The human body is an intricate network of systems, and central to its operation is the central nervous system (CNS), consisting of the brain and spinal cord—serving as the main command center. Understanding the CNS and its malfunctions is a critical part of medical science, and one way we do this is through the use of biomarkers – mesurable indicators. Biomarkers can be described as biological ‘signals’ indicating the presence or progression of a disease. In the context of CNS diseases, one such biomarker that has been gaining prominence is the neurofilament light chain (NfL).
Mulitple Sclerosis and New Biomarkers – NfLs
Multiple sclerosis, often shortened to MS, is a long-term disease that affects the brain and spinal cord. It’s caused by an overactive immune system that mistakenly attacks healthy parts of the body, leading to damage to the protective layer around nerve fibers. This is what experts call a “demyelinating disease.” Now, MS can present itself in different ways. In most people (around 85%), the disease comes and goes, with periods of relative health in between episodes of symptoms – this is known as relapsing-remitting MS. However, for about 15% of people with MS, the disease gets progressively worse from the start without any periods of remission. This is referred to as progressive MS, which can be either primary or secondary.
At the core of MS lies two destructive forces:
- oxidative stress, which is like a form of ‘rusting’ in the body
- inflammation of the nerve tissue, often a reaction to the body fighting off perceived threats.
Both of these forces are significant players in the development and progression of MS. Unfortunately, these processes ultimately lead to unavoidable damage to the nerve fibers or “axons,” which are essential for carrying electrical signals around the body. Understanding these processes helps us grasp the complex nature of this disease.
Neurofilament light chain (NfL) is a key building block in the ‘wires’ of your brain, which are known as axons. These axons help transmit messages, just like wires transmit electricity. Usually, these axons contain a lot of NfL, and only a tiny bit of NfL is ‘leaked’ out. As we get older, a bit more NfL might leak out, but generally, it stays mostly inside the axons. However, when these axons get damaged, through diseases or injury, they can leak a lot more NfL.
This leaked NfL can then find its way into the brain’s ‘cushioning fluid’, known as cerebrospinal fluid (CSF), which is the fluid that surrounds and protects the brain and spinal cord. From there, it can move into the bloodstream. But remember, the amount of NfL in the blood is a lot less than in the cerebrospinal fluid.
Since NfL might give clues about these diseases, more and more scientists are studying it. Even though the cerebrospinal fluid might give us more accurate information, it’s much easier to take a blood sample. This is why there’s a lot of interest in finding easy and accurate ways to measure NfL levels in the blood.
SIMOA: A Reliable Method for Biomarker Detection
The research by Burak Arslan and Aylin Sepici Dinçel, from the Department of Medical Biochemistry, Gazi University Faculty of Medicine, Ankara, Turkey, has shown something more – the role of NfLs in non-demyelinating CNS diseases.
The research process involved gathering CSF and blood samples from patients suffering from various CNS diseases, both demyelinating and non-demyelinating. For the accurate and sensitive measurements, authors utilized an innovative technique called the Single Molecule Array (SIMOA) method. SIMOA is renowned for its ability to detect minute amounts of substances in biological samples, making it an ideal tool to quantify NfL levels.
The results showed that NfL levels in CSF could serve as an effective tool not only for tracking demyelinating diseases, but also for managing non-demyelinating CNS diseases.
One of the significant observations was that patients with malignant brain tumors presented higher NfL levels. Additionally, authors found a strong correlation between the number of T2 lesions (a specific type of abnormality visible in brain scans) in patients with multiple sclerosis and their CSF NfL levels.
On the technical side, this study confirmed the superiority of the SIMOA method for measuring NfL levels in the blood compared to conventional methods. This finding reinforces the value of SIMOA as a trusted technique for sensitive detection of biomarkers, enhancing its potential for wider adoption in clinical practice.
However, scientific pursuit is never-ending. This study, while offering vital insights, was restricted by its small size and the inherent limitations of research funding and ethical considerations related to biological sample collection. Hence, to delve deeper into the role of NfL levels in non-demyelinating CNS diseases, more extensive studies are required.
