در زمینه های زیست پزشکی، یک نشانگر زیستی یا نشانگر بیولوژیکی یک شاخص قابل اندازه گیری از برخی وضعیت ها یا شرایط بیولوژیکی است. نشانگرهای زیستی اغلب با استفاده از خون، ادرار یا بافت نرم اندازه‌گیری و ارزیابی می‌شوند تا فرآیندهای بیولوژیکی طبیعی، فرآیندهای بیماری‌زا یا پاسخ‌های دارویی به یک مداخله درمانی را بررسی کنند. نشانگرهای زیستی در بسیاری از زمینه های علمی مورد استفاده قرار می گیرند. نشانگرهای زیستی دیجیتال حوزه جدیدی از نشانگرهای زیستی هستند که عمدتاً توسط بیوسنسورهای هوشمند جمع‌آوری می‌شوند. تاکنون، نشانگرهای زیستی دیجیتال بر نظارت بر پارامترهای حیاتی مانند ضربان قلب و همچنین گفتار تمرکز کرده‌اند. بیومارکرهای دیجیتال را می توان به راحتی با پزشک مسئول به اشتراک گذاشت و روش های تشخیصی جدید را می توان با استفاده از هوش مصنوعی توسعه داد. بیومارکرها قابل اندازه گیری هستند و احساس و عملکرد یک فرد را تعریف نمی کنند. نشانگر زیستی می تواند ماده ای باشد که به عنوان وسیله ای برای بررسی عملکرد اندام یا سایر جنبه های سلامتی به موجود زنده وارد می شود. این می تواند ماده ای باشد که تشخیص آن نشان دهنده یک وضعیت بیماری خاص باشد. برای مثال، وجود آنتی بادی ممکن است نشان دهنده عفونت باشد. به طور خاص، یک نشانگر زیستی نشان دهنده تغییر در بیان یا وضعیت یک پروتئین است که با خطر یا پیشرفت یک بیماری یا با حساسیت بیماری به یک درمان معین مرتبط است. نشانگرهای زیستی ویژگی‌های بیولوژیکی مشخصه‌ای هستند که می‌توانند در قسمت‌هایی از بدن مانند خون یا بافت شناسایی و اندازه‌گیری شوند. آن ها ممکن است نشان دهنده فرآیندهای طبیعی یا بیماری در بدن باشند. بیومارکرها می توانند سلول ها، مولکول ها، ژن ها، محصولات ژنی، آنزیم ها یا هورمون های خاص باشند. عملکردهای پیچیده اندام یا تغییرات مشخصه کلی در ساختارهای بیولوژیکی نیز می توانند به عنوان نشانگرهای زیستی عمل کنند. اگرچه اصطلاح نشانگر زیستی نسبتاً جدید است، نشانگرهای زیستی در تحقیقات پیش بالینی و تشخیص بالینی برای مدت زمان قابل توجهی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. بیومارکرهای مرتبط با بیماری به قدمت پزشکی آزمایشگاهی بالینی هستند. نمونه های اولیه شامل گلوکز خون برای تشخیص و مدیریت دیابت و کلسترول برای تجزیه و تحلیل خطر قلبی-عروقی است. شتاب اخیر فعالیت های نشانگرهای زیستی به دلیل در دسترس بودن اطلاعات ژنتیکی جدید و فناوری های ژنومی ایجاد شده است. یکی دیگر از محرک های این امر نیاز به تشخیص های افتراقی بهتر است زیرا تعداد درمان های هدفمند به ویژه در زمینه سرطان شناسی افزایش یافته است. نشانگرهای زیستی به ویژه برای شناسایی بهترین تناسب برای نیاز فردی برای درمان های مورد نظر مورد نیاز هستند.
 


