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Non è insolito leggere quattro articoli sui biomarker nello stesso numero di un Journal, lo è forse – in parte – per il New England Journal of Medicine.

L’attenzione per i biomarker nella tossicologia, nella genomica, nella proteomica di base è assai alta, ma è ancora più urgente nella clinica, e, come nel caso in alcune patologie del sistema cardiovascolare. Eppure l’offerta di biomarker da parte della diagnostica e il loro uso nella clinica è piuttosto elevata, e questo appare positivo; tuttavia dal punto di vista dell’armonizzazione ed estensione del loro utilizzo a sostegno della decisione clinica, ancora pochi sono i biomarker che appaiono standardizzati e qualificati nei contesti specifici.

I biomarker nel New England Journal of Medicine

Già la lettura degli articoli citati mette in evidenza detti momenti critici dell’uso dei biomarker. Prima la review di Eugene Braunwald, per rispetto all’insigne maestro. Lo scompenso cardiaco (Heart Failure, HF) costituisce un grande problema in campo sociale e in campo medico: negli Stati Uniti più di un milione di ricoveri ospedalieri nel 2007 sono stati per HF, e Medicaid e Medicare impiegano enormi energie per la sua diagnosi e per monitorare il suo trattamento (Circulation 2007; 115: e69-e71). La complessa fisiopatologia dell’HF e la non semplice identificazione dei momenti etiopatogenetici necessitano di elementi di indagine diversi e non sempre standardizzati. L’infiammazione, lo stress ossidativo, il rimodellamento della matrice extracellulare, i neuro-ormoni, il danno e lo stress dei miociti richiamano ciascuno un numero elevato di biomarker (tabella I), per molti dei quali non si hanno dati sempre coibenti di valore predittivo.

Proteina C-reattiva (CRP), lipoproteine ossidate, metalloproteinasi della matrice (MMP), sistema renina-angiotensina-aldosterone (RAAS), troponina I e T e peptide natriuretico cerebrale (BNP) costituiscono i paladini dei plotoni di biomarker che ogni citato aspetto fisiopatologico sottende. Poi vi è la folta schiera dei biomarker proposti in attesa di essere sostenuti da studi di evidenza e che non vanno visti solo come indicatori inerti di aspetti fisiopatologici.

Alcuni di essi hanno funzioni specifiche o addirittura entrano come protagonisti nel meccanismo patogenetico. Un esempio: la CRP ha dimostrato di avere effetti avversi sull’endotelio riducendo la liberazione di ossido di azoto (NO), aumentando la produzione di endotelina-1 e inducendo l’espressione di molecole di adesione endoteliale (Curr Opin Nephr Hypertens 2005; 14: 33-7). TNF-alfa, IL-1, IL-6 e IL-18 sono citochine proinfiammatorie e sembrano produrre apoptosi e necrosi dei miociti. IL-6 induce una risposta ipertrofica dei miociti, mentre TNF-alfa provoca dilatazione del ventricolo sinistro, apparentemente con l’attivazione di MMP. Queste citochine (figura 1) sono prodotte dal miocardio danneggiato. Tale produzione è aumentata dalla stimolazione del sistema simpatico. Il miocardio danneggiato – come anche il muscolo scheletrico ipoperfuso – inducono i monociti a produrre le stesse citochine. Il miocardio stressato rilascia peptidi natriuretici, che dovrebbero migliorare la circolazione.



In accordo con l’ipotesi sul loro ruolo nello scompenso cardiaco, le citochine proinfiammatorie (fattore di necrosi tumorale alfa, interleuchina-1, interleuchina-6 e interleuchina-18) sono prodotte dal miocardio danneggiato; questa produzione è aumentata dalla stimolazione del sistema nervoso simpatico. Il miocardio danneggiato, come il muscolo scheletrico che è ipoperfuso a causa della gettata cardiaca ridotta, attiva i monociti a produrre le medesime citochine, che agiscono e compromettono ulteriormente la funzione miocardica. Le citochine da queste numerose fonti sono anche rilasciate nel circolo sanguigno. Il miocardio stressato rilascia i peptici natriuretici, evidenziati in rosso; il loro rilascio aumenta la circolazione.

