바이오마커

Biomarker

생물의학적 맥락에서 바이오마커 또는 생물학적 표지는 생물학적 상태 또는 상태를 측정할 수 있는 지표이다.바이오마커는 흔히 혈액, 소변 또는 연조직을 사용하여 측정되고 평가되며, 정상적인 생물학적 과정, 병원성 과정 또는 치료적 [2]개입에 대한 약리학적 반응을 검사합니다.바이오마커는 많은 과학 분야에서 사용된다.

의료 분야에서 사용되는 바이오마커는 임상 용도에 따라 분류되는 비교적 새로운 임상 도구 세트의 일부입니다.세 가지 주요 부류는 분자 바이오마커, 세포 바이오마커 또는 영상 바이오마커입니다.세 가지 유형의 바이오마커는 모두 치료 결정을 좁히거나 이끄는 임상적 역할을 하며 예측, 예측 또는 진단의 하위 범주를 따릅니다.

예측

검증을 통과한 예측 분자, 세포 또는 이미징 바이오마커는 임상 결과를 예측하는 방법으로 사용될 수 있습니다.예측 바이오마커는 이상적인 치료법을 최적화하는 데 사용되며, 종종 특정 치료법의 혜택을 받을 가능성을 나타냅니다.예를 들어, 병리 특이 분자 프로세스 아키텍처와 작용의 약물 메커니즘의 인터페이스에 위치한 분자 바이오마커는 개별 치료 반응의 [3]평가를 가능하게 하는 포획 측면을 약속한다.이것은 소급 연구의 추세를 보는 것과 결과를 예측하기 위해 바이오마커를 사용하는 것 모두에 대한 이중 접근법을 제공한다.예를 들어 전이성 대장암 예측 바이오마커는 환자의 생존율을 평가하고 개선하는 방법으로 작용할 수 있으며, 개별 시나리오의 경우 암 치료 [4]계획에서 발생하는 불필요한 독성으로부터 환자를 보호하는 방법으로 작용할 수 있다.

예측 바이오마커의 일반적인 예는 유방암의 ER, PR, HER2/neu, 만성 골수성 백혈병의 BCR-ABL 융합 단백질, GIST 종양의 c-KIT 돌연변이, NSCLC의 [5]EGFR1 돌연변이와 같은 유전자이다.

진단

입증 부담을 충족하는 진단 바이오마커는 진단 범위를 좁히는 역할을 할 수 있습니다.이로 인해 개별 환자에게 훨씬 더 특정한 진단이 이루어질 수 있습니다.

심장마비 후, 발작이 언제 일어났고 얼마나 심각했는지를 정확히 판단하기 위해 많은 다른 심장 생체지표를 측정할 수 있다.

바이오마커는 장기 기능이나 [6]건강의 다른 측면을 검사하기 위한 수단으로 유기체에 도입되는 추적 가능한 물질일 수 있다.예를 들어 염화 루비듐은 심장 근육의 관류를 평가하기 위한 방사성 동위원소로 사용된다.

또한 특정 질병 상태를 나타내는 검출을 하는 물질일 수 있습니다. 예를 들어 항체의 존재는 [6]감염을 나타낼 수 있습니다.보다 구체적으로, 바이오마커는 질병의 위험이나 진행, 또는 주어진 치료에 [6]대한 질병의 민감성과 상관되는 단백질의 발현이나 상태의 변화를 나타낸다.

의학에서 흔히 사용되는 바이오마커의 한 예는 전립선특이항원(PSA)이다.이 마커는 암을 나타낼 수 있는 급격한 변화와 함께 전립선 크기의 대용물로 측정될 수 있습니다.가장 극단적인 경우는 돌연변이 단백질이 기존 종양에서만 나올 수 있기 때문에 [7]특이 바이오마커로 검출하는 것이다.

다른 예로는 여러 신호 전달 경로관여하는 GTPase를 코드하는 종양 유전자 KRAS가 있다.정밀 종양학의 바이오마커는 일반적으로 만성 골수성 백혈병, 대장, 유방암, 폐암의 분자 진단과 흑색종[8]사용된다.

디지털.

디지털 바이오마커는 바이오마커의 새로운 분야로, 대부분 [9]스마트 바이오센서에 의해 수집됩니다.지금까지 디지털 바이오마커는 가속도계 데이터와 심박수[10][11], 그리고 [12]음성 같은 중요한 변수들을 모니터링하는 데 초점을 맞춰왔다.차세대 디지털 바이오마커로 [13]볼 수 있는 온스킨 땀 분석(인터넷 지원 수돌로지)을 통해 기록된 새로운 비침습 분자 디지털 바이오마커를 점점 더 많이 사용할 수 있게 되었다.디지털 바이오마커는 담당 의사와 쉽게 공유할 수 있으며, 인공지능을 사용하여 새로운 진단 방법을 개발할 수 있습니다.