In summary, this research adds a piece to the puzzle of understanding CNS diseases. We have known about the potential of NfL as a biomarker for demyelinating diseases, but this study opens up new avenues for its use in non-demyelinating conditions as well. Furthermore, these findings reaffirm the reliability and robustness of the SIMOA method for these investigations. The quest for understanding is far from over, and further research is needed to draw a comprehensive picture.
The translation of the preceding English text in Turkish:
İnsan vücudu, karmaşık bir sistemler ağıdır ve bu işleyişin merkezinde beyin ve omurilikten oluşan merkezi sinir sistemi (MSS) bulunur – ana komuta merkezi olarak hizmet verir. MSS’yi ve işleyiş bozukluklarını anlamak, tıbbi bilimin kritik bir parçasıdır ve bunu başarmak için bir yol, biyobelirteçler – ölçülebilir biyolojik göstergeler – kullanımıdır. Biyobelirteçler, bir hastalığın varlığını veya ilerlemesini gösteren biyolojik ‘sinyaller’ olarak tanımlanabilir. MSS hastalıkları bağlamında, öne çıkan bir biyobelirteç olan nörofilament hafif zincir (NfL) üzerine konuşacağız.
Multipl Skleroz ve Yeni Biyobelirteçler – NfL’ler
Çoklu skleroz, genellikle MS olarak kısaltılan, beyin ve omuriliği etkileyen uzun süreli bir hastalıktır. Sağlıklı vücut parçalarına yanlışlıkla saldıran aşırı aktif bir bağışıklık sistemi tarafından oluşur, bu da sinir liflerinin etrafındaki koruyucu tabakanın hasar görmesine yol açar. Bu duruma uzmanlar “demyelinizan hastalık” derler. Şimdi, MS farklı şekillerde kendini gösterebilir. Çoğu insanın (%85 civarı) hastalığı gelir ve gider, belirtilerin episodları arasında görece sağlıklı dönemlerle – bu duruma relapsing-remitting MS denir. Ancak, MS hastalarının yaklaşık %15’inde, hastalık başlangıçtan itibaren herhangi bir remisyon dönemi olmaksızın sürekli olarak kötüleşir. Bu durum, primer ya da sekonder olabilen progresif MS olarak adlandırılır.
MS’nin merkezinde iki yıkıcı güç yatar:
- vücutta bir tür ‘paslanma’ şeklinde olan oksidatif stres,
- genellikle vücudun algılanan tehditlere karşı mücadele etmesine bir reaksiyon olarak sinir dokusunun iltihaplanması.
Bu iki güç, MS’nin gelişiminde ve ilerlemesinde önemli oyunculardır. Ne yazık ki, bu süreçler sonunda, vücuttaki elektrik sinyallerini taşıyan sinir liflerine veya “aksonlara” kaçınılmaz hasara yol açar. Bu süreçleri anlamak, bu hastalığın karmaşık doğasını anlamamıza yardımcı olur.
Nörofilament hafif zincir (NfL), beyin ‘telllerinizin’ bir anahtar yapı taşıdır, bu tellere aksonlar denir. Bu aksonlar, tıpkı tellerin elektrik iletmeleri gibi, mesajları iletir. Genellikle, bu aksonlar çok miktarda NfL içerir ve sadece çok küçük bir miktar NfL dökülür veya ‘sızar’. Yaşlandıkça, biraz daha fazla NfL sızabilir, ancak genellikle çoğunlukla aksonların içinde kalır. Ancak, bu aksonlar hastalıklar veya yaralanmalar nedeniyle hasar gördüğünde, çok daha fazla NfL sızabilir.
Bu sızan NfL, beyin ve omuriliği çevreleyen ve koruyan sıvı olan beyin omurilik sıvısı (BOS) olarak bilinen beynin ‘amortisör sıvısına’ yol bulabilir. Oradan, kan dolaşımına geçebilir. Ancak unutmayın, kandaki NfL miktarı, beyin omurilik sıvısındakinden çok daha azdır.