Non appare semplice districarsi fra le molte proposte. La tradizionale classificazione di HF si basa sulle cause di scompenso della pompa cardiaca, le caratteristiche fisiopatologiche e l’acuità e gravità dell’insufficienza. L’uso di biomarker può essere un valore aggiunto a questo approccio. Infatti l’associazione di BNP e troponina ha dimostrato raggiungere una stratificazione del rischio migliore di quanto ottenuto con l’uso di un singolo biomarker. L’uso delle tecnologie legate alla proteomica può aiutare ad aggiungere un approccio più ampio allo studio precoce della disfunzione ventricolare. Una strategia con biomarker multipli può aiutare meglio nella valutazione di soggetti con sindrome coronarica acuta (ACS).

Il lavoro di Frank Peacock et al. (2) si riferisce proprio a questo approccio. La troponina fornisce informazioni di ordine diagnostico e prognostico nelle ACS. In realtà la determinazione della troponina (I o T) aggiunge un’importante informazione di ordine prognostico sulla valutazione dei pazienti con HF. La presenza di una troponina elevata correla con l’evoluzione verso un’alta mortalità a breve termine, mentre una troponina negativa si associa a un indice di mortalità a breve termine assai ridotto.

Il lavoro di Björn Zethelius et al. (3) studia con attenzione in soggetti anziani (media 71anni), con o senza malattie cardiovascolari, il valore incrementale nella valutazione del rischio dato dall’aggiunta ai fattori di rischio tradizionali (età, pressione sistolica, colesterolo totale e HDL, diabete, fumo e BMI) di varie combinazioni di biomarker che riflettono danno renale e cellulare, funzione ventricolare sinistra e infiammazione. I biomarker scelti sono troponina I, NT-BNP, cistatina C e CRP. In realtà in uno studio precedente comparso sempre su NEJM (N Eng J Med 2006; 355: 2631-9), l’approccio alla predizione di eventi cardiaci con multimarker non aveva soddisfatto gli Autori. Nello studio attuale, i fattori legati all’età, l’uso di biomarker diversi rispetto a quelli usati allora e l’uso di soli uomini nel campione consentono di spiegare sostanzialmente una migliore stratificazione della predizione di eventi fatali sia nei soggetti con malattie cardiovascolari sia in quelli senza. Non è possibile al momento valutare se questo approccio possa essere utilizzato in età precedenti o nelle donne. Zethelius e colleghi concludono augurandosi che i loro risultati siano convalidati e che tale approccio possa essere rapidamente inserito nella pratica clinica.

Non poteva mancare un editoriale sull’uso di biomarker multipli. James de Lemos et al. ricordano l’ampio dibattito in corso sulla continua proposta di nuovi biomarker e sulla necessità di verificare se l’aggiunta successiva di biomarker contribuisca ad aumentare il loro valore predittivo. Ricordano che l’uso di una combinazione di biomarker multipli non ha dato risultati soddisfacenti nell’ambito dei Framingham Studies (N Eng J Med 2006; 355: 2631-9). In realtà, l’uso di nuovi biomarker come NT-BNP associato a troponina sembra aumentare il valore predittivo dell’uso di biomarker multipli combinati, rispetto a quanto aumenti il valore predittivo con CRP e cistatina-C. Anche un approccio statistico diverso sembra migliore: l’uso di modelli tipo Cox Proportional Hazards dovrebbe essere preso in considerazione da chi voglia comparare modelli di predizione e discriminazione di rischio, calibrazione e grado di riclassificazione tra modelli contenenti differenti set di covarianti. Gli autori suggeriscono che l’introduzione di approcci più sofisticati, quali i metodi di analisi con Neural Network, potrebbe rendere obsoleta la predizione con l’uso di modelli Cox-based.

