בסקירה שפורסמה לאחרונה בכתב העת איכות הסביבה הבינלאומית, חוקרים דנים ביתרונות של אפידמיולוגיה מבוססת שפכים (WBE) על פני טכניקות אבחון קונבנציונליות, שהאחרונות שבהן לרוב יקרות ופולשניות. לאחר מכן הם בוחנים מחקרים בתחום החדש יחסית של אבחון אלצהיימר המבוסס על סמנים ביולוגיים ונוזלי גוף היקפיים, את הפוטנציאל לשילוב גישות זיהוי אלו בפלטפורמות WBE קיימות, ואת האתגרים העומדים בפניהם כיום ביישום האינטגרציות הללו.
מחקר: סמנים ביולוגיים של שתן למחלת אלצהיימר: הזדמנות חדשה לאפידמיולוגיה מבוססת שפכים? קרדיט תמונה: Avigator Fortuner / Shutterstock
האבולוציה של חקר מחלת האלצהיימר
מחלת אלצהיימר (AD) היא מצב נוירודגנרטיבי המאופיין בהצטברות לא תקינה של חלבונים (במיוחד עמילואיד וטאו) בתאי המוח ובסביבתם, וכתוצאה מכך ירידה קוגניטיבית מתקדמת. זהו מצב מתיש מאוד, הגורם השכיח ביותר לדמנציה, והמחלה הכרונית החמישית בקטלנית בבני אדם מעל גיל 65.
באופן מדאיג, השכיחות העולמית של AD עולה במהירות, כאשר מחקרים חושפים עלייה של יותר מפי שניים בפחות משלושה עשורים בין 1990 ל-2019. מודלים חיזויים קליניים וכלכליים מעריכים כי עד שנת 2050, בין 114 ל-152 מיליון חולים סובלים מהמחלה, כאשר הפסדים כספיים הקשורים לדמנציה צפויים לעלות בהרבה על 2.8 טריליון דולר אמריקאי.
AD הוא רב גורמים באופיו, עם שילוב של משתנים גנטיים וסביבתיים שנחשבים לעורר את המצב. למרבה הצער, זה מסבך את האבחנות של AD, כאשר חלק גדול מהמקרים נותרו לא מזוהים או מזוהים מאוחר מדי. גישות אבחון קונבנציונליות כוללות שימוש בדימות תהודה מגנטית (MRI) וסריקות טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET). טכניקות אלו יקרות ודורשות ציוד מיוחד ומומחיות, לפי הדיווחים הם למעלה מ-753 יורו בשבדיה, 649 יורו בגרמניה, ויותר מ-8,400 דולר אמריקאי באמריקה.
אמנם קיימות שיטות פחות יקרות לאבחון AD, אך לרוב הן כוללות פרוצדורות כירורגיות פולשניות ביותר. בעיות אלו מורכבות במדינות בעלות הכנסה נמוכה עד בינונית (LMIC) שלעתים קרובות חסרות את המשאבים הנדרשים לאבחון AD ודמנציה מכל סוג שהוא. מחקר אבחון עדכני של AD התמקד בשימוש בטכניקות אבחון לא פולשניות או זעיר פולשניות הכוללות נוזלים ביולוגיים כגון דם, שתן ורוק כדי להתגבר על האתגרים הללו. ריכוזי סמנים ביולוגיים בתוך נוזלים ביולוגיים אלה, במיוחד כאשר הם מנותחים באמצעות למידת מכונה ומודלים אחרים של בינה מלאכותית, הוכחו כמסוגלים לזהות AD הרבה לפני הופעת הסימפטומים הניתנים לצפייה חיצונית, מה שמקדם עוד יותר את אימוץ הגישות החדשות הללו.
אבל מה אם נוכל ללכת רחוק יותר?
בעקבות המלצת ארגון הבריאות העולמי (WHO) לפיתוח גישות אבחון והערכת סיכונים ברמת האוכלוסייה כדי להקל על מאמצי מניעה טובים יותר וניהול משאבים הנלווים לתוכניות התגובה שלו ל-AD, מחקרים עדכניים חקרו את הפוטנציאל של נוזלים ביולוגיים היקפיים, במיוחד תכולת שתן, בניהול AD.
