Биомаркер и способы для ранней диагностики болезни альцгеймера
Изобретение относится к способу диагностики риска развития болезни Альцгеймера или наличия тяжелой AD у субъекта и может быть применено в медицине. Предложенные способы включают измерение в биологическом образце субъекта уровня по меньшей пяти биомаркеров AD, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлейкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), причем повышение IL-18 и MCP-1 и снижение BDNF, IGF-1, VEGF и TGF-бета 1 в сравнении с контролем указывает на наличие или риск развития AD, а повышение IL-18 и VEGF и снижение BDNF, IGF-1, MCP-1 и TGF-бета 1 в сравнении с контролем указывает на наличие тяжелой AD. Предложены новые высокоспецифичные способы и применения указанных биомаркеров, позволяющие проводить дифференциальную диагностику между наличием или риском развития AD и тяжелой AD. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 пр., 5 табл., 2 ил.
Настоящее изобретение относится, в первом аспекте, к способу для диагностирования или для определения риска развития болезни Альцгеймера, или для определения наличия тяжелой болезни Альцгеймера у субъекта, в соответствии с которым измеряется комбинация, по меньшей мере, четырех специфичных биомаркеров. Кроме того, предоставляется набор, а также комплект, содержащий средства обнаружения, в частности, антитела, по меньшей мере, для четырех специфичных биомаркеров. Кроме того, также предоставляется компьютерный программный продукт и реализуемый компьютером способ для диагностирования или определения риска развития болезни Альцгеймера или для определения наличия тяжелой болезни Альцгеймера.
Уровень техники
Болезнь Альцгеймера (AD) является прогрессирующим заболеванием мозга с огромной ценой в отношении человеческих жизней. Негативное воздействие заболевания также представляет растущее беспокойство для правительств развивающихся стран, в особенности из-за все более возрастающих высоких количеств пожилых граждан, находящихся в опасности. Болезнь Альцгеймера является наиболее распространенной формой деменции, общего термина для потери памяти и других нарушений когнитивных функций. Обычно, деменция включает форму сосудистой деменции и дегенеративной деменции, включая деменцию болезни Альцгеймера или деменцию Альцгеймера. Различные типы деменции описаны как амилоидопатия (деменция Альцгеймера), таупатия (болезнь телец Леви, болезнь Кройцфельда-Якоба, синдром Пика) и синуклеопатия (болезнь Паркинсона).
Самым большим фактором риска для деменции является возраст. Люди, имеющие возраст выше 85, имеют большую вероятность испытать данное состояние, хотя некоторые формы деменции встречаются у людей моложе 50. Некоторые индивиды являются генетически более склонными к развитию определенных форм деменции, таких как болезни Хантингтона и Альцгеймера. Дополнительно, несколько факторов могут вызывать временную или постоянную деменцию, такие как травмы головного мозга (включая повреждения, вызванные инсультом), неправильное питание, инфекции, реакция на медикаменты, отравление, опухоль или поражение головного мозга.
Болезнь Альцгеймера представляет собой хроническое прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, и оно является самым распространенным типом деменции. Текущие диагностические средства, включая методы нейровизуализации, непрерывно улучшаются. Однако, все еще представляет сложность повышение чувствительности и специфичности диагностики болезни Альцгеймера. Две области диагностики являются особенно сложными: во-первых, дифференцирование ранних стадий болезни Альцгеймера от умеренного нарушения когнитивных функций и нормального старения; и, во-вторых, повышение специфичности диагностики, особенно, когда аналогичные клинические симптомы являются общими для различных типов деменции. До настоящего времени, анализ бета-амилоида (1-42), суммарного тау и фосфо-тау-181 в цереброспинальной жидкости (CSF) являлись наилучшими биологическими маркерами для диагностики болезни Альцгеймера и ее дифференцирования от других форм деменции с высокой надежностью и достоверностью. В работе Marksteiner J. и соавт. (Drugs Today 43(6):423-31, 2007) приведен обзор применения биомаркеров CSF и предполагаемых относящихся к крови маркеров. Предполагается, что на риск умеренного нарушения когнитивных функций оказывают влияние изменения гена тау-белка, и что умеренное нарушение когнитивных функций имеет общий генетический фон с болезнью Альцгеймера. Это может помочь объяснению генетического риска в отношении снижения когнитивных способностей и разработке эффективных клинических испытаний. В работе Welge V. и соавт. (J. Neural. Transm. 116(2):203-12, 2009) сообщается, что для цереброспинальной жидкости (CSF) отношение концентраций Abeta1-42/Abeta1-38/p-tau хорошо разделяет пациентов с болезнью Альцгеймера (AD) и с деменцией, не относящейся к болезни Альцгеймера, и выполняет требования по точности для применяемого скрининга и биомаркера AD для дифференциальной диагностики.
Ассоциация болезни Альцгеймера предоставляет семь стадий течения заболевания, а именно, 1: отсутствие нарушения, 2 очень умеренное снижение (ранняя стадия), 3 умеренное снижение, 4 среднее снижение, 5 среднее тяжелое снижение, 6 тяжелое снижение и 7 очень тяжелое снижение.
Раннее обнаружение нейродегенеративных нарушений позволило бы более эффективно лечить пациентов. Недавние исследования продемонстрировали, что такие нарушения, как болезнь Альцгеймера, характеризуются предсимптоматической фазой, которая, вероятно, продолжается годы, в течение которых происходит разрушение нервных клеток, но до появления клинических симптомов. Это представляет собой и проблему - каким образом идентифицировать индивидов в течение этого преклинического периода - и возможность. Профилактическая терапия могла бы быть начата в течение преклинического периода до появления симптомов болезни. Поэтому, главная цель клинического исследования состоит в улучшении ранней диагностики этих заболеваний посредством разработки инструментов для смещения постановки диагноза на более раннее время в течение процесса нейродегенерации. Кроме того, ранняя идентификация индивидов, подвергающихся риску развития болезни Альцгеймера (AD), является чрезвычайно необходимой. В технике описано, что профилактика и лечение AD, а также задержка конечного прогрессирования AD, являются более эффективными у пациентов при раннем обнаружении указанного нейродегенеративного нарушения.
Агрегированный бета-амилоидный пептид (Abeta) вовлечен в патологию болезни Альцгеймера. Данные агрегации были обнаружены in vitro и в естественных условиях во множестве морфологий, включая шаровидные олигомеры и линейные фибриллы, которые обладают различными биологическими активностями. Диагностика и контроль спорадической болезни Альцгеймера (AD) долго зависели от клинического изучения индивидов с терминальной стадией заболевания. Однако, будущие способы лечения AD оптимально начинать, когда индивиды демонстрируют очень умеренные признаки нейродегенерации. В настоящее время бета амилоид цереброспинальной жидкости (Abeta) становится основным согласованным биомаркером для стадии умеренных когнитивных нарушений AD. Abeta непосредственно вовлечен в патогенез AD или имеет высокую корреляцию с другими основными патогенными факторами. Он продуцируется из белка-предшественника амилоида (APP) посредством протеолитической обработки, которая зависит от фермента 1, расщепляющего бета-участок APP, и комплекса гамма-секретазы, и разлагается широким диапазоном протеаз.
Формы из 40 и 42 аминокислотных остатков бета амилоида (Abeta (1-40) и Abeta (1-42)) в цереброспинальной жидкости (CSF) были предложены в качестве потенциальных биомаркеров болезни Альцгеймера (AD). Количественные анализы пептидов Abeta в CSF полагались почти исключительно на применение основанных на иммуносорбенте исследований, таких как процедура твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA). Однако, из-за способности пептидов Abeta к легкой агрегации или связыванию с другими белками и стеклянной посудой, такие анализы являются очень сложными. Анализы дополнительно усложняются способностью пептидов подвергаться посттрансляционным модификациям и возможностью для перекрестной реакции в анализах ELISA с эндогенными компонентами CSF. Недавно полученные результаты позволяют предположить, что сниженное количество Abeta (1-42) в относительно Abeta (1-40) в плазме может повышать риск AD (Hampel H. и соавт., Alzheimers Dement. 4(1):38-48, 2008).
