Gromadzenie się beta-amyloidu (Aβ) w postaci tzw. blaszek i białka tau w postaci splątków neurofibrylarnych to cechy charakterystyczne choroby Alzheimera. Procesy te rozpoczynają się na długo przed pierwszymi objawami otępienia. Późniejsze rozprzestrzenianie się tych zmian wiąże się z postępującą neurodegeneracją i pogorszeniem funkcji poznawczych (1). Aby zmaksymalizować korzyści płynące z rozpoczęcia leczenia w czasie tzw. okna terapeutycznego, co mogłoby pozwolić na spowolnienie degeneracji neuronów i zapobiec spadkowi funkcji poznawczych, badania kliniczne w chorobie Alzheimera zmierzają w kierunku rekrutacji osób bez objawów demencji, w tym osób z prawidłowymi funkcjami poznawczymi, ale z nieprawidłowym nagromadzeniem Aβ w mózgu (2). Włączenie do badań klinicznych uczestników we wczesnych stadiach choroby umożliwiają przyżyciowe biomarkery patologii amyloidu.

Biomarkery wykrywane w badaniach obrazowych PET (pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa) i płynie mózgowo-rdzeniowym (PMR) okazały się cenne w diagnostyce choroby Alzheimera ​​w całym jej kontinuum (3). Jednak wysokie koszty i ograniczona dostępność PET, a także inwazyjny charakter zarówno badania PET, jak i zabiegu pobrania płynu mózgowo-rdzeniowego sprawiają, że metody te nie zawsze mogą być stosowane w badaniach przesiewowych na dużą skalę, które są niezbędne do rekrutacji do badań klinicznych (4, 5, 6). Proces ten usprawniłoby alternatywne wstępne badanie przesiewowe przy użyciu mniej inwazyjnych i mniej kosztownych testów opartych na badaniach krwi. Ostatnie badania przeprowadzone przez De Meyer i wsp. (7) porównują dostępne metody analizy beta-amyloidu w osoczu. Wyniki tych badań wykazały, że testy EUROIMMUN ELISA i SIMOA (macierz jednocząsteczkowa, ang. single-molecule array) wykrywają w osoczu nagromadzenie amyloidu z równoważną dokładnością.

Cechy charakterystyczne choroby Alzheimera

Choroba Alzheimera jest najczęstszą przyczyną otępienia u osób starszych i występuje w prawie 70% wszystkich przypadków otępienia. Stowarzyszenie Alzheimerowskie (The Alzheimer’s Association) szacuje, że 5,8 miliona Amerykanów w wieku 65 lat i starszych cierpi na chorobę Alzheimera lub inny rodzaj demencji, a przewiduje się, że liczba ta wzrośnie czterokrotnie do 2050 roku (8). Neuropatologiczne cechy charakterystyczne choroby Alzheimera obejmują akumulację blaszek beta-amyloidu (Aβ) i splątków neurofibrylarnych białka tau wraz z innymi zmianami w parenchymie mózgu (9, 10).

Postawiono hipotezę, że te zmiany neuropatologiczne w chorobie Alzheimera rozpoczynają się około 20 lat przed pojawieniem się zaburzeń poznawczych (11, 12). Obecnie złotym standardem do ostatecznego wykrywania patologii beta-amyloidu w mózgu pacjenta jest pośmiertne badanie patomorfologiczne (5). Dlatego tak istotne było opracowanie przyżyciowych biomarkerów, które byłyby silnymi wskaźnikami patologicznych złogów beta-amyloidu. Obecnie prawdopodobna diagnoza choroby Alzheimera jest zazwyczaj oparta na ocenie klinicznej, analizie charakterystycznych biomarkerów w płynie mózgowo-rdzeniowym (PMR) i wynikach badań obrazowych (9, 13).

Rycina 1. Według Mattssona-Carlgrena i wsp. 2020 (14) zmiany dotyczące stężenia Aβ są najwcześniej wykrywalnym biomarkerem dostarczającym pewnych informacji jeszcze przed wystąpieniem pierwszych objawów choroby Alzheimera lub otępienia. Niedługo potem obserwowane są zmiany dotyczące beta-amyloidu w badaniu PET. Dysfunkcję poziomu białka tau (w tym p-tau i całkowitego białka tau wykrywanych w PMR) obserwuje się później w porównaniu z biomarkerami beta-amyloidu. Czas występowania różnych stadiów choroby Alzheimera (na osi x) może różnić się u pacjentów, najprawdopodobniej ze względu na czynniki środowiskowe i manifestację charakterystycznych cech choroby. Grafika na podstawie: Mattsson-Carlgren i wsp. (14).

