Forschung in Genen und Proteinen Offener Zugang

Abstrakt

Anwendung diagnostischer Indikatoren zur Validierung biologischer Tests in der assistierten Reproduktionstechnologie

Nicolas Nafati1*, Ounissa Ait-Ahmed1 und Samir Hamamah1,

Im Bereich der medizinischen Reproduktionsforschung ist die Auswahl der Embryonen mit dem besten Implantationspotenzial die größte Herausforderung für Biologen. Mehrere Studien legen nahe, dass Gene, die an der Kommunikation zwischen Eizelle und Cumuluszelle beteiligt sind, potenzielle Genbiomarker für die Auswahl der Embryonen mit dem höchsten Implantationspotenzial darstellen könnten. Daher besteht das Hauptziel dieser Studie darin, die transkriptomischen experimentellen Daten von 21 Biomarkergenen durch RT-qPCR (quantitative Polymerase-Kettenreaktion in Echtzeit) von 102 Embryonal-/Cumuluszellproben von Patienten zu überprüfen, die sich einer In-vitro-Fertilisation unterzogen haben. Da Variabilität (Rauschen) aus verschiedenen Quellen (biologisch, technisch usw.) beobachtet wurde, bestehen berechtigte Zweifel an der Eignung dieser transkriptomischen Daten, ein zuverlässiges und robustes Schwangerschaftsvorhersagemodell zu liefern. Unser Ziel ist es also zu überprüfen, ob die genomische Signatur als Biomarker verwendet werden könnte. Wenn ja, kann man davon ausgehen, dass das Transkriptom vorhersagbar ist und ein zuverlässiges mathematisches Modell generieren könnte. Die stochastische Modellierung basiert auf der multiplen logistischen Regression (MLR), die bimodal und daher binär ist und eine geeignete Methode zu sein scheint, um eine Schlussfolgerung bezüglich der Fähigkeit dieser genomischen Signatur zu ziehen, das Ausbleiben oder Vorhandensein eines Schwangerschaftsereignisses (Pr) vorherzusagen. In dieser Arbeit wird das beobachtete Ereignis durch einen abhängigen Zufallsvektor Y dargestellt, der den Wert 1 annimmt, wenn eine Schwangerschaft eintritt, und 0, wenn nicht. Der Vorhersagewert dieses Vektors hängt auch vom Rauschen (ε) ab, das durch die oben genannten Variabilitäten verursacht wird. Biostochastische Werkzeuge wie die ROC-Kurve (Receiver Operating Characteristic Measure) und ihre AUC (Area Under the ROC Curve), die Wahrscheinlichkeitsindikatoren, die Odds Ratio (OR) und schließlich der Youden-Index (YI) erscheinen als einfache und effektive biologische Entscheidungswerkzeuge, um die Gültigkeit dieser genomischen Signatur als Biomarker zur Vorhersage einer Schwangerschaft (Pr) zu überprüfen. Die Analyse der Ergebnisse der biostatistischen Indikatoren zeigt, dass das erhaltene Vorhersagemodell nicht diskriminant ist, was auf eine Verzerrung der transkriptomischen Daten hindeutet.
Ein Biomarker kann zur Frühdiagnose einer Krankheit, zur Identifizierung von Personen zur Krankheitsprävention, als potenzielles Arzneimittelziel oder als potenzieller Marker für eine Arzneimittelreaktion verwendet werden. Ein Biomarker kann auch die Verwendung von Arzneimitteln (und damit die Kosten) auf die Patientengruppe beschränken, bei der das Arzneimittel sicher und wirksam ist. Ein Biomarker in der Reproduktion könnte verwendet werden, um die Expositionsbewertung zu verbessern, behandlungsempfindliche Untergruppen zu identifizieren, den Ausgang vorherzusagen und/oder Untergruppen mit möglicherweise unterschiedlichen Krankheitsursachen zu unterscheiden. Trotz vieler potenzieller Verwendungsmöglichkeiten gibt es in der Reproduktionsbiologie nur eine geringe Beteiligung an der Entwicklung molekularer Biomarker, was direkt mit der geringen Anzahl neuer molekularer Einheiten zusammenhängen könnte, die in