Fascynujący świat biomarkerów

Biomarkery: miliony możliwości diagnostycznych

W kręgu moich największych zainteresowań znajdują się badania nad biomarkerami – naturalnie występującymi wskaźnikami umożliwiającymi diagnozę jakiejś jednostki chorobowej lub ocenę ryzyka powikłań u pacjentów z już zdiagnozowaną chorobą. W szczególności fascynują mnie prace naukowe dotyczące chorób układu sercowo-naczyniowego. 

Tysiące naukowców z całego świata prowadzi badania nad biomarkerami, takimi jak: mikroRNA, pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, cytokiny i inne białka. Celem tych badań jest najczęściej ocena przydatności danej cząstki w diagnostyce, prognozowaniu ciężkości przebiegu czy przewidywaniu odpowiedzi pacjenta na leczenie. 

Tych potencjalnych biomarkerów jest naprawdę bardzo dużo – samych mikroRNA jest ponad 2500. Mnożąc to razy liczbę wszystkich jednostek chorobowych, otrzymamy ogromne liczby. Gdyby oceniać w pojedynczym badaniu tylko jedną cząstkę w jednej chorobie, konieczne byłoby przeprowadzenie milionów badań, tylko w celu ewaluacji wartości tych biomarkerów. A przecież problemów badawczych jest znacznie więcej. 

Dlatego w trakcie jednego badania najczęściej ocenia się najpierw wiele różnych biomarkerów w sposób bardziej jakościowy, wykorzystując do tego techniki takie jak mikromacierze. Następnie w sposób ilościowy dokonuje się pomiarów tych cząstek, które wykazały się potencjalną przydatnością diagnostyczną na wcześniejszym etapie.

Biomarkery w diagnozowaniu chorób

Pomimo tego, że kryteria diagnostyczne w większości chorób są jasno zdefiniowane, to wciąż istnieje wiele jednostek chorobowych, w których pozostają one niejednoznaczne. Jednocześnie do zdiagnozowania wielu chorób konieczne jest wykonanie inwazyjnych procedur, potencjalnie związanych z ryzykiem powikłań. Innym problemem jest dostępność wysokospecjalistycznych badań obrazowych, często koniecznych do postawienia rozpoznania. Rozwiązaniem tych problemów mogą być właśnie biomarkery, docelowo dostępne w codziennej praktyce klinicznej. 

Kluczem do sukcesu jest zidentyfikowanie tych cząstek, dla których ocena ich stężenia we krwi, ślinie, moczu, czy innym łatwo dostępnym materiale, pozwoli na rozpoznanie choroby z zachowaniem czułości i swoistości co najmniej takich samych jak metody referencyjnej (np. obrazowania). 

Jednymi z najczęściej stosowanych biomarkerów diagnostycznych są troponiny sercowe, oznaczane w celu rozpoznania świeżego zawału mięśnia sercowego. Troponiny sercowe mają wprawdzie bardzo wysoką czułość, ale niską specyficzność, co oznacza, że ich stężenie we krwi jest podwyższone w wielu innych chorobach kardiologicznych poza zawałem mięśnia sercowego, a także w chorobach niekardiologicznych, takich jak udar mózgu czy przewlekła choroba nerek. W związku z tym naukowcy szukają alternatywnych możliwości wczesnej identyfikacji pacjentów z zawałem, które umożliwiłyby postawienie diagnozy szybciej, być może jeszcze przed dokonaniem się martwicy kardiomiocytów. 

Oprócz samego rozpoznania choroby, bardzo ważne jest również określenie jej stopnia zaawansowania. Jest to istotne także z przyczyn logistycznych. Przy ograniczonych zasobach personelu medycznego, kluczowe wydaje się kierowanie działań najpierw w stronę tych pacjentów, którzy wymagają pomocy najpilniej. Również w tej kwestii wiele badań wykazało, że biomarkery umożliwiają taką właśnie ocenę ciężkości przebiegu choroby.

Biomarkery a rokowanie pacjenta

Drugą niezwykle ważną kwestią jest rokowanie danego pacjenta. Ma to znaczenie zarówno dla zespołu medycznego, ale przede wszystkim dla samego chorego. Prognozowanie to nic innego jak szacowanie prawdopodobieństwa, co wydarzy się z danym pacjentem na podstawie dostępnych danych klinicznych – tysięcy, czy nawet milionów wcześniejszych pacjentów w podobnym stanie, o znanej charakterystyce i efekcie końcowym. Jednak różnorodność biologiczna sprawia, że każdy pacjent jest inny. Mimo, że przy odpowiednio dużej liczbie prób, rokowanie można dość precyzyjnie oszacować, to otrzymując pytanie od konkretnego pacjenta: „Panie doktorze, co będzie ze mną dalej?”, nie jest możliwe udzielenie jednoznacznej odpowiedzi i wciąż pozostaje jedynie podanie procentów, które mogą okazać się niezgodne z prawdą. 

Uzupełnienie algorytmów diagnostycznych o biomarkery ma szansę na zwiększenie precyzji odpowiedzi i dokładniejsze szacowanie rokowania, tym samym rewolucjonizując ocenę ryzyka u konkretnego pacjenta.

