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Titel:Extrazelluläre Vesikel als neue Biomarker bei der Diagnostik entzündlicher Lungenerkrankungen
Autor:Brinke, Kristina auf dem
Weitere Beteiligte: Schmeck, Bernd (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2021
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2021/0166
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2021-01663
DOI: https://doi.org/10.17192/z2021.0166
DDC: Medizin
Publikationsdatum:2021-04-21
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Exosomen, biomarker, Biomarker, acute exacerbation, COPD, Plasma, COPD, plasma, exosomes, pneumonia, akute Exazerbation, extrazelluläre Vesikel, Exosomenarray, Pneumonie, extracellular vesicles, exosome array

Zusammenfassung:
Die ambulant erworbene Pneumonie (CAP) und die akut exazerbierte COPD (AECOPD) sind zwei häufige Erkrankungen, die weltweit mit einer hohen Morbidität und Mortalität einhergehen. Da sie sich klinisch sehr ähnlich präsentieren können, ist die Differentialdiagnostik schwierig. Kleine Extrazelluläre Vesikel (sEV) gewinnen als neue Biomarker zunehmend an Aufmerksamkeit. Ihre Oberflächenproteine und andere Bestandteile sind abhängig von der Ursprungszelle und könnten einen Schritt in Richtung „Liquid Biopsie“ darstellen. In der vorliegenden Pilotstudie wurden die Oberflächenproteine von Plasma- Exosomen auf ihre Aussagekraft zur Diagnostik einer CAP oder AECOPD untersucht. Dazu wurden 40 Oberflächenproteine mittels EV-Array bestimmt. Im Fokus der Studie stand die Fähigkeit der Biomarker, die Studiengruppen voneinander zu unterscheiden. Außerdem wurde betrachtet, inwiefern sich die Parameter zur Einschätzung des Schweregrades einer Pneumonie eignen. Als weitere Parameter wurden Differentialblutbild und CRP, klinische Parameter und klinische Scores (CRB-56, CURB, PSI, GOLD 1-4, GOLD A, B, C, D und mMRC) erhoben. Insgesamt wurden die Plasma-Proben von 55 Probanden untersucht, darunter waren 24 CAP-Patienten, 10 AECOPD-Patienten und 21 gesunde Probanden. Der EV-Array ergab signifikante Unterschiede zwischen Gesunden, CAP-Patienten und AECOPD-Patienten. Zur Unterscheidung zwischen CAP und AECOPD waren CD45 und CD28 am besten geeignet, die ROC-Analyse ergab eine AUC > 0,92. Zur Unterscheidung zwischen CAP-Patienten und Gesunden ergaben sich für CD45 und CD16 die besten Werte. Eine Unterteilung in unkomplizierte und schwere CAP war mit ICAM-1 am besten möglich. Da die Abgrenzung einer CAP zur Exazerbation bei COPD-Patienten besonders schwierig ist, wurde untersucht, ob eine Unterscheidung zwischen CAP und AECOPD auch möglich war, wenn die CAP-Patienten als Vorerkrankung eine COPD aufwiesen. Die Methode der Ensemble Feature Selection ergab hierfür ein Panel bestehend aus CD45, CD28, CTLA4, TNF-R-II und CD16. Insgesamt ist der EV-Array in dieser Pilotstudie eine einfache und minimalinvasive diagnostische Möglichkeit, um zwischen Gesunden, CAP-Patienten und AECOPDPatienten zu unterscheiden.

Summary:
Community-acquired pneumonia (CAP) and acute exacerbated COPD (AECOPD) are two common diseases associated with high morbidity and mortality worldwide. Due to similarities in their clinical presentation, differential diagnosis is difficult. Small extracellular vesicles (sEVs) are considered as potential as new biomarkers. Their surface proteins and other constituents are depending on their cell of origin and could be a step toward the anticipated "liquid biopsies". In this pilot study, we examined the surface proteins of plasma exosomes that possibly allow the differential diagnosis of CAP and AECOPD. For this purpose, 40 surface proteins were analysed by EV-array. The study was focused on the potential of the biomarkers to differentiate between the different study groups. Also, the ability of the parameters to estimate the severity of pneumonia was studied. Other parameters collected were blood count and CRP, clinical parameters and clinical scores (CRB-56, CURB, PSI, GOLD 1-4, GOLD A, B, C, D, and mMRC). In total, plasma samples from 55 human subjects were examined, including 24 CAP patients, 10 AECOPD patients and 21 healthy subjects. The EV array revealed significant differences between healthy subjects, CAP patients, and AECOPD patients. We found CD45 and CD28 to be the best discrimination markers on plasma exosomes between CAP and AECOPD with an AUC > 0.92 in a ROC analysis. To distinguish between CAP patients and healthy subjects, CD45 and CD16 showed the best results. A classification into uncomplicated and severe CAP was possible with ICAM-1. Since the diagnosis of CAP in COPD patients is particularly difficult, it was investigated whether a distinction between CAP and AECOPD is possible even if the CAP patient had COPD. Here, the ensemble feature selection resulted in a panel consisting of CD45, CD28, CTLA4, TNF-R-II and CD16. All in all, the EV array is a simple and minimal-invasive diagnostic tool with potential to distinguish between healthy subjects, CAP patients, and AECOPD patients. Further studies with bigger cohorts are needed to explore the potential of sEV proteins as new biomarkers in the diagnosis of infectious lung diseases.


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