У медицині біомаркер — це вимірний індикатор тяжкості або наявності певного захворювання. Його можна визначити як «клітинну, біохімічну або молекулярну зміну в клітинах, тканинах або рідинах, яку можна виміряти та оцінити, для визначення нормальних біологічних процесів, патогенних процесів або фармакологічних реакцій на лікування». Загалом, біомаркер — це будь-що, що може бути використано як індикатор певного захворювання чи будь-якого іншого фізіологічного стану організму. Відповідно до ВООЗ, індикатор може бути хімічним, фізичним або біологічним за своєю природою, а вимірювання може бути функціональним, фізіологічним, біохімічним, клітинним або молекулярним.
Біомаркери відіграють важливу роль у медичній діагностиці та дослідженнях. Вони можуть бути різноманітними за своєю природою та застосуванням. Наприклад, деякі біомаркери вводяться в організм для вивчення функцій органів. (RbCl), зокрема, використовується для оцінки перфузії серцевого м'яза.
Інші біомаркери є природними речовинами в організмі, наявність яких може вказувати на певні захворювання. Антитіла, наприклад, можуть свідчити про наявність інфекції. Біомаркери також можуть вказувати на зміни в експресії або стані білків, що пов'язані з ризиком захворювання, його прогресуванням або чутливістю до лікування.
Ці біологічні індикатори можуть бути виявлені та виміряні в різних частинах тіла, таких як кров або тканини. Вони здатні відображати як нормальні, так і патологічні процеси в організмі. Біомаркерами можуть бути різноманітні біологічні елементи: клітини, молекули, гени, ферменти або гормони. Крім того, складні функції органів або характерні зміни в біологічних структурах також можуть служити біомаркерами.
Хоча термін «біомаркер» відносно новий, концепція їх використання в медицині має довгу історію. Температура тіла, наприклад, давно використовується як біомаркер гарячки. Артеріальний тиск є важливим показником ризику інсульту. Рівень холестерину широко визнаний як біомаркер ризику серцево-судинних захворювань, а С-реактивний білок (СРБ) є надійним маркером запалення.
Біомаркери надають можливість вимірювати прогресування хвороби, оцінити найефективніший терапевтичний режим для певного типу раку та встановити довгостроковий прогноз. Біомаркери оцінюють вразливість до захворювання, його тяжкість, що дозволяє передбачити результати, визначити лікування та оцінити відповідь на нього. З точки зору криміналістики та епідеміології, біомаркери пропонують унікальне розуміння взаємозв'язків між факторами ризику навколишнього середовища. У молекулярному плані біомаркер — це "підмножина маркерів, які можуть бути виявлені за допомогою геномних, протеомних технологій або технологій візуалізації. Для багатьох захворювань було ідентифіковано низку біомаркерів, таких як сироватковий ЛПНЩ для холестерину, артеріальний тиск та ген P53 і MMP як онкомаркери.
Біомаркери, пов'язані із захворюваннями, і біомаркери, пов'язані з прийомом ліків Необхідно розрізняти біомаркери , пов'язані з хворобою, і біомаркери, пов'язані з прийомом ліків. Біомаркери, пов'язані із захворюванням, дають вказівку на ймовірний ефект лікування для пацієнта (індикатори ризику або предикторні біомаркери), чи вже існує хвороба (діагностичні біомаркери) або як таке захворювання може розвинутися в окремому випадку незалежно від типу лікування (прогностичні біомаркери).
Предикторні біомаркери допомагають оцінити найбільш ймовірну відповідь на певний тип лікування, тоді як прогностичні маркери показують прогресування захворювання з лікуванням або без нього. Навпаки, біомаркери, пов'язані з ліками, вказують, чи буде препарат ефективним у конкретного пацієнта та як організм пацієнта його сприйматиме.
