA) для рака простаты и С-реактивный белок (CRP) для сердечно-сосудистых заболеваний. Эпигенетические часы, измеряющие возраст клеток/тканей/органов на основе уровней метилирования ДНК, вероятно, являются наиболее точным геномным биомаркером. Использование биомаркеров из легкодоступных биожидкостей (например, крови и мочи) полезно для оценки состояния труднодоступных тканей и органов. Биожидкости более доступны, чем более инвазивные или непрактичные методы (такие как биопсия тканей). Биожидкости содержат белки тканей и служат эффективными гормональными посредниками. Ткань выступает в качестве передатчика информации, а биожидкость (отобранная врачом) – в качестве приемника. Информативность биожидкости зависит от надежности канала связи. Источники шума, снижающие надежность, включают добавление белков из других тканей (или из самой биожидкости); белки также могут теряться при гломерулярной фильтрации. Эти факторы могут существенно влиять на белковый состав биожидкости. Кроме того, простое определение перекрытия белков не позволит учесть передачу информации, происходящую посредством классов белков и белок-белковых взаимодействий. Вместо этого, проецирование белков на функциональные, лекарственные и патологические пространства позволяет измерять функциональное расстояние между тканью и биожидкостью. Близость в этих абстрактных пространствах указывает на низкий уровень искажений в канале связи (и, следовательно, на высокую эффективность биожидкости). Однако современные подходы к прогнозированию биомаркеров анализируют ткани и биожидкости по отдельности.

Геномный подход

Существует четыре основных метода геномного анализа. Во-первых, с помощью северного блоттинга можно выделить набор последовательностей РНК. Во-вторых и в-третьих, их можно проанализировать с помощью стандартных методов изучения экспрессии генов или исследовать с использованием SAGE. В-четвертых, можно провести измерение с помощью ДНК-микроматрицы, чтобы определить частоту каждого гена; эта информация может быть использована для определения, является ли ген биомаркером. Часто для создания множества копий последовательностей и облегчения работы с ними используется полимеразная цепная реакция. В феврале 2016 года доктор Лаура Эльницки и её коллеги использовали этот метод для обнаружения биомаркера, общего для пяти типов рака.

Метаболический подход

Термин "метаболомика" был недавно введен для обозначения всестороннего анализа всех метаболитов в биологическом образце. Связанный с ним термин "метабономика" используется для обозначения анализа метаболических реакций на лекарственные препараты или заболевания. Метабономика стала важной областью исследований; это комплексное системное биологическое исследование, используемое как метод для выявления биомаркеров различных заболеваний. В общем, в большинстве случаев заболеваний, тот или иной метаболический путь либо активируется, либо деактивируется – этот параметр, таким образом, может служить маркером некоторых заболеваний. Например, пути выработки серотонина, активированные у человека, недавно употребившего алкоголь, могут быть метаболическим маркером недавнего употребления алкоголя.

Липидомический подход

Липидомика – это анализ липидов. Ввиду уникальных физических свойств липидов, их изучение традиционно представляло сложность. Однако, усовершенствование новых аналитических платформ позволило идентифицировать и количественно оценить большинство липидных метаболитов из единого образца. Три ключевые платформы, используемые для липидного профилирования, включают масс-спектрометрию, хроматографию и ядерный магнитный резонанс. Масс-спектрометрия была применена для определения относительной концентрации и состава частиц липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) из липидных экстрактов, выделенных у пациентов после коронарного шунтирования и здоровых добровольцев. Было установлено, что частицы ЛПВП у пациентов после коронарного шунтирования содержали значительно меньше сфингомиелина по сравнению с фосфатидилхолином и более высокие уровни триглицеридов по сравнению с холестериновыми эфирами. Липидомическое профилирование также использовалось для изучения влияния розиглитазона, агониста PPARγ, на липидный метаболизм у мышей. Розиглитазон изменял липидный состав в различных органах: увеличивал накопление триглицеридов в печени, изменял содержание свободных жирных кислот в сердце, жировой ткани и повторно в сердце, а также снижал уровень триглицеридов в плазме крови.

Подход к гликомикам

Гликозилирование — это распространенное посттрансляционное модифицирование белков, и почти все белки на поверхности клеток и секретируемые белки модифицированы ковалентно связанными углеводами. Эукариотические гликаны обычно классифицируются на две основные группы: N-гликаны и O-гликаны, где гликанные цепи связаны с остатками аспарагина и серина/треонина соответственно. Гликаны являются важными медиаторами биологических процессов, таких как сворачивание белков, клеточная сигнализация, оплодотворение, эмбриогенез, развитие нервной системы, активность гормонов, пролиферация клеток и их организация в специфические ткани. Кроме того, многочисленные данные подтверждают важность гликозилирования в распознавании патогенов, воспалении, врожденных иммунных ответах, а также в развитии аутоиммунных заболеваний и рака. Однако идентификация этих биомаркеров оказалась непростой задачей, главным образом из-за структурного разнообразия и большого количества возможных изомеров гликонов. К счастью, гликомика становится все более доступной благодаря значительным улучшениям в масс-спектрометрии и науках о разделении.

Экс виво стимуляция крови

Эксвиво-стимуляция крови – это процесс, позволяющий исследователям анализировать иммунологические биомаркеры эффектов лекарственных препаратов у здоровых добровольцев. Образцы крови (полученные от здоровых добровольцев) стимулируются в лабораторных условиях для активации иммунной системы. Таким образом, исследования эксвиво-стимуляции крови позволяют оценить влияние нового соединения в "живой системе" с активированной иммунной системой. Большинство исследований с использованием этого метода проводится организациями, занимающимися клиническими исследованиями фазы I, что позволяет им оперативно собирать и анализировать образцы крови, предотвращая их деградацию.