Фактор некроза опухолей альфа (TNF-альфа) представляет собой многофункциональный провоспалительный цитокин, который принадлежит к суперсемейству факторов некроза опухоли (TNF). Этот цитокин секретируется, главным образом, макрофагами. Он вовлечен в регуляцию широкого спектра биологических процессов, включая пролиферацию, дифференцирование, апоптоз клеток, метаболизм липидов и коагуляцию. Этот цитокин был вовлечен во множество заболеваний, включая аутоиммунные заболевания, резистентность к инсулину и рак. Исследования на нокаутных мышах также позволяют предположить нейропротекторную функцию этого цитокина.
Концепция воспаления как главного фактора болезни Альцгеймера (AD) до настоящего времени была основана на результатах посмертных исследований аутодеструктивных изменений, ассоциированных с поражениями, а также на эпидемиологических свидетельствах защитного эффекта противовоспалительных средств. Теперь имеется доказательство того, что на риск AD оказывает существенно влияние суммарно 10 полиморфизмов в воспалительных агентах интерлeйкине 1 альфа, интерлeйкине 1 бета, интерлeйкине 6, факторе некроза опухоли альфа, альфа(2)-макроглобулине и альфа(1)-антихимотрипсине. Все полиморфизмы являются обычными.
В WO 2005/052292 и WO 2006/133423 описаны способы и композиции для диагностики, стратификации и контроля AD и других неврологических расстройств в жидкостях организма. Например, EP 2211183 B1, разработанная на основе указанной выше заявки WO, идентифицирует способы для диагностики и контроля AD, в которых производится измерение связывающего инсулиноподобный фактор роста белка 2 (EGFBP-2) в качестве биомаркера. Указанная заявка на патент предоставляет большое количество возможных биомаркеров, которые, как утверждается, должны быть подходящими для диагностирования неврологических расстройств, включая AD. Однако, конкретное множество биомаркеров, позволяющее диагностировать и прогнозировать AD с высокой точностью, не раскрывается. Кроме того, в Thambisetty, N., и соавт., biomarkers and medicine, future medicine, London, Volume 4, No. 1, стр. 65-79, раскрываются основанные на крови биомаркеры AD: сложно, но возможно. WO 2009/149185 идентифицирует иммуноглобулины с двойным вариабельным доменом и их применение.
Недавно полученные результаты позволяют предположить вовлечение нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF) в патогенез болезни Альцгеймера (AD). BDNF является эндогенным белком, вовлеченным в поддержание нейронной функции, синаптической пластичности и структурной целостности в мозге взрослых людей. Концентрации BDNF в сыворотке и цереброспинальной жидкости (CSF) оценивались посредством чувствительной ELISA в 27 AD пациентах по сравнению с 9 пациентами с нормотензивной гидроцефалией (NPH) и 28 соответствующими по возрасту здоровыми контролями. Значимое уменьшение концентрации BDNF в сыворотке пациентов с AD (18,6 нг/мл) и NPH (18,1 нг/мл) было обнаружено по сравнению со здоровыми контролями (21,3 нг/мл; p=0,041/p=0,017). Концентрации BDNF в сыворотке не коррелировали с уровнями CSF, возрастом или показателями краткой шкалы оценки психического статуса (MMSE) как у пациентов с AD, так и у пациентов с NPH. Уменьшение уровней BDNF в сыворотке при AD и NPH может отражать недостаток трофической поддержки и, таким образом, вносить вклад в прогрессирующую дегенерацию в обеих болезнях.
Хроническое воспаление является характеристикой болезни Альцгеймера (AD). Сообщалось о взаимодействии, ассоциированном с риском AD, между полиморфизмами в регуляторных областях генов для провоспалительного цитокина, интерлeйкина 6 (IL-6) и противовоспалительного цитокина, интерлeйкина 10 (IL-10). Нарушение регуляции IL-6 и IL-10 у некоторых пожилых людей, частично, вследствие генетической изменчивости в этих двух генах, может способствовать развитию AD (Cambarros O. и соавт., J. Neuroinflammation 23(6):22, 2009).
IL-6 (также называемый интерфероном бета 2) имеет сильно повышенный уровень при болезни Альцгеймера (AD) и имеет сильную корреляцию с другими заболеваниями, такими как диабет. IL-6 также имеет корреляции с другими нейродегенеративными заболеваниями и депрессией. Роль в болезни Альцгеймера (AD) также подозревается для интерлeйкинов IL-10, IL-18 и сосудистого эпидермального фактора роста (VEGF). В работе Malaguera L. и соавт. (Neuropathology 26(4):307-12, 2006) было определено, что уровни IL-18 были значительно повышены у больных AD и сосудистой деменцией по сравнению с не имеющими деменции соответствующими по возрасту субъектами.
В работе Mateo и соавт. (Acta Neurol. Scand. 116(1):56-8, 2007) описано, что фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) определяет важные нейротрофические и нейрозащитные действия. Низкие уровни VEGF в сыворотке ассоциированы с болезнью Альцгеймера.
Целостность нейропротекции является важным компонентом против развития когнитивных нарушений и AD. Группа пациентов с болезнью Альцгеймера демонстрировала в начале исследования сильное снижение уровня инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) (3,7±1,2 пг/мл), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) (63±18 пг/мл) и TGF-бета 1 (33±10 пг/мл) по сравнению со здоровыми пожилыми субъектами (IGF-1, 9,5±2,4 пг/мл; VEGF, 105±31 пг/мл; и TGF-бета 1, 68±18 пг/мл). Значимые положительные корреляции между IGF-1 и концентрациями VEGF были обнаружены как у здоровых субъектов (r=0,87, p<0,001), так и у субъектов с AD (Luppi C. и соавт., Arch. Gerontol. Geriatr. 49(Suppl. 1):173-84, 2009).
Повышение уровня гомоцистеина в плазме связаны с типичными проблемами, наблюдаемыми при старении, такими как нарушение когнитивных функций, деменция, депрессия, остеопоротические переломы и функциональный спад. Известно, что уровни гомоцистеина выше у пациентов с сосудистой деменцией, чем у пациентов с болезнью Альцгеймера (AD) или контрольных групп. Повышенные концентрации гомоцистеина в плазме и низкие концентрации фолата в сыворотке являются независимыми показателями развития деменции и AD. Нормальный диапазон концентрации гомоцистеина в плазме составляет 5-15 мкМ/л, и для пациентов с AD он составляет выше 15 мкМ/л.
Моноцитарный хемотаксический белок-1 (MCP-1) индуцируется на высоком уровне во множестве болезней, которые характеризуются богатыми моноцитами клеточными инфильтратами, таких как атеросклероз, застойная сердечная недостаточность и ревматоидный артрит.
Обнаружение повышенных уровней С-реактивного белка (CRP) в сыворотке не является специфичным для какого-либо конкретного заболевания. Это является полезным индикатором воспалительных процессов. Плазменный CRP ассоциирован с распространенными умеренными когнитивными нарушениями (MCI) и с не вызывающими нарушение памяти MCI у пожилых, не страдающих деменцией людях на уровне популяции. Эти результаты предполагают вовлечение воспаления в патогенез MCI. Высокий уровень CRP в плазме связан с ускоренным когнитивным спадом и повышенным риском деменции у пациентов с MCI. Пациенты с AD имели более высокие уровни CRP, чем пациенты с сосудистой деменцией (4,2±0,6 по сравнению с 1,7±0,2, p<0,001, соответственно). Пошаговый множественный логистический регрессионный анализ показал, что деменция (относительный риск=OR=4,965, 95%-ый доверительный интервал=CI=1,402-13,23, p=0,004), фибриноген (OR=1,011, CI=1,007-1,015, p<0,001) и возраст (OR=1,158, CI=1,063-1,261, p<0,001) независимо коррелировали с высокими уровнями CRP. Исследование предполагает, что воспаление может играть патогенетическую роль в AD (Mancinella A. и соавт., Arch. Gerontol. Geriatr. 49(Suppl. 1):185-94, 2009).