klinischen Studien getestet werden. Da die Anzahl der Kandidatenmarker in der Reproduktionsmedizin zunimmt, ist es wichtig, den Entwicklungsverlauf von der Entdeckung bis zur klinischen Anwendung zu verstehen und zu erkennen, dass die überwiegende Mehrheit der potenziellen Marker aufgrund einer Vielzahl von Fallstricken klinisch nicht nützlich sein wird. Umfassende Tests, Validierungen und Modifikationen müssen durchgeführt werden, bevor der klinische Nutzen eines Biomarkers nachgewiesen werden kann. Es gibt neue Möglichkeiten und Partnerschaften, die die Entwicklung von Biomarkern in der Reproduktion beschleunigen sollten. Je mehr Biomarker in die Praxis umgesetzt werden, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein besser informierter Biomarker-Konsument das große Potenzial der Biomarker ausschöpft.
Parallel zur zunehmenden Entdeckung von Biomarkern muss auch die Aufklärung über die Verwendung von Markern in der klinischen Medizin vorangetrieben werden. Leider gibt es kein Paradigma, das allgemein für die klinische Verwendung eines Biomarkers gilt. Die Verwendung jedes Biomarkers muss individuell erfolgen. Die Verbindung eines Biomarkers mit dem zugrunde liegenden biologischen Prozess ist keine Voraussetzung für die klinische Verwendbarkeit des Markers. Die Verbindung der mechanistischen Punkte eines Markers mit einer Erkrankung wird jedoch wahrscheinlich die klinische Akzeptanz erhöhen. Andererseits hat ein Biomarker, der entlang einer mutmaßlichen ätiologischen Linie entwickelt wurde, auch Nachteile. Eine falsche Annahme, dass es einen universellen Mechanismus der Krankheitsätiologie oder des Krankheitsverlaufs gibt, wird bei komplexen Krankheiten (wie Subfertilität) oder bei unterschiedlichen Populationen unweigerlich zu einer geringen Verwendbarkeit führen. Ein Biomarker kann für eine Untergruppe von großem Nutzen sein, aber nicht für alle. Beispielsweise ist der Nachweis eines Chlamydien-Antikörpers kein guter Biomarker für alle Formen von Eileitererkrankungen. Die Eizellenqualität ist nicht nur eine Funktion der parakrinen und endokrinen Funktion der Granulosazellen; es ist möglich, dass eine Frau eine „verminderte ovarielle Reserve“ hat und trotzdem einen normalen AMH-Spiegel aufweist.
Ein häufiger Grund für das Versagen eines Biomarkers ist, dass er mit einem Aspekt einer Krankheit in Verbindung gebracht werden kann, aber nicht mit dem Aspekt von klinischer Bedeutung. Ein Biomarker für Endometriose auf der Grundlage von Entzündungen kann von begrenztem Wert sein, wenn Schmerzen nicht mit einer allgemeinen Entzündung (sondern einem anderen Prozess) in Verbindung stehen. Ein weiteres Beispiel sind mutmaßliche Biomarker der embryonalen Entwicklung in vitro. Die Geschwindigkeit der Zellteilung oder der Stoffwechsel eines Embryos in vitro geht der Implantation voraus und kann daher als Biomarker informativ sein. Die Implantation und die Entwicklung einer frühen Schwangerschaft sind jedoch auch stark mit mütterlichen Faktoren verbunden, die noch nicht vollständig verstanden sind. Daher kann die Verbindung zwischen Zellteilung und Implantation stark sein, reicht jedoch nicht aus, um unzählige klinische Faktoren zu berücksichtigen, die die Empfängnis nach dem Embryotransfer beeinflussen. Zumindest müssen die Einschränkungen der Vorhersage (der beabsichtigte Einsatz) eines Biomarkers klar festgelegt und von potenziellen Anwendern verstanden werden.
Schlüsselwörter: Reproduktion; Oozyt-Cumulus-Zelle; Gen-Biomarker; qPCR; Variabilitäten; Schwangerschaft; Vorhersagemodell; Biostochastisch; Nichtdiskriminierend; Nicht informativ