Porównanie technologii ELISA i SIMOA

De Meyer i wsp. (7) przeprowadzili prospektywne, przekrojowe badanie w celu porównania efektywności komercyjnie dostępnych zestawów ELISA (EUROIMMUN) z prototypowym testem SIMOA Amyblood (ADx Neurosciences i UMC Amsterdam) do pomiaru w osoczu stosunku beta-amyloidu Aβ1-42/Aβ1-40 w celu wykrywania wczesnego nagromadzenia złogów beta-amyloidu w kohorcie osób starszych bez demencji. Badanie to objęło 161 uczestników bez zaburzeń funkcji poznawczych (cognitively normal, CN) i 38 pacjentów z amnestycznymi łagodnymi zaburzeniami poznawczymi (amnestic mild cognitive impairment, aMCI) (łącznie n = 199 pacjentów bez objawów otępienia), bez większych różnic w wieku lub płci.

Wyniki badań porównawczych wykazały brak różnic pomiędzy zmierzonym testem ELISA stosunkiem Aβ1-42/Aβ1-40 a wynikami uzyskanymi z platformy SIMOA w całej badanej populacji (p = 0,85, ryc. 2). Dodatkowo porównywalne pomiędzy techniką ELISA i metodą SIMOA wyniki zaobserwowano pod względem czułości, swoistości czy pozytywnej i negatywnej wartości predykcyjnej. W przypadku badania beta-amyloidu w osoczu wyższa ujemna wartość predykcyjna ma ogromne znaczenie dla zmniejszenia liczby pacjentów poddawanych droższym i/lub inwazyjnym testom potwierdzającym. Ujemne wartości predykcyjne dla obu metod wyniosły ≥ 88%. Ponadto dokładność podstawowego modelu demograficznego z wiekiem i statusem genu apolipoproteiny E (APOE) poprawiła się dzięki włączeniu stosunku Aβ1-42/Aβ1-40 w osoczu, w celu wykrycia dodatniego wyniku dla beta-amyloidu w badaniu PET w całej populacji. Podobne wyniki zaobserwowano również, gdy mierzono stosunek Aβ1-42 do całkowitego białka tau w osoczu przy użyciu którejkolwiek z metod (ryc. 2).

W badaniu tym określono również dla obu metod korelację między wynikami biomarkerów w osoczu i beta-amyloidu w badaniu PET. Zarówno metoda ELISA, jak i SIMOA wykazały odwrotną zależność między wiązaniem Aβ1-42/Aβ1-40 w osoczu a amyloidem-PET. Gdy stosunek Aβ1-42/Aβ1-40 w osoczu zmniejszał się, wiązanie amyloidu-PET rosło. W mniejszej podgrupie pacjentów (n = 56) obniżone poziomy Aβ1-42/Aβ1-40 w osoczu w teście ELISA pokrywały się ze zmniejszonym stosunkiem Aβ1-42/całkowite biało tau w PMR we wszystkich kohortach, z wyjątkiem podgrupy bez zaburzeń funkcji poznawczych (CN). Korelacje te były bardziej wyraźne w przypadku technologii ELISA EUROIMMUN w porównaniu z SIMOA.

Rycina 2. Krzywa ROC dla Aβ1-42/Aβ1-40 w osoczu (A) i Aβ1-42/białko tau w osoczu (B) w celu wykrycia zmian beta-amyloidu w mózgu w całej badanej populacji (n = 199). Wydajność testu ELISA nie różniła się od wydajności platformy SIMOA. Obraz pochodzi bezpośrednio z pracy De Meyer i wsp. (7), oryginalnym wydawcą jest Alzheimer’s Research & Therapy i Springer Nature. Ten artykuł jest objęty licencją Creative Commons Attribution 4.0 International License. Licencja praw autorskich, która zezwala na używanie, udostępnianie, adaptację, dystrybucję i powielanie znajduje się pod adresem: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Badania krwi w badaniach klinicznych w chorobie Alzheimera

W prezentowanym badaniu testy EUROIMMUN ELISA i SIMOA Amyblood wykazały porównywalne wyniki w identyfikacji osób starszych bez demencji z potwierdzonym PET nagromadzeniem beta-amyloidu za pomocą pomiaru Aβ1-42/Aβ1-40 w osoczu. Systemy ELISA i SIMOA mają potencjał do znacznego zmniejszenia liczby skanów amyloidu-PET potrzebnych do rekrutacji uczestników badań klinicznych. Co ciekawe, wskaźniki redukcji liczby skanów amyloidu-PET są nieco wyższe w przypadku testów ELISA w porównaniu z SIMOA dla Aβ1-42/Aβ1-40 w osoczu (63% w porównaniu z 58%). Prezentowane dane wskazują, że test SIMOA Amyblood nie wnosi dodatkowych korzyści w porównaniu z komercyjnie dostępnymi testami ELISA firmy EUROIMMUN do pomiaru beta-amyloidu w osoczu (do badań naukowych).