В настоящее время отсутствует какое-либо средство излечения для болезни Альцгеймера, но имеются основанные на медикаментах и немедикаментозные подходы к ее лечению. Как правило, медикаментозное лечение направляется на замедление прогрессирования симптомов. Была успешно доказана эффективность нескольких биомаркеров в большой группе пациентов, но успех напрямую коррелирует с идентификацией носителей болезни на ее ранних стадиях. Это обосновывает потребность в своевременных и точных формах диагностики с помощью молекулярных средств, Ray S. и соавт., Nat. Med. 13(11):1359-62, 2007.
Итак, улучшенный диагностический скрининг для ранних стадий болезни Альцгеймера обладает многими преимуществами. Ранняя диагностика позволяет людям на ранних стадиях болезни внести вклад в процесс принятия решений о медикаментозном лечении. Существующие лекарства работают наилучшим образом, если они вообще работают, на ранних стадиях болезни. Раннее обнаружение позволяет осуществить раннее вмешательство. Поскольку лекарства разрабатываются в настоящее время, то в будущем, возможно, раннее обнаружение позволит предотвратить необратимое повреждение мозга, которое возникает с развитием болезни Альцгеймера. Таким образом, имеется постоянная потребность в способах и системах тестирования, позволяющих диагностировать AD на ранней стадии с высокой специфичностью. Кроме того, в целях обеспечения возможности дифференцирования AD и других типов деменции, требуются новые способы и анализы. Таким образом, идентификация более поздних этапов AD помогает в обеспечении возможности определения схемы лечения.
Краткое описание настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится, в первом аспекте, к способу для диагностирования или предсказания риска развития болезни Альцгеймера (AD), включающему в себя
a) измерение уровня или количества биомаркера AD в биологическом образце субъекта; и
b) определение или диагностирование наличия или риска развития AD на основании уровня или количества указанного биомаркера,
при этом биомаркер представляет собой, по меньшей мере, четыре биомаркера, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), и, в первом варианте осуществления, при этом повышение IL-18 и/или MCP-1, и/или снижение BDNF, IGF-1, VEGF и/или TGF-бета 1 указывает на наличие или риск развития AD. Кроме того, гомоцистеин может использоваться в качестве дополнительного биомаркера для проверки диагноза. У пациентов с AD уровень или количество гомоцистеина снижается.
Кроме того, способ для определения состояния болезни Альцгеймера (AD) у субъекта включает в себя
a) измерение уровня или количества биомаркера AD в биологическом образце субъекта; и
b) определение наличия или состояния AD с высокой специфичностью на основании уровня или количества указанного биомаркера,
при этом биомаркер представляет собой, по меньшей мере, четыре биомаркера, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), и при этом повышение IL-18 и/или VEGF, и/или снижение BDNF, IGF-1, MCP-1 и/или TGF-бета 1 указывает на наличие тяжелой AD.
Таким образом, в другом варианте осуществления проверка страдания для поздних фаз AD, начиная с тяжелой AD у пациентов с деменцией, характеризуется повышением IL-18 и/или VEGF, и/или снижением BNDF, IGF-1, MCP-1 и/или TGF-бета 1.
Комбинация, по меньшей мере, из 4 указанных маркеров, позволяет, с одной стороны, осуществлять раннюю диагностику и обнаружение риска развития AD с высокой специфичностью, составляющей, по меньшей мере, 90%, и, с другой стороны, позволяет определить наличие тяжелой AD с высокой специфичностью, составляющей, по меньшей мере, 90%.
Является предпочтительным, чтобы, по меньшей мере четыре, например, по меньшей мере пять или все биомаркеры из биомаркеров BDNF, IGF-1, TGF-бета 1, VEGF, IL-18 и MCP-1 были измерены.
Молекулярный признак биомаркера, включающий, по меньшей мере, четыре из биомаркеров, идентифицированных выше, достигает в среднем 90%, например, 95%, в частности, 96% точности, и аналогичную чувствительность в предсказании клинического AD. По меньшей мере, молекулярный признак биомаркера позволяет осуществлять раннее обнаружение риска для болезни Альцгеймера при раннем начале подходящей терапии, а также для определения наличия тяжелой AD.
Кроме того, во втором аспекте, настоящее изобретение относится к набору для применения в диагностике или предсказании риска развития болезни Альцгеймера, а также для определения наличия тяжелой AD, содержащему средства обнаружения для, по меньшей мере, четырех биомаркеров, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), и, необязательно, гомоцистеина, для применения в диагностике или определении риска развития AD, необязательно, содержащему инструкции по применению набора в способе согласно настоящему изобретению для диагностирования наличия или риска развития AD, а также для определения наличия тяжелой AD.
Кроме того, настоящее изобретение относится к применению in vitro, по меньшей мере, четырех, например, по меньшей мере пяти биомаркеров в соответствии с определенным в настоящем описании для применения в диагностике, с оценкой или контролем терапии AD посредством определения уровня или количества указанного биомаркера в биологическом образце человека и определения повышения или снижения, по меньшей мере, четырех, например, по меньшей мере пяти из указанных биомаркеров по сравнению с контрольным уровнем или количеством указанного биомаркера. Биомаркер указывает AD, когда уровень или количество находятся выше или ниже, соответственно, порога для указанного конкретного биомаркера. Кроме того, настоящее изобретение относится к комплекту, содержащему средства для обнаружения, по меньшей мере, четырех из биомаркеров согласно настоящему изобретению, в частности, к комплекту или набору, в котором средства обнаружения представляют собой антитела, и обнаружение указанных биомаркеров проводится иммунологическим образом.
Кроме того, настоящее изобретение относится к реализованному компьютером способу диагностирования или определения риска развития AD, включающему в себя этапы:
a) получения данных измеренного уровня или количества по меньшей мере, четырех из биомаркеров AD согласно настоящему изобретению в биологическом образце субъекта и, необязательно, контролей;
b) вычисления для данных с этапа a) посредством сравнения уровня или количества биомаркера в указанном образце с пороговым значением, полученным из базы данных или полученным как измеренный уровень или измеренное количество контроля для порога.
c) идентификации биомаркера, уровень или количество которого повышается или снижается выше или ниже порогового уровня.
Наконец, настоящее изобретение относится к машиночитаемому носителю информации или компьютерному программному продукту, имеющему исполнимые компьютером инструкции для выполнения способа согласно настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 представлена схема микротитрационного планшета, показывающая размещение каждого зонда. Каждый образец измеряется дважды. Кроме того, присутствуют положительный контроль, отрицательный контроль и пороговый контроль, что позволяет иметь внутренние контроли в планшете. В данном случае тестируется 5 образцов пациентов.
На фигуре 2 показана специфичность комбинаций маркеров, приведенных в таблице 5. Как показано, применение, по меньшей мере, четырех маркеров из шести маркеров позволяет получить специфичность, составляющую более 90%.
Подробное описание настоящего изобретения
При использовании в настоящем описании, термин "болезнь Альцгеймера" означает дегенеративное заболевание мозга, которое убивает нервные клетки в коре головного мозга до атрофии или сокращает извилины (неровности на коре головного мозга) в лобных и височных долях головного мозга, в частности, в соответствии с определенным в критериях N INCDS-ARDA (Национальный институт неврологических и коммуникативных нарушений и инсульта, и Ассоциация болезни Альцгеймера и связанных нарушений).
При использовании в настоящем описании термин "диагностика" означает идентификацию наличия или характеристик патологических состояний. В отношении целей настоящего изобретения "диагностика" означает определение риска заболеть болезнью Альцгеймера на основании анализа жидкостей организма вне организма.
При использовании в настоящем описании термин "биомаркер" означает вещество, способное показывать состояние заболевания. В контексте настоящего изобретения, направленного на диагностику болезни Альцгеймера, "биомаркер" означает вещество, показывающее, находятся ли клетки головного мозга в нормальном состоянии или являются атакованными болезнью Альцгеймера. "Биомаркер" включает полипептиды и гликопротеины, количества которых повышаются или снижаются у пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, или имеющих склонность к поражению болезнью Альцгеймера по сравнению с нормальными здоровыми субъектами.
