AUF DEM WEG ZU EINER PERSONALISIERTEN MEDIZIN Der Proximity Extension Assay (PEA) in der Biomarker-Forschung Die Erforschung und Validierung von zuverlässigen Biomarkern zählt zu den großen Herausforderungen einer modernen Präzisions- oder individualisierten Medizin. Wurde in der Vergangenheit die personalisierte Medizin meist mit der Betrachtung des molekulargenetischen Profils einer Erkrankung gleichgesetzt, rückt inzwischen zunehmend das Proteom in das Zentrum des Interesses. Am 17. Januar 2018 fand im Rahmen des Symposiums „Biomarker der kardiorenalen Achse“ das Satellitensymposium „Getting to the heart of the matter – targeted protein biomarker discovery for the advancement of precision medicine in cardiology and nephrology“ in Würzburg statt. In acht Vorträgen präsentierten international renommierte Experten neueste Erkenntnisse aus der Proteomik und diskutierten über die zukunftsweisenden Aspekte innovativer hochsensitiver Multiplex-Proteomics-Analyseverfahren in der Biomarkerforschung bei Nieren- und Herzerkrankungen. EDUCATION Jeden Menschen aufgrund seines proteinbiochemischen und molekularbiologischen Profils individuell und optimal zu behandeln, ist die Idee der personalisierten Medizin. Ziel ist es, die medizinische Versorgung der betroffenen Pa tienten und Patientengruppen individueller zu gestalten als bisher, Krankheiten wirksam vorzubeugen, individuelle Risikoprofile zu erstellen und innovative auf den Patienten abgestimmte Therapien zu entwickeln, wie Prof. Wolfgang König aus dem Deutschen Herzzentrum München erläuterte. Da Organe wie Niere und Herz überwiegend aus Proteinen aufgebaut sind und nahezu alle Lebensvorgänge auch über Proteine reguliert werden, gehen Erkrankungen immer auch mit Veränderungen in der Proteinzusammensetzung einher. Protei ne sind darüber hinaus wichtige Zielstrukturen für pharmakologische Interventionen. Im Gegensatz zum Genom, das im Wesentlichen statisch vorliegt, ist das Proteom in Abhängigkeit vom aktuellen biologischen Zustand in hohem Ausmaß dynamisch. Somit erhofft man sich, über eine Analyse der krankheitsspezifischen Veränderungen des Proteoms, Erkrankungen im Frühstadium zu erkennen. Dies würde eine individuelle Intervention ermöglichen, im Idealfall bereits zu einem Zeitpunkt, an dem noch keine irreversiblen Strukturschäden aufgetreten sind. Der Proximity Extension Assay (PEA) Die von dem schwedischen Biotechnologieunternehmen Olink Proteomics entwickelte Proximity Extension Assay (PEA)-Technologie ist ein innovatives Multiplex-Hochdurchsatzverfahren zur Proteinanalyse. In nur einem Mikroliter Serum, Plasma Extensive protein library oder fast jeder anderen biologischen Probe können 92 Biomarker in 96 Proben simultan gemessen werden. Das Besondere an diesem hochsensitiven PCR-basierten Immunoassay ist: An ein Zielprotein müssen zur Identifikation immer zwei spezifische Antikörper an einem Protein binden (vergleichbar 62
AUF DEM WEG ZU EINER PERSONALISIERTEN MEDIZIN mit einem ELISA), die mit unikalen partiell komplementären Oligonukleotiden verbunden sind. Die innovative DNA-gekoppelte Doppelerkennung sorgt für eine außerordentlich hohe Auslese-Spezifität und verhindert die Messung von unspezifischen Bindungen und Kreuzreaktivität. Dadurch können mit dieser Technologie viele Proben in einem Panel parallel analysiert werden, ohne Abstriche bei der Prozess- und Ergebnisqualität in Kauf nehmen zu müssen. Die Liste der messbaren Biomarker umfasst mittlerweile 981 Proteine, die von Olink in zwölf klinisch/biologisch orientierten Panels zusammengefasst wurden. PEA und konventionelle Immunoassays Aktuelle Leitlinien empfehlen bei Patienten mit Vorhofflimmern nach wie vor den, sich ausschließlich an klinischen Kriterien orientierenden, CHA2DS2-Vasc-Score zur Risikoabschätzung von zerebralen Insulten als Basis für die Entscheidung für oder gegen eine orale Antikoagulation. Hijazi et al. [1] konnten jedoch bereits 2016 zeigen, wie Prof. Agneta Siegbahn von der Uppsala Universität in Schweden ausführte, dass die prognostische Aussagekraft eines Scores deutlich zunimmt, wenn man neben den klinischen Parametern auch die Bestimmung von Biomarkern wie das N-terminale Fragment des B-Typ natriuretischen Peptids (NTproBNP) sowie die kardialen Troponine (cTnI-hs, cTnT-hs) in die Risikobewertung miteinbezieht. Basierend auf ihren Daten entwickelte die internationale Forschergruppe um Hijazi einen alternativen Risikoscore, der zusätzlich zu den Angaben zu Alter und „Schlaganfall/TIA in der Anamnese“ auch die Bestimmung von Troponin und NT-proBNP vorsieht. Die Kohorte, die zur internen Validierung des neuen ABC-Scores (Age, Biomarkers, Clinical history) eingesetzt wurde, bestand aus Patienten PEA: exceptional specificity der ARISTOTLE-Studie, in der das orale Antikoagulans Apixaban mit dem Vitamin-K-Antagonisten Warfarin verglichen worden war [2]. Der ABC- Score erwies sich im direkten Vergleich mit dem CHA2DS2VASc nicht nur als überlegen, er war auch leichter zu bestimmen. Siegbahn et al. gingen in Hintergrundstudien, u.a. in den Kohorten der ARIS- TOTLE-, PLATO- und STABILYTY-Studien, der Frage nach, ob sich das PEA-Verfahren grundsätzlich als neues Tool für ein Biomarkerscreening bei komplexen pathophysiologischen Fragestellungen in klinischen Studien eignet. Sie konnten zeigen, dass PEA-Analysen die Konzentrationen der in Multiplexverfahren gemessenen Biomarker im Vergleich mit konventionellen Immunoassays ebenso verlässlich wiedergeben. Die mittels PEA ermittelnden Biomarker-Spiegel ermöglichen vergleichbare Aussagen bezogen auf das Outcome (kardiovaskulärer Tod) wie der derzeitige Goldstandard [2]. Direkte und indirekte Proteomanalysen Das menschliche Plasmaproteom ist das für die medizinische Forschung wohl interessanteste Pro- EDUCATION 63