디지털 바이오마커는 현재 경도인지장애(MCI)[14] 증상을 인식하기 위해 인공지능(AI)과 결합해 사용되고 있다.현재 디지털 바이오마커의 주요 용도 중 하나는 규칙적인 뇌 활동을 추적하는 것이다.특정 신경 지표는 환자의 신경 이상을 평가하기 위한 장치로 측정할 수 있습니다.수집된 데이터는 환자의 질병 확률 또는 [15]상태를 결정할 수 있습니다.환자가 일상 업무(IADL)를 수행하는 동안 컴퓨터는 기계 학습을 사용하여 정상 동작에서 벗어난 부분을 관찰하고 감지합니다.이 마커들은 인지기능 [16]저하 징후나 지표로 사용된다.

예측

예후 바이오마커는 치료 또는 치료 [5]개입에 관계없이 환자의 전반적인 결과에 대한 정보를 제공합니다.임상 연구에서 예측 바이오마커의 한 예는 돌연변이 PIK3의 사용이다.전이성 유방암 연구의 CA.그래프에서 알 수 있듯이 환자 내에서의 돌연변이의 존재는 사용된 치료 방법에 관계없이 동일한 결과를 견디는 것으로 예측된다.PIK3를 가진 여성들치료 전 CA 돌연변이는 평균 생존율이 가장 낮았다.돌연변이를 포함한 그룹의 감소는 더 빠르고 더 가파른 감소로 일어났다.예후 인자의 독립적인 특성은 연구자들이 자연 상태에서 질병이나 상태를 연구할 수 있게 해준다.이것은 이러한 비정상적인 생물학적 과정을 관찰하고 그것들을 교정하는 방법을 추측하는 것을 더 쉽게 만든다.예후 인자는 종종 치료 연구에서 예측 변수와 함께 사용되어 다양한 치료법이 특정 질병이나 암 치료에 얼마나 효과적인지 조사한다.예측 바이오마커와는 달리, 예후는 어떠한 설명 변수에도 의존하지 않기 때문에 근본적인 질병이나 [17]상태를 독립적으로 검사할 수 있다.

영양 및 식생활 평가

영양 바이오마커(섭취의 생물 화학적 지표)는 영양 연구, 특히 영양 역학뿐만 아니라 신뢰할 수 있는 식이 정보가 필요한 고고학 같은 다른 분야에서도 식이 섭취를 추정하기 위해 사용된다.[18][19] 영양 바이오마커는 식이성분 섭취를 반영하고 충분히 특이적인 검체일 수 있다.[20][21] 많은 바이오마커는 당이나 피토케미칼 등의 식품에서 발견되는 화합물 또는 이들의 조합에서 대사체학을 사용하여 유도된다.[18][22] 다른 형태의 영양 생물 지표는, 특히 고고학에서 공통적으로, 안정된 동위원소 비율이다.[23]

조사.

정밀 의학의 바이오마커는 비교적 새로운 임상 도구 세트의 일부입니다.전이성 대장암(mCRC)의 경우 지금까지 임상적으로 [4]두 가지 예측 바이오마커만 확인되고 구현되었다.이 경우, 임상시험에 수반되는 심각한 소모로 인해 의료 분야 내에서 새로운 바이오마커 연구가 필요한 배경에는 소급 연구 및 성공적인 바이오마커 주도 접근법을 넘어서는 데이터의 부족이 주요 원인으로 제시되었다.

바이오마커 연구 분야는 또한 다중 옴 소스로부터 바이오마커를 식별하기 위한 조합적 접근법을 포함하도록 확장되고 있다.다양한 오믹 데이터의 바이오마커 그룹을 결합하면 한 번에 많은 바이오마커를 기반으로 치료 반응을 평가하는 패널을 개발할 수 있습니다.다발성 오믹 바이오마커에 대한 연구가 확대되는 분야 중 하나는 미토콘드리아 DNA 배열이다.미토콘드리아 DNA의 돌연변이는 두경부 편평상피암의 [24]위험, 진행 및 치료 반응과 관련이 있는 것으로 나타났다.이 예에서 비교적 저비용 염기서열 분석 파이프라인이 종양 관련 세포 내에서 저주파 돌연변이를 검출할 수 있는 것으로 나타났다.이것은 [24]개인들 사이의 이질성을 포착하는 미토콘드리아 DNA 기반 바이오마커의 일반적인 스냅숏 능력을 강조한다.