При использовании в настоящем описании, термин "кровь" включает цельную кровь, сыворотку и плазму. При использовании в настоящем описании, термин "антитело" означает иммуноглобулин, специфично связывающийся с антигенной областью биомолекулы. В отношении цели настоящего изобретения, антитело специфично связывается с биомаркером, и включает поликлональное антитело, моноклональное антитело и рекомбинантное антитело. Кроме того, антитело по настоящему изобретению включает функциональные фрагменты молекул антитела, так же как и полные формы, имеющие две полноразмерных легких цепи и две полноразмерных тяжелых цепи. Функциональный фрагмент молекул антитела означает фрагмент, сохраняющий, по меньшей мере, функцию связывания антигена, и включает Fab, F(ab')2, Fv, и аналогичные фрагменты.
При использовании в настоящем описании, термин "комплекс антиген-антитело" означает продукт связывания биомаркера с антителом, распознающим его.
При использовании в настоящем описании, термины "включает" или "включающий", и термины "содержит" или "содержащий" включают в себя варианты осуществления "состоят" и "состоящий из".
Термин "пороговый уровень" при использовании в настоящем описании относится к относительному или абсолютному уровню, для которого определено, что он позволяет различать людей, страдающих AD или подвергающихся риску развития AD. Пороговый уровень дается как кратность различия в случае относительных уровней или как конкретная величина в случае абсолютных значений, например, в случае уровня белка, выраженного в нг или пг/мл. Значения, находящиеся ниже или выше порогового уровня, соответственно, как указано в настоящем описании, рассматриваются как позволяющие осуществлять диагностику AD или определение риска развития AD или позволяющие определить наличие тяжелой AD, и, в конечном счете, контроль терапии у пациентов с AD.
При использовании в настоящем описании, термин "биомаркер AD" относится к биомаркеру, который является биомаркером для диагностики AD.
При использовании в настоящем описании, термин "предсказание" относится к обнаружению того, что индивид имеет значимо повышенную вероятность развития биологического заболевания.
При использовании в настоящем описании, термин "биологический образец" охватывает множество типов образцов, полученных у индивида, и может применяться в диагностическом или контролирующем анализе. Образец биологической жидкости охватывает кровь, цереброспинальную жидкость (CSF), мочу и другие образцы жидкостей из биологического источника. Если требуется, образцы могут предварительно обрабатываться, например, в целях обогащения или разделения.
"Индивид" представляет собой млекопитающее, более предпочтительно, человека, при этом термины индивид и субъект используются в настоящем описании взаимозаменяемо.
При использовании в настоящем описании, "контрольное значение" может представлять собой абсолютное значение, относительное значение, значение, которое имеет верхний или нижний предел, диапазон значений, среднее значение, медианное значение, математическое ожидание или значение по сравнению с конкретным контрольным или исходным значением. Контрольное значение может быть основано на значении образца индивида, например, на значении, полученном из образца индивида, который будет подвергаться тестированию, в более ранний момент времени, или на значении, полученном из образца пациента с AD, отличного от тестируемого индивида, или из образца здорового индивида, который является индивидом, у которого не была диагностирована AD. Контрольное значение может быть основано на большом количестве образцов, таких как образцы пациентов с AD или здоровых индивидов, или может быть основано на пуле образцов, включающих в себя образец, который будет тестироваться.
При использовании в настоящем описании форма единственного числа может означать единственное или множественное число, если не указано иное.
При использовании в настоящем описании фраза «кратность различия» относится к числовому представлению величины различия между измеренным значением и контрольным значением для биомаркера AD. Кратность различия вычисляется математически путем деления числового измеренного значения на числовое контрольное значение. Например, если измеренное значение для биомаркера AD составляет 20 нанограммов/миллилитр (нг/мл), и контрольное значение составляет 10 нг/мл, кратность различия равна двум. Альтернативно, если измеренное значение для биомаркера AD составляет 10 нг/мл, и контрольное значение составляет 20 нг/мл, кратность различия составляет 50%.
Изобретатели по настоящему изобретению выяснили, что при измерении уровня или количества комбинации по меньшей мере, четырех биомаркеров, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), и, необязательно, гомоцистеина, и, в первом варианте осуществления, когда повышение IL-18, MCP-1 и/или гомоцистеина и/или снижение BDNF, IGF-1, VEGF и/или TGF-беты 1 в биологическом образце субъекта было определено, можно диагностировать раннюю AD или определить риск развития болезни Альцгеймера с более высокой специфичностью, чем в случае применения комбинации только 1, 2 или 3 маркеров. В частности, было идентифицировано, что болезнь Альцгеймера или риск развития болезни Альцгеймера связан с изменениями в уровне экспрессии шести маркеров, определенных в настоящем описании, а именно, с повышением IL-18, MCP-1 и/или гомоцистеина, а также со снижением BDNF, IGF-1, VEGF и/или TGF-беты 1. Кроме того, было выяснено, что при объединении, по меньшей мере, четырех, предпочтительно, по меньшей мере, пяти, например, всех шести биомаркеров из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), специфичность и чувствительность являются достаточно высокими для обеспечения возможности диагностирования или прогнозирования AD, хотя каждый из биомаркеров по отдельности может изменяться в различных заболеваниях и состояниях помимо AD. Кроме того, количество или уровень гомоцистеина могут использоваться для подтверждения результатов.
В еще одном аспекте способ согласно настоящему изобретению позволяет дифференцировать AD от других форм установившейся деменции и определять поздние стадии, а именно, тяжелую стадию и очень тяжелую стадию AD. Таким образом, установившаяся AD характеризуется снижением BDNF, IGF-1, MCP-1 и/или TGF-беты 1, и/или повышением VEGF и/или IL-18. В таблице 2 показано измеренное количество указанного белка в образцах сыворотки нормальной здоровой контрольной группы и группы пациентов с тяжелой болезнью Альцгеймера. В данном отношении следует отметить, что "тяжелая" и "установившаяся" используются взаимозаменяемо в настоящем описании.
Таблица 2
| Биомаркерный белок | Нормальная здоровая контрольная группа | Группа с болезнью Альцгеймера | Повышение или снижение в AD |
| BDNF | 22,8±1,6 нг/мл | 2-12 нг/мл | снижение |
| IGF-1 | 70-200 нг/мл | 30-60 нг/мл | снижение |
| VEGF | 314±15 пг/мл | 400-2000 пг/мл | повышение, сосудистая AD |
| TGF-бета 1 | 70-200 пг/мл | 3-30 пг/мл | снижение |
| MCP-1 | 160 пг/мл | 60 пг/мл | снижение |
| IL-18 | 100-200 пг/мл | 320 пг/мл | повышение |
В частности, когда, по меньшей мере, четыре биомаркера из шести биомаркеров в соответствии с определенным в настоящем описании повышаются или снижаются, соответственно, точность диагностирования AD или определения риска развития AD, а также определения наличия тяжелой AD, является очень высокой, и существует возможность контролирования терапии. В частности, точность составляет, по меньшей мере, 90%, например, по меньшей мере, 95% и, в некоторых случаях, по меньшей мере, 96%. Например, чувствительность способа находится в диапазоне, по меньшей мере, 90%, например, по меньшей мере, 95%, например, по меньшей мере, 96%. Кроме того, специфичность способа согласно настоящему изобретению составляет, по меньшей мере, 85%, например, по меньшей мере, 90%, например, по меньшей мере, 92% или, по меньшей мере, 95%. Следовательно, конкретная комбинация биомаркеров согласно настоящему изобретению позволяет диагностировать или определять AD с высокой точностью, в частности, с высокой точностью по сравнению с предшествующим уровнем техники.
При необходимости, биомаркер согласно настоящему изобретению может быть объединен с другим биомаркером, известным в технике и описанным как являющийся подходящим биомаркером AD. Специалисту в данной области техники хорошо известны подходящие биомаркеры, которые могут быть объединены с биомаркером, определенным в настоящем описании.
Множество биомаркеров было описано в технике как изменяющие свой уровень или количество у субъектов, страдающих AD, по сравнению с контрольными группами. Однако, их специфичность и чувствительность, то есть, точность, не являются достаточными или удовлетворительными для диагностирования или для определения риска развития AD у субъекта, в частности, ввиду того факта, что для одного биомаркера может изменяться уровень его экспрессии или его количество также и при других заболеваниях.