Odpowiedź pacjenta na zastosowaną terapię

Kolejną istotną funkcją, którą spełniają biomarkery, jest predykcja odpowiedzi pacjenta na zastosowaną terapię. Istnieje wiele przypadków klinicznych, w których konsylia lekarskie podejmują decyzje dotyczące metody leczenia. Bardzo często zdarza się, że sytuacja nie jest czarno-biała, a dokonanie wyboru jest w związku z tym bardzo trudne. Każdy dodatkowy czynnik, który wskazywałby na przewagę jednej z metod, znacząco ułatwiłby podjęcie właściwej decyzji. Dlatego też poszukiwane są biomarkery, które umożliwiają podział pacjentów na tych, którzy dobrze odpowiedzą na daną terapię (ang. good responders) i na tych, którzy odpowiedzą źle albo wcale (ang. poor responders, non-responders). Kluczowe jest zaklasyfikowanie pacjenta do jednej z tych grup jeszcze przed wdrożeniem terapii. Ma to niezwykle istotny wpływ na optymalizację stosunku oczekiwanych korzyści do zakładanych strat.

Badania nad biomarkerami nierzadko prowadzą do odkrycia nowych środków terapeutycznych. Zaobserwowanie różnic w poziomie danej cząstki pomiędzy ludźmi chorymi a zdrowymi prowadzi do postawienia pytania, czy ta korelacja ma związek przyczynowo-skutkowy. Inaczej mówiąc, czy ten zmieniony poziom jest jedynie znacznikiem danej choroby, czy być może powoduje jej wystąpienie. Jeśli dane wskazują na drugą opcję, stwarza to możliwości leczenia poprzez próby obniżania czy podwyższania poziomu tej cząstki, na przykład białka, kwasu nukleinowego lub ich pochodnych.

Rola biomarkerów w medycynie spersonalizowanej

Wszystkie te problemy podążają za nurtem medycyny spersonalizowanej: „skrojonej” na potrzeby konkretnego pacjenta. Na podstawie wielu przeprowadzonych badań można zidentyfikować te cząstki, które są przydatne w ocenie danej jednostki chorobowej. Posiadając taki panel biomarkerów, możliwe jest uzyskanie swoistego „molekularnego odcisku palca” pacjenta, który zawiera informacje o tym: czy możemy u niego rozpoznać daną jednostkę chorobową, jakie są jego rokowania, a przede wszystkim, jakie leczenie najlepiej zastosować: co przyniesie najwięcej korzyści, a jaka terapia związana jest z niewspółmiernie dużym ryzykiem. 

Oczywiście odpowiedzi na te pytania uzyskujemy także na podstawie badania klinicznego oraz badań dodatkowych – obrazowych i laboratoryjnych. Dynamiczny rozwój biomarkerów prowadzi jednak do tego, że nasze postrzeganie rzeczywistości jest coraz bardziej precyzyjne i pozwala jeszcze dokładniej „szyć na miarę” potrzeb pacjenta.

O badaniach prowadzonych w I Katedrze i Klinice Kardiologii WUM

W prowadzonych przeze mnie badaniach zawsze zaczynam od rzetelnego przeglądu literatury. W ramach mojej działalności w strukturach I Katedry i Kliniki Kardiologii WUM, kierowanej przez prof. Marcina Grabowskiego, wcześniej przez prof. Grzegorza Opolskiego, podsumowałem w cyklu publikacji dostępną literaturę na temat znaczenia biomarkerów: mikroRNA w zapaleniu mięśnia sercowego i w monitorowaniu terapii przeciwpłytkowej oraz pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w migotaniu przedsionków. Jednocześnie pod opieką mojej promotorki i mentorki: dr hab. Aleksandry Gąseckiej, zacząłem własne badania nad zastosowaniem biomarkerów u pacjentów ze stenozą aortalną w ocenie odpowiedzi na leczenie z zastosowaniem przezcewnikowego wszczepienia zastawki aortalnej (TAVI, ang. transcatheter aortic valve implantation).

Tematyka biomarkerów jest niewątpliwie fascynująca, lecz wciąż pełna wielu zagadek i niewiadomych, a zatem – niezwykle atrakcyjna dla naukowców. Wiele rzeczy pozostaje jeszcze do odkrycia. Najważniejsze jednak zawsze powinno być to, aby nie zapominać, co stoi w centrum tych wszystkich badań: troska o pacjenta. Chęć odkrycia rzeczywistości i poznania prawdy motywowane pragnieniem pomocy drugiej osobie są czymś naprawdę pięknym. Wierzę, że nauka zmierza w tym właśnie kierunku.

Grzegorz Procyk jest laureatem nagrody I stopnia Rektora WUM za cykl prac dotyczących markerów w chorobach układu sercowo-naczyniowego, laureatem stypendium Ministra Zdrowia za znaczące osiągnięcia naukowe oraz laureatem drugiej edycji programu grantowego „Talenty Jutra”, w którym otrzymał grant na realizację projektu pt. „Interleukina-6 a rola lipoproteiny(a) w patofizjologii stenozy aortalnej”.

Red. i fot. Biuro Komunikacji i Promocji WUM