Bibliografia

1. Zethelius B, et al. Use of Multiple Biomarkers to improve prediction of Death from Cardiovascular Causes. N Engl J Med 2008; 358: 2107-16
2. Peacock F, et al. Cardiac Troponin and Outcome in Heart Failure. N Engl J Med 2008; 358: 2117-26
3. Braunwald E. Biomarkers in Heart Failure. N Engl J Med 2008; 358: 2148-59
4. de Lemos J, et al. Multiple Panels for Cardiovascular Risk assessment. N Engl J Med 2008; 358: 2172-4

 
I biomarker in Clinical Chemistry

Le concentrazioni plasmatiche del c-HDL e quella della sua maggiore componente, l’apo A-I, hanno una forte correlazione inversa con il RCV, lasciando intendere che un atteggiamento terapeutico che aumenti il loro livello plasmatico possa avere un effetto antiaterosclerotico e di protezione nei confronti delle malattie cardiovascolari (CVD). Le recenti esperienze derivanti dallo studio con torcetrapib (un inibitore della Cholesteryl ester transfer protein, CETP) ha generato molte domande sul significato dell’aumento del c-HDL.

Il lavoro è veramente un’ampia e approfondita rivisitazione dell’eterogeneità delle HDL, della loro funzione e della relazione con le CVD. Le attività delle varie frazioni di HDL determinano il concetto di funzioni diverse per le diverse sub frazioni (figura 2): protezione nei confronti delle CVD, promozione del recupero del colesterolo da parte dei macrofagi e del suo trasporto inverso, attività antinfiammatoria, stimolazione alla produzione di NO. Le conclusioni si riferiscono alla necessità di procedere a una valutazione di c-HDL in relazione alle attività delle diverse sub frazioni, o meglio rinunciare all’ostilità nei confronti della misura delle apo A-I, che paiono essere clinicamente meglio maneggevoli e interpretabili nel loro comportamento.



Il metodo di riferimento per la determinazione delle LDL è la beta quantificazione, sviluppato dal CD con l’ultracentrifugazione, che viene ritenuto complesso e indaginoso dai laboratori aggregati alla clinica. E’ usato invece nella routine un approccio matematico proposto da Friedwald ormai alcune decine di anni addietro (Clin Chem 1972; 18: 499-502), che richiede la misura di HDL, trigliceridi (TG) e un fattore di calcolo riferibile alla stima di concentrazione delle VLDL. E’ un approccio non valido quando i TG superano i 400 mg/dL, nella disbetalipoproteinemia familiare e quando le VLDL sono anormali per composizione.

Dal punto di vista dell’utilizzo clinico, la determinazione delle apoB appare più significativa rispetto al metodo di calcolo e addirittura alla determinazione delle LDL per ultracentrifugazione in diversi studi (Lancet 2001; 358: 2026-58, Lancet 2003; 361: 777-80; Lancet 2004; 364: 937-52; J Int Med 2006; 259: 247-58). Infatti, apoB, apoA-I e rapporto apoB/apoA-I hanno dimostrato di essere significativamente predittivi di infarto miocardico (MI) nei due generi. Raggiungere il target terapeutico delle apoB può essere un obiettivo terapeutico più importante rispetto al livello delle LDL. Il metodo è standardizzato (J Int Med 2006; 259: 437-46).

Lo stesso numero di Clinical Chemistry propone una formula che, tenendo conto dei trigliceridi e delle apoB, consenta di calcolare il valore di LDL-apoB. Questo approccio potrebbe aumentare i costi, anche se già è dimostrato che la determinazione di apoB con metodo immnunometrico ha un rapporto costo/efficacia superiore alla determinazione matematica di LDL nei confronti della predizione del RCV. Nei pazienti in cui l’ipertrigliceridemia costituisce un’anomalia importante tipo sindrome metabolica, obesità, diabete, nefropatia cronica e iperlipoproteinemia familiare, la determinazione di apoB diventa essenziale. In una fase di approfondimento successivo si potrebbe usare l’accoppiamento di LDL più apoB, che potrebbe dare risalto alla presenza di LDL small particle e aggiungere qualche informazione in più sulla dislipidemia aterogena.

Purtroppo in tutto questo approccio vi è un grande impedimento dovuto alle linee guida del National Cholesterol Education Program (NCEP) Adult Treatment Panel  (ATP) III, che indicano i livelli terapeutici da raggiungere per LDL, ma non ancora per apoB, anche se sollecitano la loro introduzione nella routine.