بیومارکرهای مرتبط با بیماری و دارو

همانطور که قبلا ذکر شد، لازم است بین بیومارکرهای مرتبط با بیماری و مرتبط با دارو تمایز قائل شد. نشانگرهای زیستی مرتبط با بیماری، نشانه‌ای از تأثیر احتمالی یک درمان بر روی بیمار (شاخص خطر یا نشانگرهای زیستی پیش‌بینی‌کننده)، وجود بیماری از قبل (بیومارکر تشخیصی)، یا چگونگی ایجاد چنین بیماری در یک مورد خاص را نشان می‌دهند. نشانگرهای زیستی پیش‌بینی‌کننده به ارزیابی محتمل‌ترین پاسخ به نوع خاصی از درمان (مانند پزشکی احیاکننده)کمک می‌کنند. در مقابل، نشانگرهای زیستی مرتبط با دارو نشان می‌دهند که آیا دارو در یک بیمار خاص مؤثر و/یا بی‌خطر خواهد بود و بدن بیمار چگونه آن را پردازش می‌کند. علاوه بر پارامترهای شناخته شده طولانی مانند مواردی که با استفاده از نمونه خون به طور عینی اندازه گیری می شوند، بیومارکرهای جدید متعددی در تخصص های مختلف پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. کار فشرده مربوط به کشف و توسعه نشانگرهای زیستی نوآورانه و مؤثرتر در حال حاضر در حال انجام است. این نشانگرهای زیستی جدید به پایه‌ای برای پزشکی پیشگیرانه تبدیل شده‌اند، یعنی دارویی که بیماری‌ها یا خطر ابتلا به بیماری را زود تشخیص می‌دهد و اقدامات متقابل خاصی را برای جلوگیری از پیشرفت بیماری انجام می‌دهد. نشانگرهای زیستی همچنین به عنوان کلید پزشکی شخصی‌سازی شده در نظر گرفته می‌شوند (درمان‌هایی که به صورت جداگانه و اختصاصی برای هر بیمار برای مداخله بسیار کارآمد در فرآیندهای بیماری طراحی شده‌اند). بیومارکر کلاسیک در پزشکی یک پارامتر آزمایشگاهی است که پزشک می تواند برای کمک به تصمیم گیری هنگام تشخیص و انتخاب دوره درمانی از آن استفاده کند. اخیراً توجه به ارتباط بیومارکرها در سرطان شناسی افزایش یافته است، از جمله نقش KRAS در سرطان کولورکتال و سایر سرطان های مرتبط با گیرنده فاکتور رشد اپیدرمی. درمان مؤثر در حال حاضر تنها برای درصد کمی از بیماران سرطانی در دسترس است. علاوه بر این، بسیاری از بیماران سرطانی در مرحله ای تشخیص داده می شوند که سرطان بیش از حد پیشرفت کرده است که قابل درمان نیست. بیومارکرها این توانایی را دارند که سرعت تشخیص سرطان و فرآیند تولید دارو را به میزان زیادی افزایش دهند. علاوه بر این، نشانگرهای زیستی پزشکان را قادر می‌سازد تا برنامه‌های درمانی فردی و اختصاصی را برای بیماران سرطانی خود ایجاد کنند، بنابراین به پزشکان اجازه می‌دهد تا داروهای خاص را باتوجه به نوع تومور بیمار خود تنظیم کنند. با انجام این کار، میزان پاسخ دارویی بهبود می‌یابد، سمیت دارو محدود می‌شود و هزینه‌های مرتبط با آزمایش درمان‌های مختلف و درمان متعاقب آن برای عوارض جانبی کاهش می‌یابد.
 

طبقه بندی و کاربرد بیومارکر

بیومارکرها را می توان بر اساس پارامترهای مختلف، از جمله ویژگی های آن ها، مانند نشانگرهای زیستی تصویربرداری (توموگرافی کامپیوتری، توموگرافی گسیل پوزیترون، تصویربرداری تشدید مغناطیسی) یا بیومارکرهای مولکولی طبقه بندی کرد. بیومارکرهای مولکولی را می توان برای اشاره به نشانگرهای زیستی غیرتصویری که دارای خواص بیوفیزیکی هستند، استفاده کرد که به آن ها اجازه می دهد در نمونه های بیولوژیکی اندازه گیری شوند و شامل بیومارکرهای مبتنی بر اسید نوکلئیک مانند جهش یا پلی مورفیسم ژن و تجزیه و تحلیل بیان کمی ژن، پپتیدها، پروتئین ها، متابولیت های لیپید و سایر مولکول های کوچک.
 

بیومارکرهای مولکولی

بیومارکرهای مولکولی به‌عنوان نشانگرهای زیستی تعریف شده‌اند که با استفاده از پلتفرم‌های پایه و قابل قبولی مانند ژنومیکس و پروتئومیکس قابل کشف هستند. بسیاری از تکنیک های ژنومیکس و پروتئومیکس برای کشف نشانگرهای زیستی در دسترس هستند. چند تکنیک اخیرا استفاده شده در زیر توضیح داده شده است. علاوه بر تکنیک‌های سنجش بیومارکر با استفاده از پلتفرم‌های ذکر شده (ژنومیکس و پروتئومیکس)، متابولومیکس، لیپیدومیکس، گلیکومیکس و سکرتومیکس معمولاً به عنوان تکنیک‌هایی در شناسایی بیومارکرها استفاده می‌شوند.
 