לאחרונה, אפידמיולוגיה מבוססת שפכים (WBE) נחקרת ככלי ניטור בריאותי בקנה מידה קהילתי תוך שימוש באפיון וכימות של כימיקלים וסמנים ביולוגיים במי ביוב.
איפה אנחנו ביישום WBE?
למרות ש-WBE דווח לראשונה בצורה פרימיטיבית יותר בשנת 1954 והמתודולוגיה הנוכחית שלו הוקמה בשנת 2001, היישום של WBE נותר מוגבל בעיקר לאיתור ניטור של מחלות פתוגניות כגון מחלת הקורונה 2019 (COVID-19) הגורמת לתסמונת נשימתית חריפה נגיף קורונה 2 (SARS-CoV-2). לרוע המזל, היישום של WBE בניטור עיקר התמותה העולמית – מחלות כרוניות, לא מדבקות (41 מיליון מקרי מוות בשנה המהווים 74% מהתמותה השנתית) – מוגבל ביותר.
למרבה המעודד, המידע המוגבל הזה מבטיח – עד כה, ניתוחי פרוטאומיקה שמקורם בשפכים זיהו סמנים ביולוגיים הקשורים למחלות לב וכלי דם (CVD), סרטן, מסלול פרסנילין, מחלת הנטינגטון, ואולי אפילו AD. זה מצביע על כך שהשילוב בקנה מידה גדול של סמנים ביולוגיים של מחלות כרוניות בפלטפורמות WBE קיימות עשוי להביא לחיסכון משמעותי בחיי אדם ולכלכלה העולמית.
אז למה לא מתרחש יישום בקנה מידה גדול?
יישום בקנה מידה אוכלוסי של ניתוח סמנים ביולוגיים של מחלות כרוניות בתשתית WBE לא יכול להתרחש מבלי להתגבר תחילה על אתגרים ספציפיים. ראשית, איננו יודעים את ההשפעות של ריכוזי סמנים ביולוגיים אנדוגניים ואת המתאמים שלהם עם הסיכון למחלה. מחקרים קודמים זיהו רק סמנים ביולוגיים הקשורים לסיכון, ולא כימת אותם.
שנית, קיים חוסר בסמני פרמטרים מאושרים אוניברסליים של אוכלוסייה, שלא לדבר על זרימות שפכים, כאשר (שלישי) המטריצה המורכבת של תערובת שפכים צפויה להפוך את ריכוזי הסמנים הביולוגיים לנמוכים ביותר. מגבלות טכנולוגיות נוכחיות עשויות למנוע גילוי, הרבה פחות כימות, של ספקטרום של סמנים ביולוגיים המעריכים את הסיכון ברמת הקהילה למחלות מרובות.
מה על המדענים לעשות כדי להתגבר על האתגרים הללו, לפחות להערכת סיכון ל-AD?
חוקרים זיהו מספר סמנים ביולוגיים של חלבון הקשורים ל-AD. אלה כללו כאלה כמו AB, Tau ו-AD7C-NTP, הידועים כמעורבים ישירות במנגנונים הפתולוגיים של המצב, ו-RNAs לא מקודדים ארוכים (LncRNAs) כגון BDNF-AS, BACE1-AS, MAGI2-AS3, RMRP ו-EBF3 -כפי ש. LncRNAs הם מחלקה מרתקת של מולקולות RNA גדולות המשרתות פונקציות אפיגנטיות למרות שאינן מקודדות לחלבונים פונקציונליים.
הטמעת מנגנונים למדידת עקה חמצונית וחוסר ויסות של נוירוטרנסמיטרים יכולה לשמש ראיה תוקף בהערכת הסיכון של AD ומחלות רבות אחרות.
"… טכניקות אנליטיות מתקדמות שהוכיחו את עצמן כמוצלחות במסגרות קליניות הוצעו כפתרונות לאתגרים אלו, כולל כרומטוגרפיית נוזלים בעלת ביצועים גבוהים בשילוב עם ספקטרומטר מסה אורתוגונלי ארבע-פולי אורתוגונלי (UPLC-Q-TOF/MS/MS) ), ספקטרומטריית מסה בזמן טיסה של אלקטרופורזה נימית (CE-TOF-MS), שיטות הפרדה מבוססות מיקרו-נוזליות, SIMOA או חיישנים ביו מבוססי נוגדנים או aptamer."