Bibliografia

1. Movva R e Rader D. Laboratory Assessment of HDL Heterogeneity and Function. Clin Chem 2008; 54: 788-99
2. Burnett J e Watts G. Estimating LDL ApoB: Infomania or Clinical Advance. Clin Chem 2008; 54: 782-4
3. Baca A, et al. Estimation of LDL associated apo B from measurement of Trygliceride and total apo B. Clin Chem 2008; 54: 907-10

Integrated Biomarkers in Cardiovascular Diseases

Un passo avanti nel campo dell’uso dei biomarker è legato all’uso di Integrated Biochemical and Bioimaging Markers. Ma qual è il ruolo dell’uso integrato di marcatori di immagine e biochimici nel contesto delle malattie cardio-cerebro-vascolari (MCCV), nella diagnosi, nella prevenzione e nel trattamento? La decisione clinica nello studio di un singolo paziente o nella stratificazione del rischio in popolazioni, o nello sviluppo di un farmaco, richiede sempre più strumenti diagnostici che hanno un valore predittivo significativo nel contesto considerato (per gli studi clinici vedi anche qui).

Un valore predittivo elevato è ancora più urgente nell’approccio clinico alle MCCV (Circulation 2006; 113: 2335-62), dove i clinici sono spesso sotto la pressione di un numero crescente di nuovi biomarker e dell’innovazione tecnologica delle bioimmagini. La combinazione di più biomarker (Biomarkers Med 2007; 1: 1-13), con l’integrazione di marcatori biochimici e di bioimmagine, appare più promettente dei biomarker isolati in termini di valore predittivo dei diversi momenti fisiopatologici di ACS, HF e ictus e nella stratificazione del rischio di popolazioni (J Int Med 2007; 261: 214-34).

L’integrazione dei biomarker richiede sempre maggiore attenzione. C’è comunque una crescente necessità di aumentare la comprensione, la validazione e la qualificazione dell’uso dei marcatori in malattie così impegnative dal punto di vista diagnostico come le MCCV. Secondo le indicazioni FDA nella farmacogenomica (25 ottobre 2006), i biomarker possono essere classificati come a) degni di studio, b) probabilmente validi e c) validi. E’ quindi necessario trovare consenso sui criteri per validare e qualificare i biomarker isolati e per integrarli nello specifico contesto di uso di detto strumento (Circulation 2007; 115: 949-52).

Nell’ambito del progetto Integrated Biomarkers della Fondazione Lorenzini, due eventi hanno evidenziato i temi critici relativi all’uso dei biomarker a supporto della decisione clinica nelle MCCV. Il Corso di Lugano del 27-29 ottobre 2005 e il Simposio di Berlino del 21-23 giugno 2007 hanno largamente confermato la necessità e i vantaggi di una discussione aperta e un dialogo alla pari tra clinici, biochimici, biomatematici e bioinformatici, con esperti di immagini, materia regolatoria, organizzazioni sanitarie, economia sanitaria, industria del farmaco e della diagnostica per raggiungere una raccomandazione di consenso sull’uso dei biomarker. Questa raccomandazione si è rinforzata nel tempo e ha contribuito alla preparazione del terzo Simposio.

La necessità di mettere a confronto scenari medici e quindi approcci diversi all’uso dei biomarker integrati o singoli, ha spinto a scegliere Seattle quale sede del terzo evento. Dopo il confronto con gli esperti della Charité di Berlino ci si propone ora di aprire un confronto con il mondo clinico e di scienziati dell’Università dello Stato di Washington.

Attualità del 3° Simposio

Le MCCV – insieme con tumori, disordini cerebrali e malattie infiammatorie – sono responsabili della maggioranza della perdita anticipata di vite umane, dell’incremento di disabilità e del carico organizzativo ed economico sui sistemi sanitari. L’innovazione tecnologica sta offrendo una serie senza fine di nuove proposte di biomarker di ordine biochimico come nella bioimmagine. La decisione del medico, negli studi clinici come di fronte al singolo malato, è stressata dalla necessità di strumenti di diagnostici ad alto valore predittivo. Le proposte di linee guida negli ultimi anni stanno indirizzando i clinici all’uso dei biomarker nella diagnosi, prevenzione e trattamento delle malattie. Ecco, suddivise per area, le più recenti linee guida pubblicate negli ultimi anni.