Obecnie testy ELISA są znacznie szerzej dostępne i lepiej poznane niż technologia SIMOA. Ponadto EUROIMMUN oferuje szeroką gamę testów ELISA do oceny różnych biomarkerów w chorobie Alzheimera, zarówno w osoczu (do badań naukowych), jak i PMR. Podsumowując, badanie to dowodzi, że skuteczność kliniczna testów ELISA w diagnostyce choroby Alzheimera uległa poprawie i można je uznać za porównywalne z bardzo czułą metodą SIMOA. Obie metody wykazują identyczną skuteczność w wykrywaniu złogów beta-amyloidu w mózgu poprzez pomiar biomarkerów w osoczu i byłyby cennymi narzędziami w warunkach badań klinicznych.

Autorzy: dr Aya Elhage i dr Iswariya Venkataraman
Tłumaczenie: Katarzyna Buska-Mach
Źródło: https://euroimmunus.blog/?p=592

Piśmiennictwo

1. Serrano-Pozo A., Frosch M.P., Masliah E., Hyman B.T. Neuropathological alterations in Alzheimer disease. Cold Spring Harb Perspect Med. 2011; 1:a006189.
2. Cummings J., Lee G., Ritter A., Sabbagh M., Zhong K. Alzheimer’s disease drug development pipeline: 2019. Alzheimers Dement. 2019; 5: 272–93.
3. McKhann Guy M. et al. The diagnosis of dementia due to Alzheimer’s disease: recommendations from the National Institute on Aging‐Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement. 2011; 7.3: 263–269.
4. Blennow K., Hampel H., Weiner M., Zetterberg H. Cerebrospinal fluid and plasma biomarkers in Alzheimer disease. Nat Rev Neurol. 2010; 6: 131–44.
5. Barthel H., Sabri O. Clinical use and utility of amyloid imaging. J Nucl Med. 2017; 58: 1711–7.
6. Saint-Aubert L., Lemoine L., Chiotis K., Leuzy A., Rodriguez-Vieitez E., Nordberg A. Tau PET imaging: present and future directions. Mol Neurodegener. 2017; 12: 19.
7. De Meyer S., Schaeverbeke J.M., Verberk I.M.W. et al. Comparison of ELISA- and SIMOA-based quantification of plasma Aβ ratios for early detection of cerebral amyloidosis. Alzheimers Res Ther. 2020; 12 (1): 162.
8. Alzheimer’s Disease Facts and Figures. 2020. https://www.alz.org/alzheimers-dementia/facts-figures (dostęp: 01.09.2021).
9. Khoonsari P.E., Shevchenko G., Herman S. et al. Improved Differential Diagnosis of Alzheimer’s Disease by Integrating ELISA and Mass Spectrometry-Based Cerebrospinal Fluid Biomarkers. J Alzheimers Dis. 2019; 67 (2): 639–651.
10. Serrano-Pozo A., Frosch M.P., Masliah E., Hyman B.T. Neuropathological alterations in Alzheimer disease. Cold Spring Harb Perspect Med. 2011; 1 (1): a006189-a006189.
11. Jack C.R., Jr., Knopman D.S., Jagust W.J. et al. Tracking pathophysiological processes in Alzheimer’s disease: an updated hypothetical model of dynamic biomarkers. Lancet Neurol. 2013; 12 (2): 207–216.
12. Sutphen C.L., Fagan A.M., Holtzman D.M. Progress update: fluid and imaging biomarkers in Alzheimer’s disease. Biol Psychiatry 2014; 75 (7): 520–526.
13. Fagan A.M., Roe C.M., Xiong C., Mintun M.A., Morris J.C., Holtzman D.M. Cerebrospinal Fluid tau/β-Amyloid42 Ratio as a Prediction of Cognitive Decline in Nondemented Older Adults. Arch Neurol. 2007; 64 (3): 343–349.
14. Mattsson-Carlgren N., Andersson E., Janelidze S. et al. Aβ deposition is associated with increases in soluble and phosphorylated tau that precede a positive Tau PET in Alzheimer’s disease. Sci Adv. 2020; 6 (16): eaaz2387-eaaz2387.