El descubrimiento de biomarcadores es un término médico que describe el proceso mediante el cual se descubren los biomarcadores . Muchos análisis de sangre utilizados habitualmente en medicina son biomarcadores. Existe interés en el descubrimiento de biomarcadores por parte de la industria farmacéutica ; Los análisis de sangre u otros biomarcadores podrían servir como marcadores intermedios de enfermedad en ensayos clínicos y como posibles objetivos farmacológicos .
La forma en que se han encontrado estas pruebas puede verse como un descubrimiento de biomarcadores; sin embargo, su identificación se ha realizado principalmente de uno en uno. Se han identificado muchas pruebas conocidas basadas en conocimientos biológicos de los campos de la fisiología o la bioquímica ; por lo tanto, sólo se han considerado unos pocos marcadores a la vez. Un ejemplo de descubrimiento de biomarcadores es el uso de inulina para evaluar la función renal. A partir de este proceso se descubrió una molécula natural ( creatinina ), que permite realizar las mismas mediciones sin inyecciones de insulina.
El reciente interés en el descubrimiento de biomarcadores se ve estimulado por nuevas técnicas de biología molecular , que prometen encontrar marcadores relevantes rápidamente sin una visión detallada de los mecanismos de una enfermedad. Al examinar muchas biomoléculas posibles a la vez, se puede intentar un enfoque paralelo; La genómica y la proteómica son algunas de las tecnologías utilizadas en este proceso. La secretomática también se ha convertido en una tecnología importante en la búsqueda de biomarcadores de alto rendimiento; [1] sin embargo, persisten importantes dificultades técnicas.
La identificación de biomarcadores proteicos clínicamente significativos de fenotipo y función biológica es un área de investigación en expansión que ampliará las capacidades de diagnóstico . Recientemente han surgido biomarcadores para una serie de enfermedades, incluido el antígeno prostático específico (PSA) para el cáncer de próstata [2] y la proteína C reactiva (PCR) para las enfermedades cardíacas. [3] El reloj epigenético que mide la edad de las células/tejidos/órganos basándose en los niveles de metilación del ADN es posiblemente el biomarcador genómico más preciso. El uso de biomarcadores de biofluidos fácilmente evaluables (por ejemplo, sangre y orina) es beneficioso para evaluar el estado de tejidos y órganos de difícil acceso. Los biofluidos son más accesibles, a diferencia de técnicas más invasivas o inviables (como la biopsia de tejido).
Los biofluidos contienen proteínas de los tejidos y sirven como comunicadores hormonales eficaces. El tejido actúa como transmisor de información y el biofluido (muestreado por el médico) actúa como receptor. La información del biofluido depende de la fidelidad del canal. Las fuentes de ruido que disminuyen la fidelidad incluyen la adición de proteínas derivadas de otros tejidos (o del propio biofluido); Las proteínas también pueden perderse a través de la filtración glomerular . [4] Estos factores pueden influir significativamente en la composición proteica de un biofluido. [5] Además, simplemente observar la superposición de proteínas pasaría por alto la transmisión de información que ocurre a través de clases de proteínas y las interacciones proteína-proteína.
En cambio, la proyección de las proteínas en espacios funcionales, de fármacos y de enfermedades permite medir la distancia funcional entre el tejido y los biofluidos. La proximidad en estos espacios abstractos significa un bajo nivel de distorsión a través del canal de información (y, por tanto, un alto rendimiento del biofluido). Sin embargo, los enfoques actuales para la predicción de biomarcadores han analizado los tejidos y los biofluidos por separado. [6]
Hay cuatro métodos principales para el análisis genómico. En primer lugar, se puede utilizar una transferencia Northern para aislar un conjunto de secuencias de ARN . En segundo y tercer lugar, pueden analizarse mediante técnicas estándar de expresión genética o estudiarse utilizando SAGE . Por último, se puede realizar una medición con microarrays de ADN [7] para determinar la frecuencia de cada gen; Esta información se puede utilizar para determinar si un gen es un biomarcador.