Напротив, множество биомаркеров согласно настоящему изобретению, а именно, биомаркер, представляющий собой, по меньшей мере, четыре из биомаркеров согласно настоящему изобретению, позволяет рано диагностировать AD, а также определить наличие тяжелой AD с высокой точностью и специфичностью.
Кроме того, следует отметить, что термины измерение, определение или диагностика включают этап физического измерения, физического определения или физической диагностики уровня или количества биомаркера AD. Таким образом, способ включает в себя этап измерения уровня или количества биомаркера AD известными способами, подходящими для измерения уровня или количества, и использование указанного измерения уровня или количества для определения или диагностики, соответственно.
В предпочтительном варианте осуществления биомаркеры определяются в форме их пептидов или белков. Однако, также можно измерить уровень или количество биомаркера AD на уровне нуклеиновой кислоты, например, на основании уровня или количества мРНК в биологическом образце.
Согласно настоящему изобретению, способ, раскрытый в настоящем описании, относится к способам in vitro и/или in vivo, соответственно. Предпочтительно, способы представляют собой способы in vitro, основанные на образцах, полученных от индивидов и предоставленных in vitro.
Изобретатели по настоящему изобретению имели целью продемонстрировать, что измерение и определение уровня или количества конкретного биомаркера AD, а именно, нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1) позволяет осуществить диагностику или предсказание риска развития AD, а также позволяет выполнить дифференцирование AD от другого типа деменции и определение поздних стадий AD.
В предпочтительном варианте осуществления производится измерение комбинации биомаркеров, идентифицированной ниже:
a) BDNF, IGF-1, VEGF и TGF-бета 1;
b) BDNF, IGF-1, VEGF, IL-18 и MCP-1;
c) BDNF, VEGF, TGF-бета 1, IL-18 и MCP-1;
d) IGF-1, VEGF, TGF-бета 1, IL-18, MCP-1.
Другой предпочтительный вариант осуществления включает следующие комбинации
e) BDNF, IGF-1, VEGF и MCP-1
f) BDNF, IGF-1, TGF-бета 1, MCP-1
g) BDNF, IGF-1, VEGF, TGF-бета 1, MCP-1.
В варианте осуществления настоящего изобретения способ включает в себя измерение уровня или количества всех биомаркеров, определенных в настоящем описании. Кроме того, также определяется уровень или количество гомоцистеина.
Как указано выше, признак биомаркера, а именно, уровень или количество биомаркера согласно настоящему изобретению, позволяет получить в среднем 96%-ю точность предсказания клинической болезни Альцгеймера. Это может использоваться для подтверждения того, что пациент с очевидными симптомами деменции отражается как AD, и это может, кроме того, использоваться для диагностирования у пациента с неясными синдромами или умеренным когнитивным нарушением того, что такой пациент имеет существенный или еще более высокий риск возникновения AD. По сравнению с уровнем техники в диагностировании AD, заявляемый в настоящей заявке биомаркер имеет существенные преимущества. Например, все биомаркеры присутствуют в крови. Они могут быть легко и надежно измерены в образцах крови или сыворотки с помощью стандартного оборудования и отсутствует необходимость в анализе ткани или цереброспинальной жидкости.
В варианте осуществления настоящего изобретения биологический образец выбирается из крови, ткани или жидкости организма. В предпочтительном варианте осуществления биологический образец представляет собой кровь, в частности, сыворотку крови.
Как указано выше, в варианте осуществления биомаркеры IL-18, и MCP-1, а также гомоцистеин, повышаются в образце пациентов с AD, в частности, на ранней стадии заболевания, как и в крови пациентов группы AD, по сравнению с уровнем или количеством указанного биомаркера в группе не имеющих заболевания людей, использованных в качестве контрольных объектов. При установившейся (тяжелой) AD повышаются биомаркеры IL-18 и VEGF.
Далее, BDNF, IGF-1, TGF-бета 1 и VEGF присутствуют в более низком количестве в образце пациентов группы AD, в частности, на ранней стадии заболевания, по сравнению с количеством в образце группы не имеющих заболевания людей. При установившейся (тяжелой) AD повышаются биомаркеры BDNF, IGF-1, TGF-бета 1 и MCP-1.
Таким образом, в то время как для одного биомаркера изменение количества или уровня по сравнению с контрольной группой или опорной группой находится в диапазоне до 70% в AD группе, комбинация биомаркеров, в соответствии с определенным в настоящем описании, а именно, определение изменения или альтерации уровня или количества, по меньшей мере, четырех биомаркеров позволяет повысить точность диагностики или определения риска развития AD до 90% или выше.
Например, BDNF снижается почти на 70% в крови AD пациентов относительно контрольных объектов. Цитокина демонстрирует высокую значимую взаимосвязь с возрастом.
В таблице 1 показаны биомаркерные белки и измеренное количество указанного белка в образцах сыворотки нормальной здоровой контрольной группы и группы пациентов с ранней болезнью Альцгеймера.
Таблица 1
| Биомаркерный белок | Нормальная здоровая контрольная группа | Группа пациентов с болезнью Альцгеймера | Повышение или снижение в AD |
| BNDF | 21,3 нг/мл | 2-10 нг/мл | снижение |
| IGF-1 | 70-200 нг/мл | 60 нг/мл | снижение |
| VEGF | 309 пг/мл | 210 пг/мл | снижение |
| TGF-бета1 | 370 пг/мл | 10-80 пг/мл | снижение |
| MCP-1 | 160 пг/мл | 400-700 пг/мл | повышение |
| IL-18 | 100-200 пг/мл | 320 пг/мл | повышение |
Измерение уровня или количества биомаркера согласно настоящему изобретению проводится известными способами. Например, в случае определения уровня или количества на белковом уровне, проводится иммунологический анализ, например, ELISA, RIA, радиоиммунодифузия, Вестерн-блоттинг, иммунодиффузия Оухтерлони, однонаправленная простая электроиммунодиффузия, иммуногистоокрашивание, анализ иммунопреципитации, анализ фиксации комплемента, FACS и анализ белковых чипов, а также анализ иммунофлуоресценции, мультплексный иммуноанализ, линейный анализ и дот-иммуноблоттинг.
В предпочтительном варианте осуществления проводится ELISA. Типичные примеры средств измерения для измерения уровня или количества биомаркера включают специфичные для белка антитела. Специфичные молекулярные антитела известны в технике или могут быть легко подготовлены на основании способов, описанных в технике. Измерение содержания белка означает измерение количества белков путем использования средств измерения, специфично связывающихся с белками, таких как антитело. Указанный способ измерения может быть задан как любой из способов, описанных выше. Как правило, указанный способ включает формирование комплекса антиген-антитело и определение комплекса известными способами.
Количественная мера формирования комплекса антиген-антитело может быть определена посредством измерения размера сигнала метки обнаружения или экспрессионной метки биомаркерного белка. Таким образом, антитело может быть помечено меткой обнаружения, известной в технике, включая, но не ограничиваясь указанным, группу из фермента, флуоресцентного маркера, лиганда, люминанта, микрочастицы, и окислительно-восстановительной молекулы. Примеры ферментов, подходящих в качестве меток обнаружения, включают, но не ограничены указанным, D-глюкозидазу, уреазу, пероксидазу, щелочную фосфатазу, ацетилхолинэстеразу, глюкозооксидазу, гексокиназу, ГДФазу, РНКазу, люциферазу, фосфофруктокиназу, фосфоенолпируваткарбоксилазу, аспартатаминотрансферазу и фосфоенолпируватдекарбоксилазу. Примеры маркеров флуоресценции включают, но не ограничены указанным, флуоресцинизотиоцианат, родамин, фикоэритрин, фикоцианин, аллофикоцианин и флуорескамин. Примеры лиганда включают, но не ограничены указанным, биотин, авидин, и производные биотина и авидина.