روش ژنومیکس
ژنومیکس به طور گسترده برای کشف و شناسایی نشانگرهای زیستی استفاده شده است. با وجود تقریباً 30000 ژن در ژنوم انسان، درک پتانسیل بالینی اطلاعات در مقیاس ژنوم نیازمند روش‌های بهتر مشاهده، تجزیه و تحلیل و استفاده از داده‌های نشانگر زیستی پیچیده و بزرگ است. در دسترس بودن فناوری‌های پت‌فرم جدید مانند توالی‌یابی عمیق و با توان بالا، محققان و دانشمندان را قادر ساخت تا جهش کوانتومی بعدی را انجام دهند. ساختار ژنتیکی یک فرد بر عملکرد داروها مانند طراحی و ساخت یک داروی بیولوژیکی مانند سلول های درمانی (بنیادی) تأثیر می گذارد. حوزه فارماکوژنومیکس یا نشانگرهای زیستی فارماکوژنومیکس با تأثیر تنوع ژنتیکی سروکار دارد و روش‌های جدیدی را برای درمان بیماران به صورت اختصاصی و فردی ارائه می‌کند. نتیجه این تحقیق به عنوان پزشکی شخصی شناخته می شود.
 
روش پروتئومیکس
گاهی اوقات پروتئومیکس (حتی بیشتر از تجزیه و تحلیل بیان ژن ) ابزار مهمی در درک پیچیدگی های فیزیولوژی انسان و وضعیت بیماری است. پروتئومیکس پتانسیل بسیار زیادی برای کشف نشانگرهای زیستی، به ویژه نشانگرهای زیستی تشخیصی و پیش‌بینی‌کننده جدید دارد. تکنیک ها شامل وسترن بلات، رنگ آمیزی ایمونوهیستوشیمیایی، سنجش ایمونوسوربنت متصل به آنزیم و طیف سنجی جرمی است. سکرتومیکس، زیرشاخه ای از پروتئومیکس که پروتئین های ترشح شده و مسیرهای ترشح را با استفاده از رویکردهای پروتئومی مطالعه می کند، اخیراً به عنوان ابزار مهمی برای کشف نشانگرهای زیستی ظاهر شده است.
 
روش متابولومیکس
اصطلاح متابولومیکس به تازگی برای پرداختن به تجزیه و تحلیل جهانی تمام متابولیت ها در یک نمونه بیولوژیکی معرفی شده است. یک اصطلاح مرتبط، متابونومیکس، برای اشاره به تجزیه و تحلیل پاسخ های متابولیک به داروها یا بیماری ها معرفی شد. با مطالعه سیستم‌های بیولوژیکی پیچیده که برای شناسایی نشانگرهای زیستی برای بیماری‌های مختلف استفاده می‌شوند، متابونومیکس به یک حوزه اصلی تحقیقات تبدیل شد. اینکه آیا این تخصص فرعی در کشف نشانگرهای زیستی در پزشکی بازساختی نیز غالب خواهد بود یا خیر، هنوز مشخص نیست.
 
