Biomarcador - Biomarker

Em contextos biomédicos, um biomarcador ou marcador biológico é um indicador mensurável de algum estado ou condição biológica. Os biomarcadores são frequentemente medidos e avaliados usando sangue, urina ou tecidos moles para examinar processos biológicos normais , processos patogênicos ou respostas farmacológicas a uma intervenção terapêutica . Biomarcadores são usados ​​em muitos campos científicos .

Os biomarcadores digitais são um novo campo emergente de biomarcadores, principalmente coletados por biossensores inteligentes . Até agora, os biomarcadores digitais têm se concentrado no monitoramento de parâmetros vitais, como dados do acelerômetro e freqüência cardíaca, mas também da fala . Novos biomarcadores digitais moleculares não invasivos estão cada vez mais disponíveis, registrados por, por exemplo, análise do suor na pele ( Sudorologia habilitada para internet ), que podem ser vistos como biomarcadores digitais de próxima geração. Biomarcadores digitais podem ser facilmente compartilhados com o médico responsável, e novas abordagens de diagnóstico podem ser desenvolvidas usando inteligência artificial.

Medicina

Os biomarcadores usados ​​na área médica fazem parte de um conjunto de ferramentas clínicas relativamente novo categorizado por suas aplicações clínicas. As três classes principais são biomarcadores moleculares, biomarcadores celulares ou biomarcadores de imagem. Todos os 3 tipos de biomarcadores têm um papel clínico no estreitamento ou orientação das decisões de tratamento e seguem uma subcategorização de serem preditivos, prognósticos ou diagnósticos.

Preditivo

Biomarcadores moleculares, celulares ou de imagem preditivos que passam na validação podem servir como um método de previsão de resultados clínicos. Biomarcadores preditivos são usados ​​para ajudar a otimizar os tratamentos ideais e geralmente indicam a probabilidade de se beneficiar de uma terapia específica. Por exemplo, biomarcadores moleculares situados na interface da arquitetura do processo molecular específico da patologia e do mecanismo de ação do fármaco prometem capturar aspectos que permitem a avaliação de uma resposta individual ao tratamento. Isso oferece uma abordagem dupla para ver as tendências em estudos retrospectivos e usar biomarcadores para prever resultados. Por exemplo, em biomarcadores preditivos de câncer colorretal metastático podem servir como uma forma de avaliar e melhorar as taxas de sobrevida do paciente e, no cenário individual caso a caso, eles podem servir como uma forma de poupar os pacientes da toxicidade desnecessária que surge dos planos de tratamento do câncer.

Exemplos comuns de biomarcadores preditivos são genes como ER, PR e HER2 / neu no câncer de mama, proteína de fusão BCR-ABL em leucemia mieloide crônica, mutações c-KIT em tumores GIST e mutações EGFR1 em NSCLC.

Diagnóstico

Os biomarcadores de diagnóstico que atendem ao ônus da prova podem servir para restringir o diagnóstico. Isso pode levar a diagnósticos significativamente mais específicos para pacientes individuais.

Após um ataque cardíaco, vários biomarcadores cardíacos diferentes podem ser medidos para determinar exatamente quando ocorreu um ataque e quão grave foi.

Um biomarcador pode ser uma substância rastreável que é introduzida em um organismo como um meio de examinar a função do órgão ou outros aspectos da saúde. Por exemplo, o cloreto de rubídio é usado como um isótopo radioativo para avaliar a perfusão do músculo cardíaco.

Também pode ser uma substância cuja detecção indica um determinado estado de doença, por exemplo, a presença de um anticorpo pode indicar uma infecção . Mais especificamente, um biomarcador indica uma mudança na expressão ou estado de uma proteína que se correlaciona com o risco ou progressão de uma doença, ou com a suscetibilidade da doença a um determinado tratamento.

Um exemplo de um biomarcador comumente usado na medicina é o antígeno específico da próstata (PSA). Este marcador pode ser medido como um substituto do tamanho da próstata com mudanças rápidas potencialmente indicando câncer. O caso mais extremo seria detectar proteínas mutantes como biomarcadores específicos do câncer por meio do monitoramento de reação selecionada (SRM), uma vez que as proteínas mutantes só podem vir de um tumor existente, fornecendo assim, em última análise, a melhor especificidade para fins médicos.

Outro exemplo é o KRAS, um oncogene que codifica uma GTPase envolvida em várias vias de transdução de sinal . Biomarcadores para oncologia de precisão são normalmente utilizados no diagnóstico molecular de leucemia mieloide crônica , câncer de cólon , mama e pulmão e no melanoma .

Biomarcador Digital

Biomarcadores digitais estão sendo usados ​​atualmente em conjugação com Inteligência Artificial (IA), a fim de reconhecer sintomas de Comprometimento Cognitivo Leve (MCI).

Prognóstico

Um biomarcador de prognóstico fornece informações sobre o resultado geral do paciente, independentemente de qualquer tratamento ou intervenção terapêutica.

