臨床試驗中的生物標誌物分層
從 2007 年左右開始,研究人員開始認識到生物標誌物在改進臨床試驗設計方面的巨大潛力。本文將討論根據各種診斷和預後生物標誌物的存在對臨床試驗參與者進行分層的新興實踐。此外,我們將重點介紹可能有助於發現和檢測生物標誌物的各種不斷發展的技術,包括鄰近延伸分析 (PEA)、質譜、多重基因分型、液體活檢和下一代測序。
間質性肺病的蛋白質組生物標誌物
最近一項 關於間質性肺病 (ILD) 的研究展示瞭如何使用生物標誌物對患者進行預分層以進行臨床試驗。在沒有生物標誌物證據的情況下,通常很難確定哪些 ILD 患者可能患有疾病的進行性形式——稱為進行性纖維化 ILD。更複雜的是,許多免疫抑制療法實際上可能對進行性 ILD 患者有害。
儘管已採用基因組學、轉錄組學和蛋白質組學方法來了解 ILD 的預後,但識別疾病進行性形式的能力仍然難以捉摸。最近,一項 2022 年 ILD 試驗採用了 Olink 的 Explore Inflammation panel 來量化每個參與者的 368 種炎症相關蛋白。
通過使用機器學習,確定了包含 12 種生物標誌物的蛋白質組學特徵。最終,這個特徵在預測哪些參與者在抽血後的一年內會經歷 ILD 進展方面非常有效(靈敏度為 90%)。該研究的作者估計,與沒有生物標誌物設計的試驗相比,通過蛋白質組學特徵識別高危患者可以減少 80% 的參與者。據估計,這節省了 2670 萬美元。此外,患有進行性疾病的參與者免於不適當的治療。
流體樣品的鄰近延伸分析
在臨床實驗室檢測中,血液——可以很容易地通過靜脈切開術獲得——是疾病診斷、預後和治療結果中使用最廣泛的人體體液。血液樣本中血漿蛋白質組的巨大結構複雜性最好使用以下兩種方法之一進行探索:高度敏感的靶向免疫測定,例如鄰近延伸測定 (PEA) 或質譜法(例如 LC/MS/MS)。然而,在 ILD 試驗中使用的 PEA 的一個主要優勢是它的特異性。
除了血液樣本,PEA 技術現在還可用於其他樣本基質,例如腦脊髓液、細胞和組織裂解液、唾液、尿液、間質液、細胞培養基、腹膜液和滑液。該技術還可應用於小體積樣本——包括單細胞、外泌體、幹血斑、房水和細針活檢。
Olink Explore 用於臨近延伸分析
通過 Olink Explore,Olink Proteomics 將 PEA 與定量實時 PCR 相結合。Olink Explore 提供高多重蛋白質生物標誌物平台、高通量能力以及高特異性和靈敏度。此外,Olink Explore 使用不到一滴血來測量每位患者樣本中的蛋白質概況。
PEA 的基礎涉及通過一對匹配的抗體對目標生物標誌物進行雙重識別,這些抗體已標記有獨特的 DNA 寡核苷酸。隨後使用定量 PCR 對生物標誌物特異性 DNA 條形碼進行量化。這允許用少至 1 μL 的血液對超過 1000 種人類血漿蛋白進行相對定量。此外,Olink 目前至少有 14 個可用的人體面板,每個面板包含 92 個生物標誌物。這些面板涵蓋超過 10 個數量級的蛋白質濃度範圍,並提供低於皮克每毫升 (pg/mL) 水平的準確定量。
用於生物標誌物識別的新興技術
儘管 ILD 試驗使用 PEA 來識別血液樣本中的蛋白質,但許多其他技術也是可行的。畢竟,生物標誌物多種多樣,可以使用各種方法來研究分子特徵——包括蛋白質組學(蛋白質)、基因組學(DNA 和 RNA)和代謝組學(代謝物)。最終,最佳技術將取決於領域。例如,基因組學和蛋白質組學都大量用於腫瘤學。
儘管蛋白質診斷領域強烈依賴於基於抗體的檢測策略,但質譜法也能夠全面了解蛋白質組。基於質譜的蛋白質組學分析是發現新疾病生物標誌物的一種特別有效的方法。此外,在 96 孔板中進行分析顯著提高了 LC/MS/MS 等方法的通量,適用於臨床應用。
多重基因分型和基因組分析也可以對少量材料進行高通量組織分析。這可以使用諸如下一代測序甚至核酸質譜分析等技術來實現。或者,來自液體(如血液)的液體活檢可用於確定預後因素,包括體細胞胚系突變、DNA 甲基化變化、不同水平的 miRNA 以及循環異常蛋白質或腫瘤細胞。導致個性化治療的分子診斷——已經在腫瘤學中取得了出色的成果——可能會在其他疾病(如間質性肺病)中流行起來。
結論
在參加臨床試驗之前對研究對象進行分層有可能節省資源、金錢和時間。這種做法最終可能會加速藥物開發過程,從而使更好的治療能夠更快地到達患者手中。除了 ILD 之外,蛋白質組學方法已被用於識別心房顫動、慢性疲勞綜合徵、心肌梗塞、急性移植物抗宿主病、1 型糖尿病、口腔鱗狀細胞癌、慢性腎病和卵巢癌的關鍵血液生物標誌物. 隨著分析技術的不斷發展,生物標誌物預分層很可能成為臨床試驗中更常見的做法。
文章作者-Tiffany Yesavage
Tiffany 是來自科羅拉多州丹佛市的自由醫學作家。