روش لیپیدومیکس
Lipidomics به تجزیه و تحلیل لیپیدها اشاره دارد. از آنجایی که لیپیدها دارای خواص فیزیکی منحصربفردی به خصوص سلول ها و محصولات مبتنی بر سلول هستند، مطالعه آن ها به طور سنتی دشوار بوده است. با این حال، پیشرفت‌ها در پلتفرم‌های تحلیلی جدید، شناسایی و تعیین کمیت بیشتر متابولیت‌های لیپید را از یک نمونه ممکن کرده است. سه پلت فرم کلیدی مورد استفاده برای پروفایل لیپیدی شامل طیف سنجی جرمی، کروماتوگرافی و رزونانس مغناطیسی هسته ای است.
نشانگرهای زیستی مبتنی بر بافت
یکی از بهترین زمینه های تحقیقاتی نشانگرهای زیستی، کشف بیومارکرها از بافت های تومور است. تقریباً هیچ درمان سرطانی بدون تشخیص خود سرطان با استفاده از روش‌های هیستوپاتولوژیک مرسوم مانند رنگ‌آمیزی هماتوکسیلین و ائوزین یا آزمایش‌های ایمونوهیستوشیمی و مولکولی پیچیده‌تر آغاز نمی‌شود. نشانگر زیستی سرطان معمولاً به ماده یا فرآیندی اشاره دارد که نشان دهنده وجود سرطان در بدن است. یک نشانگر زیستی ممکن است یک مولکول ترشح شده توسط یک تومور یا یک پاسخ خاص بدن به وجود سرطان باشد. بیومارکرهای ژنتیکی، اپی ژنتیکی، پروتئومی، گلیکومی و تصویربرداری را می توان برای تشخیص، پیش آگهی و اپیدمیولوژی سرطان استفاده نمود. در حالت ایده آل، چنین نشانگرهای زیستی را می توان در سیالات زیستی غیرتهاجمی جمع آوری شده مانند خون یا سرم مورد سنجش قرار داد. نشانگرهای زیستی سرطان همچنین می‌توانند برای تعیین مؤثرترین رژیم درمانی برای سرطان یک فرد خاص مورد استفاده قرار گیرند. به دلیل تفاوت در ساختار ژنتیکی، برخی از افراد ساختار شیمیایی داروها را متفاوت متابولیزه می کنند یا تغییر می دهند، که ممکن است در مورد استفاده از درمان های مبتنی بر سلول یا بیومواد مهندسی شده نیز صادق باشد. در برخی موارد، کاهش یا تسریع متابولیسم می تواند شرایط خطرناکی ایجاد کند که در آن غلظت بالایی از دارو یا متابولیت های دارو در بدن تجمع می یابد. به این ترتیب، تصمیم گیری در مورد دوز دارو و فرمولاسیون مناسب می تواند از غربالگری برای چنین نشانگرهای زیستی بهره مند شود. نشانگرهای زیستی سرطان نیز در نظارت بر چگونگی عملکرد یک درمان در طول زمان مفید هستند. تحقیقات زیادی در این زمینه خاص انجام می شود زیرا نشانگرهای زیستی موفق پتانسیل کاهش قابل توجهی در هزینه مراقبت از بیمار را دارند.
 
نشانگرهای زیستی تصویربرداری
بسیاری از نشانگرهای زیستی جدید که شامل فناوری تصویربرداری هستند در حال توسعه هستند. بیومارکرهای تصویربرداری مزایای زیادی دارند. آن ها معمولا غیر تهاجمی هستند و نتایج شهودی و چند بعدی تولید می کنند. با ارائه داده های کمی و کیفی، معمولا برای بیماران نسبتا راحت هستند. وقتی با سایر منابع اطلاعاتی ترکیب شوند، می توانند برای پزشکانی که به دنبال تشخیص هستند بسیار مفید باشند. آن ها همچنین می توانند به پایش یا ردیابی مواد در داخل بدن و شناسایی متابولیت ها یا بقایای آن ها در بدن به عنوان یک سنجش فارماکوکینتیک کمک کنند.
 