임상 사용을 위한 규제 검증

EDNR(Early Detection Research Network)은 임상 [25]검증을 간소화하기 위해 바이오마커를 평가할 수 있는 7가지 기준의 목록을 작성했다.

개념 실증

이전에 바이오마커의 특정 특성을 식별하기 위해 사용되었던 이 단계는 이러한 편익의 현장 검증을 수행하기 위해 필수적이다.대규모 연구가 발생하기 전에 연구의 [25]생물학적 근거를 소규모로 평가해야 합니다.많은 후보자들이 가장 적절한 [26]후보들을 선택하기 위해 테스트를 받아야 한다.

실험 검증

이 단계를 통해 바이오마커의 일상적인 사용에 가장 적합한 프로토콜을 개발할 수 있습니다.동시에 다양한 방법(이력학, PCR, ELISA 등)과 프로토콜의 관련성을 확인하고 그 결과에 따라 지층을 정의할 수 있다.

분석 성능 검증

가장 중요한 단계 중 하나는 정기적인 [27]테스트를 개발하기 전에 후보 바이오마커의 특정 특성을 확인하는 역할을 합니다.다음과 같은 몇 가지 파라미터가 고려됩니다.

  • 감도
  • 특이성
  • 강건함
  • 정확성.
  • 재현성
  • 실용성[25]
  • 윤리성[28]

프로토콜 표준화

이렇게 하면 잠재적 위험을 식별하고 제어하는 전체 절차를 스캔하여 임계점을 분석하는 등 일상적 사용을 위해 검증된 프로토콜을 최적화합니다.

윤리적 문제

1997년 국립보건원은 바이오마커 [25]연구의 윤리적 차원을 규제하는 지침과 입법 개발이 필요하다고 제안했다.인간 게놈 프로젝트가 미국 기술 평가 사무소와 협력한 방식과 유사하게, 바이오마커 감수성 연구는 연구의 기초 작업 및 제안 요건에 구현될 수 있는 윤리 지침을 만들기 위해 협력해야 한다.

프로젝트의 각 단계(즉, 계획, 실시 및 결과의 편집)에 포함되는 모든 참가자에게, 프로젝트 개시 전에 실시되고 있는 윤리적 원칙의 보호를 확실히 제공합니다.이러한 윤리적 보호는 연구의 참여자뿐만 아니라 비참여자, 연구원, 후원자, 규제 기관 및 연구에 관련된 [25]다른 모든 개인이나 그룹을 보호해야 한다.일부 윤리적 보호에는 다음이 포함될 수 있지만 [25]이에 한정되는 것은 아닙니다.

  • 참가자의 사전동의
  • 인종, 사회-경제적 지위, 성별, 성별 등에 관계없이 참여 기회 접근(실험 프로토콜이 허용하는 범위 내)
  • 과학적 완전성
  • 데이터의 기밀성(익명)
  • 특정 스폰서에 의한 자금 조달 및 스폰서십에 관한 이해 상충 인정
  • 참여와 관련된 건강 및 법적 리스크의 투명성과 인식

세포생물학

세포생물학에서, 바이오마커는 특정 세포 유형의 검출과 분리를 가능하게 하는 분자이다. (예를 들어, 단백질 Oct-4배아줄기세포[29]식별하기 위한 바이오마커로 사용된다.)

유전학에서 바이오마커(유전자 마커로 식별됨)는 질병을 일으키거나 질병에 걸리기 쉬운 것과 관련된 DNA 배열이다.그것들은 연구되고 있는 유기체의 유전자 지도를 만드는 데 사용될 수 있다.

화학, 지질학 및 우주생물학 분야 응용 분야

바이오마커는 과거든 현재든 살아있는 유기체의 존재를 나타내는 모든 종류의 분자가 될 수 있다.지질학과 우주생물학 분야에서는 바이오마커 대 지오마커는 바이오 시그니처로도 알려져 있다.바이오마커라는 용어는 또한 석유의 생성에 대한 생물학적 관여를 설명하기 위해 사용된다.바이오마커는 [30]1988년 캘리포니아 주 샌프란시스코 만 기름 유출의 지질화학 조사에 사용되었다.4월 22일부터 23일까지 약 40만 갤런의 원유가 Shell Oil Company의 정유 및 제조 단지에 의해 San Joaquin Valley로 유출되었습니다.그 기름은 많은 주변 지역에 영향을 미쳤다.원유 샘플은 유출된 기름과 유출된 [30]지역에 존재하는 석유 발생 배경을 구별하기 위해 확산된 다양한 지역에서 수집되어 공개되지 않은 샘플과 비교되었다.질량 스펙트럼은 샘플 내의 바이오마커와 순환 지방족 탄화수소를 식별하기 위해 수행되었다.원유 시료 및 퇴적물의 성분 농도 변동이 발견되었다.[30]