A menudo, se utiliza una reacción en cadena de la polimerasa para crear muchas copias de las secuencias para que sea más fácil trabajar con ellas. En febrero de 2016, la Dra. Laura Elnitski y compañía utilizaron esta técnica para detectar un biomarcador compartido por cinco tipos de cáncer. [8]
Los métodos proteómicos son una herramienta eficaz para el análisis de biomarcadores con ventajas que incluyen la detección rápida y precisa de enfermedades, por ejemplo, en el suero sanguíneo. Las técnicas proteómicas comunes para biomarcadores incluyen: [9]
El término metabolómica se ha introducido recientemente para abordar el análisis global de todos los metabolitos en una muestra biológica. Se introdujo un término relacionado, metabonómica, para referirse específicamente al análisis de las respuestas metabólicas a fármacos o enfermedades. La metabonómica se ha convertido en un área importante de investigación; es el estudio biológico de sistemas complejos , utilizado como método para identificar el biomarcador de diversas enfermedades. En general, en la mayoría de los casos de enfermedades, una vía metabólica se ha activado o desactivado; por lo tanto, este parámetro puede utilizarse como marcador para algunas enfermedades. Las vías de producción de serotonina, activadas en una persona que ha consumido alcohol recientemente, por ejemplo, pueden ser un marcador metabólico del consumo reciente de alcohol .
La lipidómica se refiere al análisis de los lípidos . Dado que los lípidos tienen propiedades físicas únicas , tradicionalmente han sido difíciles de estudiar. Sin embargo, las mejoras en las nuevas plataformas analíticas han permitido identificar y cuantificar la mayoría de los metabolitos de los lípidos a partir de una única muestra. Tres plataformas clave utilizadas para la elaboración de perfiles de lípidos incluyen la espectrometría de masas , la cromatografía y la resonancia magnética nuclear. Se utilizó espectrometría de masas para delinear la concentración relativa y la composición de partículas de lipoproteínas de alta densidad (HDL) de extractos de lípidos aislados de pacientes de bypass coronario y voluntarios sanos. Descubrieron que las partículas de HDL de pacientes con bypass coronario contenían significativamente menos esfingomielina en comparación con la fosfatidilcolina y triglicéridos más altos en relación con los ésteres de colesterilo . También se utilizó el perfil lipidómico para estudiar el efecto de la rosiglitazona , un agonista de PPARγ , sobre el metabolismo de los lípidos en ratones. Se observó que rosiglitazona altera la composición de lípidos en diferentes órganos. Aumentó la acumulación de triglicéridos en el hígado; ácidos grasos libres alterados en el corazón, en el tejido adiposo y en el corazón; y niveles reducidos de triglicéridos en plasma.
La glicosilación es una modificación proteica postraduccional común, y casi todas las proteínas secretadas y de la superficie celular se modifican mediante carbohidratos unidos covalentemente. Los glicanos eucariotas generalmente se clasifican en dos grupos principales: N- y O-glicanos, donde las cadenas de glicanos están unidas a residuos de asparagina y serina/treonina, respectivamente. Los glicanos son mediadores esenciales de procesos biológicos como el plegamiento de proteínas, la señalización celular, la fertilización, la embriogénesis, el desarrollo neuronal, la actividad hormonal y la proliferación de células y su organización en tejidos específicos. Además, hay datos abrumadores que respaldan la relevancia de la glicosilación en el reconocimiento de patógenos, la inflamación, las respuestas inmunes innatas y el desarrollo de enfermedades autoinmunes y cáncer. Sin embargo, la identificación de estos biomarcadores no ha sido fácil, principalmente debido a la diversidad estructural y a los numerosos posibles isómeros de glicanos. Afortunadamente, la glucómica se está volviendo más factible debido a importantes mejoras en la espectrometría de masas y la ciencia de separación. [10]
La estimulación sanguínea ex vivo es el proceso mediante el cual los investigadores pueden analizar los biomarcadores inmunológicos de los efectos de los fármacos en voluntarios sanos. En el laboratorio se estimulan muestras de sangre (tomadas de voluntarios sanos) para activar el sistema inmunológico. Por lo tanto, los estudios de estimulación sanguínea ex vivo permiten evaluar el efecto de un nuevo compuesto en un "sistema vivo" en el que el sistema inmunológico ha sido desafiado. [11] La mayoría de las investigaciones que utilizan este método las llevan a cabo organizaciones de investigación clínica de Fase I , lo que les permite recolectar muestras de sangre y analizarlas instantáneamente para que no se deterioren.
(subtítulo) Una plataforma proteómica adecuada y un diseño de estudio cuidadoso pueden mejorar los resultados positivos