بیومارکر در پزشکی احیا کننده

در پزشکی احیا کننده، انواع روش‌های درمانی جدید و ابتکاری برای بازسازی بافت‌ها و اندام‌های آسیب‌دیده با جایگزینی آن ها با استفاده از رویکردهای زیست‌پزشکی که ممکن است شامل استفاده از سلول‌های بنیادی باشد، استفاده می‌شود. به عنوان مثال می توان به تزریق سلول های بنیادی یا سلول های پیش ساز (سلول درمانی) اشاره کرد. انتظار می‌رود درمان‌های مبتنی بر سلول و به‌ویژه درمان‌های مشتق از سلول‌های بنیادی، مانند آنتی‌بادی‌های مونوکلونال، انقلابی در پزشکی بالینی ایجاد کنند. توسعه بالینی درمان سلولی چالش جدیدی را برای دانشمندان بالینی و شرکت های داروسازی با توجه به الزامات نظارتی فعلی برای تولید، مدیریت کیفیت، و اجرای کارآزمایی بالینی نشان می دهد. سلول های بنیادی یک روش درمانی جدید امیدوارکننده برای درمان بیماری های ویرانگر با نیازهای پزشکی برآورده نشده بالا هستند. در میان انواع مختلف سلول‌های بنیادی، سلول‌های استرومایی مزانشیمی بالغ (MSCs) به عنوان سلول‌هایی با ویژگی‌های بیولوژیکی منحصربه‌فرد ظاهر شدند و آن ‌ها را کاندیدای درمان بیماری‌های خودایمنی یا التهابی یا مثلاً نارسایی پیشرونده اندام کردند. سلول های بنیادی مزانشیمی را می توان تقریباً از هر بافتی از بدن از جمله مغز استخوان، بافت چربی، ماهیچه، کبد یا پانکراس جدا کرد. مغز استخوان نشان دهنده گسترده ترین منبع مطالعه شده سلول های بنیادی مزانشیمی است که از دهه 1960 شروع شد. اگرچه بسیاری از متخصصان موافق هستند که درمان مبتنی بر سلول هنوز در مراحل ابتدایی است و حتی ممکن است در برخی زمینه‌ها بسیار نابالغ باشد، در دانشگاه و همچنین صنعت تعداد فزاینده‌ای از رویکردهای سلول درمانی با پتانسیل رو به رشد برای ترمیم بافت و محافظت از اندام‌ها وجود دارد. با این حال، بیشتر دانش در مورد عملکرد بیولوژیکی سلول ها در بافت پزشکی ترمیم‌کننده و احیاکننده از مدل‌های موش جمع‌آوری شده است و انتقال این داده‌ها به برنامه‌های بالینی در انسان دشوار به نظر می‌رسد. اکثر کارآزمایی‌های بالینی و اولیه (فاز 1، 2) بر اساس پتانسیل آزمایشگاهی برای تمایز به استخوان، غضروف، و بافت چربی بوده‌اند و بنابراین به نوعی با رویکردهای مهندسی بافت مرتبط هستند، اما آن ها نتوانستند اثر پایدار در داخل بدن نشان دهند. همین امر در مورد بافت استخوان یا غضروف پیش ساخته متشکل از سلول های بنیادی مزانشیمی همراه با مواد زیستی نیز صدق می کند.
 

مدیریت کیفیت

اکثر مقامات نظارتی مانند سازمان غذا و داروی ایالات متحده و آژانس دارویی اروپا تقاضای فزاینده برای روش‌های نوظهور جدید مانند درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی در پزشکی احیا کننده را تصدیق کرده و در نظر می‌گیرند. بنابراین، مهم است که نه تنها اجرای بیومارکرها برای طبقه‌بندی بیمار و پیش‌بینی پاسخ‌های فردی، بلکه استفاده از سنجش‌های معتبر برای ارزیابی کیفیت هر محصول ( اعم از اتولوگ یا آلوژنیک) در نظر گرفته شود. دستورالعمل های دقیقی در مورد توسعه دارویی و اجرای بالینی درمان های پیشرفته وجود دارد.

پزشکی شخصی

نشانگرهای زیستی، همراه با روش‌های درمانی نوآورانه (به عنوان مثال، درمان‌های سلولی)، پتانسیل تغییر روش‌های پزشکی را دارند. فارماکوژنتیک و فارماکوژنومیک کاربردهای عملی نشانگرهای زیستی هستند که بررسی می‌کنند چگونه ترکیب ژنتیکی بر استعداد بیماری و پاسخ به درمان تأثیر می‌گذارد و نوید پزشکی شخصی‌سازی‌شده را به عصر جدیدی می‌رساند (ارائه دوز مناسب و منحصر به فرد از داروی مناسب به بیمار مورد نظر). علاوه بر شناسایی پاسخ دهندگان، پیشرفت در دانش نحوه متابولیسم داروها یا واکنش افراد به مواد خاص نیز کلیدی برای پزشکی شخصی است. اما پزشکی شخصی‌سازی‌شده فقط به شناسایی روش‌ها یا دوزهای درمانی بهینه برای بیماران اختصاصی نیست. برخی آزمایش‌های تشخیصی همچنین می‌توانند تهاجمی بودن سرطان یا وضعیت یک اختلال دژنراتیو مزمن را تعیین کنند که ممکن است نیاز به مداخله زودهنگام با درمان‌های مبتنی بر سلول داشته باشد. تعداد بیماری هایی که می توانند به طور دقیق تشخیص داده شوند و سپس با یک درمان بسیار خاص درمان می شوند، مطمئناً در آینده نزدیک به طور چشمگیری افزایش خواهد یافت.
 
منبع: رالف هاس، University of Munich