Pesquisar

Biomarcadores para medicina de precisão fazem parte de um conjunto de ferramentas clínicas relativamente novo. No caso do câncer colorretal metastático (mCRC), apenas dois biomarcadores preditivos foram identificados e implementados clinicamente. Nesse caso, a falta de dados além de estudos retrospectivos e abordagens orientadas por biomarcadores bem-sucedidas foi sugerida como a principal causa da necessidade de novos estudos de biomarcadores no campo médico devido ao desgaste severo que acompanha os ensaios clínicos.

O campo da pesquisa de biomarcadores também está se expandindo para incluir uma abordagem combinatória para a identificação de biomarcadores de fontes multiômicas. A combinação de grupos de biomarcadores de vários dados ômicos permite a possibilidade de desenvolver painéis que avaliam a resposta ao tratamento com base em muitos biomarcadores em um único momento. Uma dessas áreas de expansão da pesquisa em biomarcadores multi-ômicos é o sequenciamento de DNA mitocondrial. Demonstrou-se que as mutações no DNA mitocondrial se correlacionam com o risco, a progressão e a resposta ao tratamento do carcinoma de células escamosas de cabeça e pescoço. Neste exemplo, um pipeline de sequenciamento de custo relativamente baixo mostrou ser capaz de detectar mutações de baixa frequência em células associadas a tumor. Isso destaca a capacidade geral dos biomarcadores baseados no DNA mitocondrial na captura da heterogeneidade entre os indivíduos.

Validação regulatória para uso clínico

A Early Detection Research Network (EDNR) compilou uma lista de sete critérios pelos quais os biomarcadores podem ser avaliados a fim de agilizar a validação clínica.

Prova de conceito

Anteriormente usado para identificar as características específicas do biomarcador, esta etapa é essencial para fazer uma validação in situ desses benefícios. A lógica biológica de um estudo deve ser avaliada em pequena escala antes que qualquer estudo em grande escala possa ocorrer. Muitos candidatos devem ser testados para selecionar os mais relevantes.

Validação experimental

Esta etapa permite o desenvolvimento do protocolo mais adaptado para o uso rotineiro do biomarcador. Simultaneamente, é possível confirmar a relevância do protocolo com vários métodos (histologia, PCR, ELISA, ...) e definir estratos com base nos resultados.

Validação de desempenho analítico

Uma das etapas mais importantes, serve para identificar características específicas do biomarcador candidato antes de desenvolver um teste de rotina. Vários parâmetros são considerados, incluindo:

  • sensibilidade
  • especificidade
  • robustez
  • precisão
  • reprodutibilidade
  • praticidade
  • eticidade

Padronização de protocolo

Isso otimiza o protocolo validado para uso rotineiro, incluindo a análise dos pontos críticos por meio da varredura de todo o procedimento para identificar e controlar os riscos potenciais.

Problemas éticos

Em 1997, o National Institute of Health sugeriu a necessidade de diretrizes e desenvolvimento de legislação que regulasse as dimensões éticas dos estudos de biomarcadores. Semelhante à forma como o Projeto Genoma Humano colaborou com o Escritório de Avaliação de Tecnologia dos Estados Unidos, os estudos de suscetibilidade de biomarcadores devem colaborar para criar diretrizes éticas que possam ser implementadas na base e nos requisitos de proposta dos estudos.

Garantir que todos os participantes incluídos em cada etapa do projeto (ou seja, planejamento, implementação e compilação dos resultados) recebam a proteção dos princípios éticos estabelecidos antes do início do projeto. Essas proteções éticas devem proteger não apenas os participantes do estudo, mas também os não participantes, pesquisadores, patrocinadores, reguladores e todas as outras pessoas ou grupos envolvidos no estudo. Algumas proteções éticas podem incluir, mas não estão limitadas a:

  • Consentimento informado do participante
  • Acesso a oportunidades de participação independente de raça, status socioeconômico, gênero, sexualidade, etc. (dentro da faixa permitida pelo protocolo experimental)
  • Integridade científica
  • Confidencialidade de dados ( anonimato )
  • Reconhecimento de conflito de interesses em termos de financiamento e patrocínio por determinados patrocinadores
  • Transparência e reconhecimento dos riscos legais e de saúde envolvidos na participação

Biologia Celular

Em biologia celular , um biomarcador é uma molécula que permite a detecção e o isolamento de um determinado tipo de célula (por exemplo, a proteína Oct-4 é usada como biomarcador para identificar células-tronco embrionárias ).

Em genética , um biomarcador (identificado como marcador genético ) é uma sequência de DNA que causa doenças ou está associada à suscetibilidade a doenças. Eles podem ser usados ​​para criar mapas genéticos de qualquer organismo que esteja sendo estudado.