На додаток до давно відомих параметрів, таких як ті, що включені в клінічний аналіз крові, існують численні нові біомаркери, які використовуються в різних медичних спеціальностях. Постійно ведеться інтенсивна робота з відкриття та розробки інноваційних та більш ефективних біомаркерів. Ці «нові» біомаркери стали основою профілактичної медицини, тобто медицини, яка рано розпізнає захворювання або ризик захворювання та вживає конкретних контрзаходів для запобігання його розвитку. Біомаркери також розглядаються як ключ до персоналізованої медицини, лікування, індивідуально адаптованого до конкретних пацієнтів для високоефективного втручання в патологічні процеси. Часто такі біомаркери вказують на зміни в метаболічних процесах.
«Класичний» біомаркер в медицині — це лабораторний показник, за допомогою якого лікар приймає рішення при діагностиці та виборі курсу лікування. Наприклад, виявлення певних аутоантитіл у крові пацієнтів є надійним біомаркером аутоімунного захворювання, а виявлення ревматоїдних факторів є важливим діагностичним маркером ревматоїдного артриту (РА) понад 50 років. Для діагностики РА особливу цінність мають антитіла проти власних цитрулінованих білків організму. Ці ACPA (розшифровується як Anti-Сitrullinated protein/peptide antibody) можна виявити в крові до появи перших симптомів РА. Таким чином, вони є дуже цінними біомаркерами для ранньої діагностики цього аутоімунного захворювання. Крім того, вони вказують на те, чи загрожує захворювання важким ураженням кісток і суглобів .
Також з'являється все більше ознак того, що ACPA можуть бути дуже корисними для моніторингу успішності лікування РА. Це робить можливим точне використання сучасних методів лікування біопрепаратами. Лікарі сподіваються, що незабаром зможуть індивідуально пристосувати лікування РА до кожного пацієнта.
За даними Häupl T. et al. прогнозування відповіді на лікування стане найважливішою метою дослідження біомаркерів у медицині. Зі зростанням кількості нових біологічних агентів зростає значення визначення молекулярних параметрів, таких як ACPA, які не лише керуватимуть терапевтичним рішенням, але й допоможуть визначити цілі перевірки дієвості агентів в клінічних дослідженнях.
У 1998 році дослідницька група NIH прийняла наступне визначення біомаркеру: «характеристика, яка об'єктивно вимірюється та оцінюється як індикатор нормальних біологічних процесів, патогенних процесів або фармакологічної відповіді на терапевтичне втручання». У минулому біомаркери в основному були фізіологічними показниками, такими як артеріальний тиск або частота серцевих скорочень. Останнім часом біомаркер стає синонімом молекулярного біомаркера, наприклад, підвищення простатспецифічного антигену як молекулярного біомаркера раку передміхурової залози або використання ферментних аналізів як тестів функції печінки. Останнім часом спостерігається підвищений інтерес біомаркерів в онкології, включаючи роль KRAS у колоректальному раку та інших ракових захворюваннях, пов'язаних з EGFR. У пацієнтів, чиї пухлини експресують мутований ген KRAS, білок KRAS, який є частиною сигнального шляху EGFR, завжди «ввімкнено». Ця надмірно активна передача сигналів EGFR означає, що передача сигналів продовжується — навіть якщо передача сигналів вище за ланцюгом блокується інгібітором EGFR, таким як цетуксимаб, — і призводить до продовження росту та проліферації ракових клітин. Тестування пухлини на її статус KRAS (дикий тип чи мутант) допомагає визначити тих пацієнтів, які отримають найбільшу користь від лікування цетуксимабом.
В даний час ефективне лікування доступне лише для невеликого відсотка хворих на рак. Крім того, у багатьох діагноз встановлюється, коли хвороба зайшла занадто далеко, щоб її лікувати. Біомаркери мають здатність значно покращувати виявлення раку та процес розробки ліків. Крім того, біомаркери дозволять лікарям розробляти індивідуальні плани лікування для своїх хворих на рак; що дозволяє лікарям пристосовувати препарати до типу пухлини пацієнта. Завдяки цьому рівень відповіді на ліки покращиться, токсичність ліків буде обмежена, а витрати, пов'язані з тестуванням різних видів лікування та їх несприятливих ефектів, зменшаться.