Angina
J Am Coll Cardiol 2007; 50 (7): e1-e157                      
J Am Coll Cardiol 2007; 50 (23): 2264-74
J Am Coll Cardiol 2007; 50 (7): 652-726          
Eur Heart J 2006; 27: 1341-81

Diabete
Diab Care 2008; 31: S5- S11               
Eur Heart J 2007; 28: 88-136

Ipertensione
Eur Heart J 2007; 28: 1462-536

Pratica clinica
Diab Care 2008; 31: S3-S4
Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2007; 14(S2): E1-40

Fibrillazione
J Am Coll Cardiol 2006; 48: 854-906

Scompenso cardiaco
Circulation 2005; 112: e154-235                
Eur Heart J 2005; 26: 1115-40
Eur Heart J 2005; 26: 384-416               
J Am Coll Cardiol 2005; 46: 1144-78
J Am Coll Cardiol 2005; 46: 1180-207

Interventi coronarici percutanei
J Am Coll Cardiol 2008; 51: 172-209

Infarto miocardico
Circulation 2007; 116: 2634-53

Sindromi coronariche acute
Eur Heart J 2007; 28: 1598-660
J Am Coll Cardiol 2007; 50: e1-e157
J Am Coll Cardiol 2007; 50: 2264-74

Cardiopatie valvolari
Eur Heart J 2007; 28: 230-68
J Am Coll Cardiol 2006; 48: e1-148

Arteriopatia periferica
Circulation 2006; 113: e463-654

Aritmie
J Am Coll Cardiol 2006; 48: e247-346

Pacing cardiaco e resincronizzazione
Eur Heart J 2007; 28: 2256-95

Prevenzione
Circulation 2006; 113: 2363-72
J Am Coll Cardiol 2007; 49: 1230-50
Eur Heart J 2007; 28: 2375-414

Comunque l’alto numero di biomarker già sul mercato o in via di viluppo richiede:

• standardizzazione e validazione dei metodi;
• qualificazione nell’ambito del loro uso clinico;
• valutazione del loro rapporto costo/benefici in accordo con le regole dei sistemi di economia sanitaria;
• evidenza clinica del loro uso nei trial;
• consenso per la definizione di criteri per la qualificazione in contesti specifici;
• consenso per la definizione di criteri per la trasferibilità e il migliore uso nella pratica, non solo nei centri di eccellenza ma anche nella estesa gamma di strutture indirizzate all’assistito.

Per rispondere alle numerose ancora aperte domande in campo clinico e di procedura della qualificazione dei biomarker e dell’uso più efficace della loro integrazione è stato disegnato e preparato il 3° Simposio (figura 3), che terrà conto anche delle domande poste dall’FDA nei confronti dei criteri per la qualificazione in contesti clinici specifici. I temi trattati, sempre basandosi sulla realtà di casi clinici (come già è avvenuto con grande risultato di accettazione in Berlino), metteranno a disposizione dei partecipanti approfondimenti e nuove prospettive nella applicazione della integrazione dei biomarker nelle aree: HDL and cardiovascular disease; insulin resistance, diabetes and cardiovascular disease; imaging and vascular disease: IVUS, IMT, angiography, MRI; integration of genomics and proteomics; and the use of biomarkers in clinical trials. Le aree clinico-patologiche di riferimento saranno: atherosclerosis, lipid disorders, coronary and carotid artery disease, acute and chronic heart failure, cardiometabolic risk, hypertension, diabetes, obesity, thrombosis, inflammation.



Accreditation

CME Credits (ECM – EACCME – EBAC - CME): CME credits for the MRF 2008 Symposium will be requested from EACCME (European Accreditation Council for Continuing Medical Education) for European and US participants, from EBAC (European Board for Accreditation in Cardiology) for European participants and from the Italian Ministry of Health for Italian participants. EACCME credits are recognized by the American Medical Association towards the Physician's Recognition Award (PRA). To convert EACCME credit to AMA PRA category 1 credit, AMA has to be contacted.