생태독물학

사일런트 스프링의 저자인 레이첼 카슨은 유기 염소 살충제 사용 문제를 제기하고 살충제가 [31]생물에 미칠 수 있는 부정적인 영향에 대해 논의했다.그녀의 책은 환경에 대한 살충제의 효과의 일반적인 수용을 통제하고 있는 화학 회사들에 대한 윤리적 문제를 제기했고, 그것은 생태독성 연구의 필요성을 개척했다.생태독성 연구는 바이오마커 [32]연구의 선구자로 간주될 수 있다.바이오마커는 환경 및 유기체에 존재하는 이종생물제에 대한 노출 또는 영향을 나타내기 위해 사용됩니다.바이오마커는 외부 물질 자체(: 석면 입자 또는 담배의 NNK)이거나 보통 정량화할 수 있는 인체(대사물)에 의해 처리된 외부 물질의 변형일 수 있다.

역사

바이오마커라는 용어가 널리 사용된 것은 1980년 [33]초로 거슬러 올라간다.1980년대 말에 환경을 모니터링하고 연구한 방식은 여전히 물, 퇴적물 및 수생 [32]생물에서 적당한 농도로 발견되었을 때 위험하거나 독성이 있다고 간주되는 화학 물질의 연구에 주로 의존했다.이러한 화합물을 식별하기 위해 사용된 방법은 크로마토그래피, 분광광도측정법, 전기화학,[32] 방사선화학이었다.이 방법들은 오염물질과 해당 화합물의 환경에 존재하는 화학적 구성과 농도를 밝히는 데는 성공했지만, 테스트는 특정 오염물질이나 화학물질이 생물이나 생태계에 미치는 영향에 대한 정보를 제공하지 못했다.바이오마커를 특징짓는 것은 오염물질이나 화합물이 시스템에 대혼란을 일으키기 전에 개체군이나 생태계의 안녕을 확인하는 경고 시스템을 만들 수 있다는 제안이 있었다.바이오마커 연구의 발달로 바이오마커는 인간의 의학 분야와 [32]질병 검출에 활용되고 응용될 수 있게 되었습니다.

정의.

"생물학적 표지"라는 용어는 1950년대에 [34][35]도입되었습니다.

  • 1987년에 생물학적 마커는 피폭, 효과 및 감수성 [36]마커의 세 가지 범주로 분류할 수 있는 "생물 시스템 또는 샘플의 사건을 알리는 지표"로 정의되었다.
  • 1990년 맥카시와 슈가트는 생물지표를 "오염된 서식지의 야생 개체군 또는 독성 화학 물질에 실험적으로 노출된 유기체의 분자, 생화학적 또는 세포 수준의 측정과 유기체의 반응의 크기"로 정의했다.[37]
  • 1994년, Depledge는 바이오마커를 "하나 이상의 화학 오염물질의 [38]영향에서 노출을 나타내는 신체 조직이나 체액 또는 전체 유기체의 수준에서 측정할 수 있는 생화학, 세포, 생리학적 또는 행동적 변화"라고 정의했다.
  • 1996년, Van Gestel과 Van Brummelen은 바이오마커를 명확하게 구별하기 위해 바이오마커를 재정의하려고 시도했다.Van Gestel과 Van Brummelen에 따르면, 정의상 바이오마커는 이종생물학에 [39]대한 개별적인 노출로 인한 치사성 생화학적 변화를 설명하는 데만 사용되어야 한다.
  • 1998년, 미국 국립 보건 생물 지표 정의 작업 그룹은 바이오마커를 "정상적인 생물학적 과정, 병원성 과정 또는 치료적 [40][2]개입에 대한 약리학적 반응의 지표로서 객관적으로 측정되고 평가되는 특성"이라고 정의했다.
  • 2000년 De Lafontain은 바이오마커라는 용어를 "오염물질에 노출된 유기체의 생물화학적 및/또는 생리학적 변화"로 정의했다. 따라서 환경 섭동과 오염에 대한 초기 반응을 나타낸다.[41]

활성 바이오모니터링

De Kock과 Kramer는 1994년에 액티브 바이오모니터링의 개념을 개발했습니다.활성 바이오모니터링은 원래 [42]환경과는 다른 조건을 가진 새로운 환경으로 이전된 시료의 화학적/생물학적 특성을 비교한 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

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