Aplicações em química, geologia e astrobiologia

Um biomarcador pode ser qualquer tipo de molécula que indique a existência, passada ou presente, de organismos vivos. Nos campos da geologia e astrobiologia , biomarcadores, versus geomarcadores, também são conhecidos como bioassinaturas . O termo biomarcador também é usado para descrever o envolvimento biológico na geração de petróleo . Biomarcadores foram usados ​​na investigação geoquímica de um derramamento de óleo na Baía de São Francisco, Califórnia, em 1988. Em 22-23 de abril, cerca de 400.000 galões de petróleo bruto foram acidentalmente lançados no Vale de San Joaquin por uma refinaria e complexo de manufatura do Shell Oil Company . O petróleo afetou muitas áreas vizinhas. Amostras do óleo cru foram coletadas nas várias regiões onde ele se espalhou e comparadas com amostras que não foram divulgadas na tentativa de distinguir entre o óleo derramado e o fundo petrogênico presente na área do derramamento. Os espectros de massa foram realizados para identificar biomarcadores e hidrocarbonetos alifáticos cíclicos dentro das amostras. Foram encontradas variações na concentração dos constituintes das amostras de petróleo bruto e sedimentos.

Ecotoxicologia

Rachel Carson , autora de Silent Spring , levantou a questão do uso de pesticidas organoclorados e discutiu os possíveis efeitos negativos que esses pesticidas têm sobre os organismos vivos. Seu livro levantava questões éticas contra as empresas químicas que controlavam a recepção geral do efeito dos pesticidas no meio ambiente, que foram as pioneiras na necessidade de estudos ecotoxicológicos . Os estudos ecotoxicológicos podem ser considerados os precursores dos estudos de biomarcadores. Os biomarcadores são usados ​​para indicar uma exposição ou efeito de xenobióticos que estão presentes no meio ambiente e nos organismos. O biomarcador pode ser uma substância externa em si (por exemplo, partículas de amianto ou NNK do tabaco), ou uma variante da substância externa processada pelo corpo (um metabólito ) que geralmente pode ser quantificada.

História

O uso generalizado do termo "biomarcador" remonta a 1980. A maneira como o meio ambiente era monitorado e estudado perto do final da década de 1980 ainda dependia principalmente do estudo de substâncias químicas consideradas perigosas ou tóxicas quando encontrado em concentrações moderadas na água, sedimentos e organismos aquáticos. Os métodos utilizados para identificar esses compostos químicos foram cromatografia, espectrofotometria, eletroquímica e radioquímica. Embora esses métodos tenham tido sucesso em elucidar a composição química e as concentrações presentes no ambiente dos contaminantes e dos compostos em questão, os testes não forneceram dados informativos sobre o impacto de um determinado poluente ou produto químico em um organismo ou ecossistema vivo. Foi proposto que a caracterização de biomarcadores poderia criar um sistema de alerta para verificar o bem-estar de uma população ou um ecossistema antes que um poluente ou composto pudesse causar estragos no sistema. Agora, devido ao desenvolvimento de estudos de biomarcadores, os biomarcadores podem ser usados ​​e aplicados nos campos da medicina humana e na detecção de doenças.

Definição

O termo "marcador biológico" foi introduzido na década de 1950.

  • Em 1987, os marcadores biológicos foram definidos como “indicadores de sinalização de eventos em sistemas biológicos ou amostras” que poderiam ser classificados em três categorias: marcadores de exposição, efeito e suscetibilidade.
  • Em 1990, McCarthy e Shugart definiram biomarcadores como "medições em nível molecular, bioquímico ou celular em populações selvagens de habitats contaminados ou em organismos experimentalmente expostos a poluentes que indicam que o organismo foi exposto a produtos químicos tóxicos e a magnitude da resposta do organismo ”.
  • Em 1994, Depledge definiu um biomarcador como "uma mudança bioquímica, celular, fisiológica ou comportamental que pode ser medida em tecidos ou fluidos corporais ou ao nível de todo o organismo que revela a exposição a / ou os efeitos de um ou mais produtos químicos poluentes. ”
  • Em 1996, Van Gestel e Van Brummelen tentaram redefinir biomarcadores para diferenciar inequivocamente um biomarcador de um bioindicador. De acordo com Van Gestel e Van Brummelen, um biomarcador, por definição, deve ser usado apenas para descrever alterações bioquímicas subletais resultantes da exposição individual a xenobióticos.
  • Em 1998, o Grupo de Trabalho de Definições de Biomarcadores do National Institutes of Health definiu um biomarcador como "uma característica que é objetivamente medida e avaliada como um indicador de processos biológicos normais, processos patogênicos ou respostas farmacológicas a uma intervenção terapêutica".
  • Em 2000, De Lafontaine definiu o termo biomarcador como uma “mudança (ões) bioquímica e / ou fisiológica em organismos expostos a contaminantes e, portanto, representam as respostas iniciais à perturbação e contaminação ambiental”.

Biomonitoramento ativo

De Kock e Kramer desenvolveram o conceito de biomonitoramento ativo em 1994. Biomonitoramento ativo é uma comparação das propriedades químicas / biológicas de uma amostra que foi realocada para um novo ambiente que contém condições diferentes de seu ambiente original.

Veja também

Referências