Как описано выше, в целях измерения уровней типов белков, выбранных из группы, состоящей из указанных белковых биомаркеров, настоящее изобретение предоставляет композицию, содержащую средство, специфичное для биомаркерных белков, такое как антитело, предпочтительно, в форме моноклонального антитела, рекомбинантного антитела или фрагмента антитела.
В варианте осуществления способ согласно настоящему изобретению включает в себя этап сравнения уровня или количества биомаркера AD, измеренного в указанном биологическом образце, с контрольным уровнем или количеством биомаркера. Контрольная метка представляет собой
a) среднюю метку, полученную из популяции, не пораженной AD; и/или
b) средний или медианный уровень для группы индивидов, включающей AD пациентов.
В частности, определяется, находится ли уровень или количество биомаркера выше или ниже, соответственно, порогового уровня.
Например, в таблицах 3 и 4 представлен пороговый уровень при измерении уровня или количества биомаркерного белка в образце крови, таком как образец сыворотки крови, в случае ранней диагностики (таблица 3).
Таблица 3
| Биомаркерный белок | Повышение или снижение в AD | Порог для патогенности в AD |
| BNDF | снижение | <10 нг/мл |
| IGF-1 | снижение | <60 нг/мл |
| VEGF | снижение | <250 пг/мл |
| TGF-бета1 | снижение | <300 пг/мл |
| MCP-1 | повышение | >300 пг/мл |
| IL-18 | повышение | >200 пг/мл |
Например, для BNDF, количество снижается по меньшей мере, на 50%, например, от 20 нг/мл в нормальной здоровой контрольной группе до около 10 нг/мл или ниже в группе пациентов с AD. Для IGF-1 изменение представляет собой снижение более чем на 40%, например, со значения выше 70 нг/мл до 60 нг/мл или ниже. Для VEGF снижение составляет около 18% или более, например от 309 пг/мл до 250 пг/мл или ниже. Для TGF-беты 1 снижение составляет, по меньшей мере, 20%, например, от 370 пг/мл до 300 пг/мл или ниже. Для MCP-1 повышение составляет 40% или больше, например, от 160 пг/мл до 300 пг/мл или больше. Для IL-18 повышение составляет, по меньшей мере, 15%, например до 200 пг/мл или больше. Далее, уровень или количество гомоцистеина могут быть определены с целью проверки или подтверждения результатов, полученных с использованием биомаркера в соответствии с определенным в настоящем описании.
Кроме того, в таблице 4 показан пороговый уровень для случая пациентов с тяжелой AD.
Таблица 4
| Биомаркерный белок | Повышение или снижение в AD | Порог для патогенности в AD |
| BNDF | снижение | <20 нг/мл |
| IGF-1 | снижение | <90 нг/мл |
| VEGF | повышение | >400 пг/мл |
| TGF-бета1 | снижение | <50 пг/мл |
| MCP-1 | снижение | <100 пг/мл |
| IL-18 | повышение | >300 пг/мл |
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к набору, содержащему средства обнаружения для, по меньшей мере, четырех из биомаркеров, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1) для применения в диагностировании или определении риска развития AD, а также для определения наличия тяжелой AD, необязательно, содержащему инструкции по применению набора в способе согласно способу согласно настоящему изобретению для диагностирования наличия или риска развития AD, а также для определения наличия тяжелой AD.
Набор по изобретению для обнаружения диагностических биомаркеров включает в себя антитела, специфичные для упомянутых выше белков, и может дополнительно содержать вторичное антитело, конъюгированное с меткой, например, фермент, полезный для хромогенной реакции с субстратом; раствор хромогенного субстрата для индуцирования хромогенной реакции с меткой; промывочный раствор; и раствор для остановки ферментной реакции. Он может также содержать подходящие микропланшеты, стандартные растворы и протоколы. Вместо вторичного антитела, конъюгированного с меткой, (первичные) антитела, специфичные для биомаркеров, описанных выше и ниже, могут сами быть конъюгированы с меткой.
Набор по изобретению для обнаружения диагностических биомаркеров может диагностировать болезнь Альцгеймера посредством количественного или качественного анализа антигена через реакцию связывания антиген-антитело, и реакция связывания антиген-антитело может быть измерена обычным способом, таким как ELISA (твердофазный иммуноферментный анализ) или сэндвич-анализ. Например, набор для обнаружения диагностических биомаркеров в соответствии с описанным выше или ниже может быть предоставлен таким образом, чтобы проводить ELISA для реагирования с белком рекомбинантного моноклонального антитела при использовании поверхности 96-луночного микротитрационного планшета, покрытой анализируемым веществом и контролем. В качестве рецептора для реакции связывания антиген-антитело может использоваться луночный планшет из поливиниловой или полистирольной смолы, нитроцеллюлозная мембрана или предметное стекло.
Стандартная метка для проведения хромогенной реакции, такая как HRP (пероксидаза хрена), щелочная фосфатаза, коллоидное золото, флуоресцентная метка, такая как флуоресцеин, FITC (поли- L-лизин-флуоресцеин изотиоционат) или RITC (родамин-B изоционат) или краситель может предпочтительно использоваться в качестве метки конъюгата вторичного антитела или в качестве метки конъюгата первичного антитела.
Субстрат, продуцирующий хромогенную реакцию, выбирается в зависимости от метки. Особенно предпочтительными субстратами являются субстраты, предназначенные для использования с пероксидазой, например, с пероксидазой хрена, и представляют собой, например, TMB (3,3',5,5'-тетраметилбензидин), ABTS (2,2'-азино-бис (3-этилбензотиозолин-6-сульфоновая кислота)), или OPD (o-фенилендиамин). Предпочтительно, хромогенный субстрат приготовляется в растворенном состоянии в буферном растворе (например, 0,1 М ацетат натрия, pH 5,5). HRP (пероксидаза хрена), используемая в качестве метки конъюгата антитела, расщепляет хромогенный субстрат, такой как TMB, с получением хромогенного осадка в присутствии перекиси водорода. Путем проверки степени осаждения хромогенного осадка невооруженным глазом, обнаруживают наличие или отсутствие белкового биомаркера. Цвет TMB измеряют при 450 нм, цвет ABTS - при 420 нм, и цвет OPD - при 492 нм. Раствор серной кислоты (H2SO4) может, предпочтительно, использоваться в качестве раствора для остановки фермента пероксидазы.
Альтернативно, может использоваться щелочная фосфатаза в качестве ферментной метки и PNPP (пара-нитрофенилфосфат) в качестве хромогенного субстрата. Желтый цвет нитрофенола может быть измерен при 405 нм. Данная реакция останавливается путем добавления гидроксида натрия.
Промывочный раствор, предпочтительно, содержит раствор фосфатного буфера, NaCI, и Tween 20, и, более предпочтительно, является буферным раствором, содержащим 0,02 М раствор фосфатного буфера, 0,13 M NaCI, и 0,05% Tween 20. После выполнения реакции связывания с формированием комплекса антиген-антитело, комплекс антиген-антитело реагирует с конъюгатом вторичного антитела, и затем промывается 3-6 раз путем добавления адекватного количества промывочного раствора в реакционное устройство.
Также рассматриваются другие способы определения количества биомаркеров, в частности, RIA (радиоиммуноанализ), Вестерн-блоттинг на полиакриламидном геле, иммуноблоттинг и иммуногистохимическое окрашивание. Наборы настраиваются для конкретного способа, который рассматривают для количественного определения биомаркеров, как хорошо известно в технике.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения количество биомаркерного белка измеряют посредством ELISA с пероксидазой хрена и хромогенным субстратом, выбранным из TMB, ABTS и OPD.
Как идентифицировано выше, средства обнаружения представляют собой, например антитела в случае определения уровня или количества биомаркера на белковом уровне. Альтернативно, средства обнаружения могут представлять собой молекулы нуклеиновой кислоты в случае обнаружения уровня или количества на уровне нуклеиновой кислоты.
Например, набор представляет собой ELISA или другой подходящий иммунологический анализ, известный человеку, являющемуся специалистом в данной области техники.
Кроме того, настоящее изобретение предоставляет комплект, содержащий средства для обнаружения, по меньшей мере, четырех из биомаркеров в соответствии с определенным в настоящем описании, например, обнаружения, по меньшей мере, пяти из указанных биомаркеров, в частности, по меньшей мере, шести из биомаркеров в соответствии с определенным в настоящем описании.