NfL’nin bu hastalıklar hakkında ipuçları verebileceği düşünüldüğünden, daha fazla sayıda bilim insanı bunu araştırmaktadır. Beyin omurilik sıvısı daha doğru bilgiler verebilirken, kan örneği almak çok daha kolaydır. Bu yüzden, kan örneğinde NfL seviyelerini kolay ve doğru bir şekilde ölçme yollarını bulmakta büyük bir ilgi vardır.
SIMOA: Güvenilir Bir Biyobelirteç Tespit Yöntemi
Türkiye’deki Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyokimya Bölümü’nden Burak Arslan ve Aylin Sepici Dinçel’in araştırması, demyelinizan olmayan MSS hastalıklarındaki NfL’lerin rolünü de ortaya koymuştur.
Araştırma süreci, hem demyelinizan hem de demyelinizan olmayan çeşitli MSS hastalıklarından muzdarip hastalardan BOS ve kan örnekleri toplamayı içeriyordu. En hassas ve doğru ölçümler için, yazarlar Tekli Molekül Dizilimi (SIMOA) adlı yenilikçi bir teknikten yararlandı. SIMOA, biyolojik örneklerdeki madde miktarını çok küçük ölçülerde tespit edebilme yeteneği ile ünlüdür, bu da NfL seviyelerini ölçmek için ideal bir araç yapar.
Sonuçlar, BOS’daki NfL seviyelerinin, sadece demyelinizan hastalıkları izlemek için değil, aynı zamanda demyelinizan olmayan MSS hastalıklarını yönetmek için de etkili bir araç olabileceğini gösterdi.
Önemli gözlemlerden biri, malign beyin tümörü olan hastaların daha yüksek NfL seviyelerine sahip olduğuydu. Ayrıca, yazarlar, multipl sklerozlu hastaların T2 lezyonlarının (beyin taramalarında görünen belirli bir tür anormallik) sayısı ile BOS NfL seviyeleri arasında güçlü bir korelasyon buldular.
Teknik yönüne bakıldığında, bu çalışma, NfL seviyelerini kan örneğinden ölçme konusunda SIMOA yönteminin geleneksel yöntemlere göre üstünlüğünü doğruladı. Bu bulgu, SIMOA’nın hassas biyobelirteç deteksiyonu için güvenilir bir teknik olduğu değerini pekiştiriyor ve klinik uygulamada daha geniş kabul görme potansiyelini artırıyor.
Ancak, bilimsel arayış hiçbir zaman sona ermez. Bu çalışma, çok önemli bilgiler sunmasına rağmen, küçük ölçeği ve biyolojik örnek toplama ile ilgili etik hususlar ve araştırma fonlamasının doğal sınırlamaları nedeniyle kısıtlıydı. Dolayısıyla, demyelinizan olmayan MSS hastalıklarındaki NfL seviyelerinin rolünü daha ayrıntılı olarak incelemek için daha geniş çaplı çalışmalara ihtiyaç vardır.
Özetle, bu araştırma, MSS hastalıklarını anlama puzzle’ına bir parça ekler. Demyelinizan hastalıklar için bir biyobelirteç olarak NfL’nin potansiyelini biliyorduk, ancak bu çalışma, demyelinizan olmayan durumlar için kullanımına yeni yollar açıyor. Ayrıca, bu bulgular, SIMOA yönteminin bu araştırmalar için güvenilirliğini ve sağlamlığını teyit eder. Anlama arayışı henüz bitmedi ve daha kapsamlı bir tablo çizmek için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.
Reference: Arslan B, Ayhan Arslan G, Tuncer A, Karabudak R, Sepici Dinçel A. Evaluation of cerebrospinal fluid neurofilament light chain levels in multiple sclerosis and non-demyelinating diseases of the central nervous system: clinical and biochemical perspective. Biomol Biomed [Internet]. 2022Sep.16 [cited 2023Jul.31];22(5):699-706. Available from: https://www.bjbms.org/ojs/index.php/bjbms/article/view/7326
Editor: Ermina Vukalic
Leave a Reply