Біомаркери також включають використання молекулярних індикаторів впливу навколишнього середовища в епідеміологічних дослідженнях, таких як вірус папіломи людини, або певних маркерів впливу тютюну, таких як 4-(метилнітрозаміно)-1-(3-піридил)-1-бутанон (NNK). На сьогоднішній день не встановлено біомаркерів раку голови та шиї.
Вимоги до біомаркерів Особливо важлива точна діагностика хронічних захворювань, коли прийом ліків може тривати роками, і особливо коли від лікування очікуються серйозні несприятливі ефекти. У цих випадках важливість біомаркерів зростає. Деякі захворювання, такі як хвороба Альцгеймера або ревматоїдний артрит, часто починаються безсимптомно. У цих випадках біомаркери допомагають надійно та своєчасно ідентифікувати осіб із групи високого ризику, щоб їх можна було лікувати до активного початку захворювання або якнайшвидше після нього.
Щоб використовувати біомаркер для діагностики, отримання зразку матеріалу має бути максимально легким. Це може бути зразок крові, зразок сечі чи слини, наприклад крапля крові, яку хворі на цукровий діабет беруть з пальців для регулярного контролю рівня цукру в крові.
Для швидкого початку лікування критично важливою є швидкість отримання результату тесту на біомаркери. Оптимальним є швидкий тест, який дає результат лише через кілька хвилин. Це дає можливість лікарю обговорити з пацієнтом, як діяти, і при необхідності почати лікування відразу після обстеження.
Звичайно, метод виявлення біомаркера має бути точним і максимально простим у виконанні. Результати різних лабораторій можуть не суттєво відрізнятися один від одного, і біомаркер має підтвердити свою ефективність для діагностики, прогнозу та оцінки ризику захворювань у незалежних дослідженнях.
Біомаркер для клінічного використання потребує гарної чутливості та специфічності, наприклад ≥0,9 хоча їх слід обирати з урахуванням особливості популяції, тому позитивна і негативна прогностична цінність є більш релевантними.
Класифікація та застосування біомаркерів Біомаркери можна класифікувати за різними критеріями.
За своїми характеристиками їх можна класифікувати як біомаркери візуалізації (КТ, ПЕТ, МРТ) або молекулярні біомаркери з трьома підтипами: леткі,N. SivaSubramaniam et al. Emergence of breath testing as a new non-invasive diagnostic modality for neurodegenerative diseases, Brain Research, Volume 1691, 15 July 2018, Pages 75-86, https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.04.017 біомаркери рідини організму або біомаркери біопсії.
Молекулярні біомаркери мають біофізичні властивості, які дозволяють вимірювати їх у біологічних зразках (наприклад, у плазмі, сироватці, спинномозковій рідині, бронхоальвеолярному лаважі, у біоптаті) і включають біомаркери на основі нуклеїнових кислот, такі як генні мутації або поліморфізм і кількісний аналіз експресії генів, пептиди, білки, метаболіти ліпідів і інші малі молекули.
Біомаркери також можна класифікувати на основі їх застосування, наприклад діагностичні біомаркери (наприклад серцевий тропонін для діагностики інфаркту міокарда), біомаркери стадії захворювання (наприклад мозковий натрійуретичний пептид для застійної серцевої недостатності), біомаркери прогнозу захворювання (біомаркери раку) і біомаркери для моніторингу клінічної відповіді на втручання (HbA1c для антидіабетичного лікування). Інша категорія біомаркерів включає ті, що використовуються для прийняття рішень на ранніх етапах розробки ліків. Наприклад, фармакодинамічні біомаркери є маркерами певної фармакологічної відповіді, які становлять особливий інтерес у дослідженнях оптимізації дози.
Класи Чотири класи біомаркерів — це діагностичні біомаркери, прогностичні біомаркери, предиктивні біомаркери та фармакодинамічні біомаркери.
Діагностичні