Набор или комплект согласно настоящему изобретению особенно полезны для выполнения способа согласно настоящему изобретению. В варианте осуществления набора или комплекта средства обнаружения представляют собой антитела, такие как моноклональные антитела, специфично связывающиеся с биомаркерами в соответствии с определенным в настоящем описании.
Например, набор согласно настоящему изобретению может представлять собой микротитрационный планшет.
Указанный микротитрационный планшет может позволить определить уровень или количество биомаркера вместе с определением уровня или количества положительного контроля, отрицательного контроля и/или порогового контроля. Следовательно, указанный комплект позволяет определить повышение или снижение указанного биомаркера, в частности повышение или снижение указанного биомаркера ниже или выше порогового уровня, таким образом, позволяя легко определить или диагностировать наличие или риск развития AD, а также определить наличие тяжелой AD на основании уровня или количества указанного биомаркера. На фигуре 1 представлена схема, показывающая подходящий микротитрационный планшет. Как показано, образцы пациентов 1-5 тестируются с помощью шести анализируемых веществ, а именно, анализируемых веществ 1-6, выбираемых из семи биомаркеров согласно настоящему изобретению. Кроме того, предоставляется положительный контроль, а также отрицательный контроль. Кроме того, для определения, является ли подходящим уровень или количество биомаркера в образце для обеспечения возможности определения или диагностики AD, предоставляется пороговый контроль. Следовательно, данный контроль в том же самом комплекте позволяет легко определить, являются ли измеренный уровень или количество биомаркера AD подходящими для диагностики или нет. Это особенно ценно для реализованного с помощью компьютера способа или системы.
Таким образом, настоящее изобретение относится, в другом аспекте, к применению in vitro по меньшей мере, четырех, например, пяти, например, шести или всех биомаркеров в соответствии с определенным в настоящем описании для применения в диагностике, оценке степени риска или контроле терапии болезни Альцгеймера посредством определения уровня или количества указанного биомаркера в биологическом образце человека и определения повышения или снижения указанных, по меньшей мере, четырех, например, по меньшей мере, пяти, например, шести или всех указанных биомаркеров по сравнению с контрольным уровнем или количеством указанного биомаркера, при этом контрольный уровень представляет собой средний уровень, полученный из популяции, не пораженной AD; и/или средний уровень для группы индивидов, включающей пациентов с AD, при этом пороговый уровень указанного индивидуального биомаркера используется для обеспечения возможности идентификации повышения или снижения, соответственно. В варианте осуществления настоящего изобретения пороговый уровень отражается подходящим пороговым контролем, присутствующим в качестве контроля в способе согласно настоящему изобретению, например, как описано в комплекте согласно настоящему изобретению.
Кроме того, настоящее изобретение относится к реализованному с помощью компьютера способу диагностирования или определения риска развития AD, включающему в себя этапы
a) получения данных измеренного уровня или количества, по меньшей мере, четырех из биомаркеров AD в соответствии с определенным в настоящем описании, а именно, полученного из тканей мозга нейротрофического фактора (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), в биологическом образце субъекта и, дополнительно, контрольных групп;
вычисление данных с этапа a) путем сравнения уровня или количества биомаркера в указанном образце с пороговым значением, полученным из базы данных или полученным как измеренный уровень или измеренное количество порогового контроля;
анализ и идентификация биомаркера, уровень или количество которого повышается или снижается выше или ниже порогового уровня.
Необязательно, способ также включает в себя этап представления результата для каждого биомаркера или, просто, положительного или отрицательного диагноза или оценки степени риска в блоке вывода, например, в форме представления с помощью цветов и выделения.
Например, анализ проводится посредством анализа главных компонент. Анализ может дополняться анализом погрешностей.
Наконец, настоящее изобретение относится к компьютерному носителю информации или компьютерному программному продукту, имеющему исполнимые компьютером инструкции для выполнения этапов способа согласно настоящему изобретению.
В некоторых вариантах осуществления сравнение измеренного значения и контрольного значения включает в себя вычисление кратности различия между измеренным значением и контрольным значением в целях обеспечения возможности идентификации, находится ли измеренное значение выше или ниже порогового уровня, соответственно.
Примеры
Пример 1: Количественный белковый анализ крови, собранной у пациентов с дегенеративным заболеванием мозга и у нормальных здоровых субъектов
Образцы крови пациентов с болезнью Альцгеймера и от контрольной группы здоровых человеческих субъектов были собраны с согласия пациентов и в соответствии с применимыми этическими руководствами.
Используется пробирка для отделения сыворотки, и образцу позволяют сворачиваться в течением 2 ч при комнатной температуре или в течение ночи при 4°C перед центрифугированием в течение 20 минут приблизительно при 1000g. Полученная свежая сыворотка сразу же анализировалась, или образцы хранились в аликвотах при температуре -20 или -80°C. Следует избегать повторных циклов замораживания/оттаивания.
ELISA (многослойная («сэндвич») ELISA для обнаружения антигена в образце) выполняется с применением антитела, специфичного для антигена собранных образцов следующего маркерного белка, BDNF, IGF-1, TGF-беты 1, VEGF, MCP-1 и IL-18.
Пример 2: ELISA для BDNF, IGF-1, TGF-беты 1, VEGF, IL-18 и MCP-1
Приготовляют 1,0 мл (на 1 пг/мл) стандартного растворителя в PBS, pH 7,4, каждого антигена. Полученные растворы хранятся в течение 10 минут при комнатной температуре и мягко встряхиваются.
Лунки, предварительно покрытые антителами для IL-18, TGF-беты 1, VEGF, BDNF, MCP-1, и IGF-1, соответственно, покупались у компаний B&D Biosciences, Bachem, Novagen, Invitrogen или GenScript, или у других компаний.
100 мкл каждого из разбавлений 1:1, 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32 и 1:64 указанного выше 1 г/мл стандартных растворов антигена подготавливают и добавляют к одной из лунок каждый (7 лунок). 8-ую лунку оставляю пустой. Лунки запечатывают приспособлением для заклеивания планшетов и культивируют в течение 2 ч при комнатной температуре при непрерывном перемешивании (700 об/мин). После инкубации планшет подвергают аспирации, промывают три раза 400 мкл промывочного раствора, и снова подвергают аспирации. Затем 100 мкл соответствующего анти-HRP-конъюгированного антитела добавляют к каждой лунке планшета и культивируют в течение 2 ч при комнатной температуре с перемешиванием на 700 об/мин. Содержимое каждой лунки подвергается аспирации. Планшет снова промывают три раза до добавления 200 мкл субстратного раствора OPD (o-фенилендиамина дихлоргидрат). Субстратный раствор OPD приготовляют путем добавления двух 10 мг таблеток OPD к входящему в комплект растворителю OPD, после чего добавляется 50 мкл 3%-ого H2O2. Планшет затем культивируют в течение 20-25 минут в темноте, пока проявляется цвет. Проявление цвета останавливают путем добавления 100 мкл раствора для остановки (3 N серная кислота). Планшет считывают в считывающем устройстве для микропланшетов на 492 нм.
Вместо OPD, ABTS (2,2'-азино-бис (3-этилбензотиазолин-6-сульфоновая кислота)), TMB (3,3',5,5'-тетраметилбензидин) или DAB (3,3'-диаминобензидин) может использоваться в качестве хромогенных субстратов.
Альтернативно, может использоваться щелочная фосфатаза в качестве фермента и PNPP (пара-нитрофенилфосат). Желтый цвет нитрофенола может быть измерен при 405 нм после 15 минут при комнатной температуре. Эту реакцию останавливают путем добавления равного объема 0,75 М NaOH.
Калибровочную кривую создают из стандартов на планшете, и она используется для вычисления концентрации указанных антигенов в образцах.
Пример 3: Тестируемые образцы от пациентов с болезнью Альцгеймера и нормальных здоровых субъектов.
На 96-луночные планшеты для иммунологического анализа с высоким уровнем связывания Stripwell (Corning Life Sciences, NY, или BD Bioscience) предварительно нанесены антитела IL-18, TGF-бета 1, VEGF, BDNF, MCP-1 и IGF-1 в концентрации 10 пг/мл (20 мкл разбавленного 1:100 раствора специфичных антител, закупленных у B&D Biosciences, Genscript, Invitrogen, Genzyme, IBL international, Innogenetics или Calbiochem), и они блокированы. 100 мкл образцов плазмы, разбавленных PBS в отношении 1:1, 1:2, 1:4, 1:8, 1:16; и 1:64 добавляют к каждой лунке с предварительно нанесенными антителами. Пластины культивируют при комнатной температуре в течение 2 ч с вращением на 700 об/мин. Лунки блокируют 3%-м бычьим сывороточным альбумином в PBS в течение ночи при 4°C. После трех промывок PBS/0,1% Tween 20, 100 мкл специфичных антител BDNF, IGF-1, TGF-бета 1, VEGF, IL-18 и MCP-1 наносят в каждую лунку и культивируют в течение ночи при 4°C. Добавляют 50 мкл HRP-связанного вторичного антитела, которое является специфичным для первичного антитела, и культивируют при комнатной температуре в течение 2 ч с вращением на 700 об/мин. Планшет промывают три раза 0,1 М PBS (гидрокарбонатно-натриевый буфер, Sigma, pH 9,6) с целью удаления несвязанных конъюгатов антитела-фермента. Добавляют 100 мкл TMB (3,3',5,5'-тетраметилбензидин), который преобразуется ферментом в желтый цвет в присутствии 3%-ого раствора H2O2 в метаноле. Реакцию останавливают путем добавления 100 мкл 3 N серной кислоты. Поглощающую способность лунок планшета измеряют при 450 нм с целью определения наличия и количества антигена. Корреляция поглощающей способности и концентрации представляет собой калибровочные (опорные) кривые для тестируемых образцов.
Таблица 5: показаны комбинации биомаркеров в соответствии с определенным в настоящем описании, при этом нумерация выполнена следующим образом: 1=BDNF, 2=IGF-1, 3=VEGF, 4=TGF-бета 1, 5=MCP-1, 6=IL-18
| Символ | Комбинация анализируемых веществ |
| A | 1 & 2 |
| B | 1 & 3 |
| C | 1 & 4 |
| D | 1 & 5 |
| E | 1 & 6 |
| F | 2 & 3 |
| G | 2 & 4 |
| H | 2 & 5 |
| I | 2 && |
| J | 1 & 2 & 3 |
| K | 1 & 2 &4 |
| L | 1 & 2 & 5 |
| М | 1 & 2 & 6 |
| N | 1 & 2 & 3 & 5 |
| O | 1 & 2 & 4 & 5 |
| P | 1 & 2 & 3 & 4 & 5 |
Пример 4: Определение гомоцистеина
Гомоцистеин измеряют посредством жидкостной хроматографии высокого разрешения (HPLC) с обнаружением флуоресценции после процедуры в соответствии с работой Araki A. and Sako Y., J. Chromatogr.422:43-52, 1987.
Результаты:
На фигуре 2 показана уместность комбинирования по меньшей мере, 4 из 6 биомаркеров в соответствии с определенным в настоящем описании в отношении специфичности. Как продемонстрировано, специфичность, составляющую, по меньшей мере, 90%, получают только при комбинировании, по меньшей мере, 4 маркеров, которые, однако, являются достаточными для получения специфичности, составляющей, по меньшей мере, 90%.
1. Способ для диагностирования или предсказания риска развития болезни Альцгеймера (AD) у субъекта, включающий в себя
a) измерение уровня или количества биомаркера AD, где биомаркер находится в форме белка или пептида, в биологическом образце субъекта и
b) определение или диагностирование наличия или риска развития AD с высокой специфичностью на основании уровня или количества указанного биомаркера,
при этом биомаркер AD представляет собой по меньшей мере пять биомаркеров, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлейкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), и при этом повышение IL-18 и MCP-1 и снижение BDNF, IGF-1, VEGF и TGF-бета 1 в сравнении с контрольным уровнем или количеством указанного биомаркера указывает на наличие или риск развития AD.
2. Способ для определения состояния болезни Альцгеймера (AD) у субъекта, включающий в себя
a) измерение уровня или количества биомаркера AD в биологическом образце субъекта, где биомаркер находится в форме белка или пептида; и
b) определение наличия или состояния AD с высокой специфичностью на основании уровня или количества указанного биомаркера,
при этом биомаркер AD представляет собой по меньшей мере пять биомаркеров, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлeйкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), и при этом повышение IL-18 и VEGF и снижение BDNF, IGF-1, MCP-1 и TGF-бета 1 в сравнении с контрольным уровнем или количеством указанного биомаркера указывает на наличие тяжелой AD.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором производят измерение уровня или количества всех биомаркеров по п. 1.
4. Способ по п. 1 или 2, в котором производят измерение комбинаций биомаркеров
a) BDNF, IGF-1, VEGF, IL-18 и MCP-1;
b) BDNF, VEGF, TGF-бета 1, IL-18 и MCP-1;
c) IGF-1, VEGF, TGF-бета 1, IL-18, MCP-1 или
d) BDNF, IGF-1, VEGF, TGF-бета 1, MCP-1.
5. Способ по п. 1 или 2, в котором специфичность диагностирования или предсказания риска AD, а также определения наличия тяжелой AD имеет точность, составляющую по меньшей мере 90%.
6. Способ по п. 1 или 2, в котором биологический образец выбирают из ткани или жидкости организма, содержащей кровь, предпочтительно выбранную из периферической крови, и/или где измерение выполняют с применением иммунологического анализа.
7. Способ по п. 1 или 2, в котором уровень или количество биомаркера AD в указанном образце сравнивают с контрольным уровнем или количеством указанного биомаркера, при этом указанный контрольный уровень представляет собой
a) средний уровень, полученный из популяции, которая не поражена AD; и/или
b) средний или медианный уровень из группы индивидов, включающей пациентов с AD,
при этом уровень или количество указанного биомаркера, находящийся выше или ниже предварительно заданного относительного или абсолютного порогового уровня или количества соответственно, указывает на наличие или риск развития AD или на наличие тяжелой AD.
8. Применение набора, содержащего средства обнаружения для по меньшей мере пяти из биомаркеров, выбранных из нейротрофического фактора из тканей мозга (BDNF), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1), фактора роста опухоли бета-1 (TGF-бета 1), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), интерлейкина 18 (IL-18) и моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1), в диагностировании или определении риска развития AD или для определения наличия тяжелой AD у субъекта, где набор, необязательно, содержит инструкции по применению набора в способе по любому из пп. 1-7 для диагностирования наличия или риска развития AD, а также для определения наличия тяжелой AD.
9. Применение по п. 8, где набор применяется в способе по любому из пп. 1-7.
10. Применение по п. 8 или 9, где указанные средства обнаружения представляют собой антитела, предпочтительно моноклональные антитела, направленные специфично на биомаркер AD по п. 1.
11. Применение комплекта, содержащего средства для обнаружения по меньшей мере пяти из биомаркеров по п. 1, в способе по любому из пп. 1-7.
12. Применение по п. 11, где указанные средства обнаружения представляют собой антитела, предпочтительно моноклональные антитела, направленные специфично на биомаркер AD по п. 1.
13. Применение in vitro комбинации из по меньшей мере пяти биомаркеров AD по п. 1 в диагностике, оценке степени риска или контроле терапии AD посредством определения уровня или количества указанного биомаркера в биологическом образце человека и определения повышения или снижения по меньшей мере пяти указанных биомаркеров по сравнению с контрольным уровнем или количеством указанного биомаркера AD, при этом контрольный уровень представляет собой
a) средний уровень, полученный из популяции, которая не поражена AD; и/или
b) средний или медианный уровень из группы индивидов, включающей пациентов с AD,
при этом уровень или количество указанного биомаркера, находящиеся выше или ниже предварительно заданного относительного или абсолютного порогового уровня или количества соответственно, указывает на наличие или риск развития AD или на наличие тяжелой AD.
