Метаболіти серотоніну і катехоламінів як пухлинні біомаркери: сучасні досягнення в інструментальних методах аналізу
Анотація
Онкологічні захворювання залишаються однією з основних причин смертності у світі, а їхня рання діагностика є основним фактором успішного лікування. Останніми роками зростає інтерес до неінвазійного визначення пухлинних біомаркерів у біологічних рідинах. Ці біомаркери різноманітні за структурою – від низькомолекулярних сполук (катехоламіни, їхні метаболіти) до макромолекул (білки, мРНК, мікроРНК, антигени). Серед метаболічних біомаркерів важливе значення мають катехоламіни (дофамін, адреналін, норадреналін) та їхні метаболіти: ванілілмигдалева кислота (ВМК), гомованілінова кислота (ГВК) і 5-гідроксиіндолоцтова кислота (5-HIAA) – метаболіт серотоніну. Визначення рівня екскреції цих кислот використовують для ранньої діагностики захворювань центральної нервової системи та нейрогенних пухлин, зокрема, нейробластоми, феохромоцитоми, парагангліоми. Визначення вмісту 5-HIAA в добовій сечі застосовуютьу діагностиці карциноїдних пухлин.
У цьому огляді представлено порівняльний аналіз методів детекції пухлинних біомаркерів у біологічних рідинах. Для аналізу ВМК, ГВК і 5-HIAA використовують різні інструментальні підходи, зокрема, спектрофотометрію, флуориметрію, ВЕРХ та електрохімічні методи. Хоча ВЕРХ забезпечує високу чутливість і селективність, але попередня підготовка зразка призводить до підвищення вартості, складності й тривалості аналізу, роблячи його менш вигідним для клінічної практики. Натомість, електрохімічні методи, зокрема, з використанням сенсорів на основі молекулярно-імпринтованих полімерів (МІП) і наноматеріалів, є альтернативою, що не потребує складної підготовки зразка і дає змогу забезпечити точне та швидке вимірювання. Особливу увагу приділено сенсорам, здатним до вибіркового виявлення біомаркерів. Розвиток і вдосконалення методів кількісного аналізу біомаркерів-метаболітів відкривають нові можливості для підвищення ефективності неінвазивної діагностики раку, індивідуалізації підходів до лікування та моніторингу пацієнтів.
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
Allenbrand R., Garg U. Quantitation of homovanillic acid (HVA) and vanillylmandelic acid (VMA) in urine using gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) // Clin. Appl. Mass. Spectrom. 2010. Р. 261-269.
https://doi.org/10.1007/978-1-60761-459-3_24
Antherjanam S., Saraswathyamma B., Kumar S. M. S. Simultaneous electrochemical determination of the tumor biomarkers homovanillic acid and vanillylmandelic acid using a modified pencil graphite electrode // Microchem. J. 2023. Vol. 190. Р. 108659. https://doi.org/10.1016/j.microc.2023.108659.
https://doi.org/10.1016/j.microc.2023.108659
Balakrishna P., George S., Hatoum H., Mukherjee S. Serotonin Pathway in Cancer // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol. 22 (3). Р. 1268. doi.org/10.3390/ijms22031268
https://doi.org/10.3390/ijms22031268
Baluchová S., Barek J., Tomé L. I. et al. Vanillylmandelic and homovanillic acid: Electroanalysis at non-modified and polymer-modified carbon-based electrodes // J. Electroanal Chem. 2018. Vol. 821. Р. 22-32. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2018.03.011
https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2018.03.011
Clark Z. D., Cutler J. M., Pavlov I. Y. et al. Simple dilute-and-shoot method for urinary vanillylmandelic acid and homovanillic acid by liquid chromatography tandem mass spectrometry // Clin. Chim. Acta. 2017. Vol. 468. Р. 201-208. https://doi.org/10.1016/j.cca.2017.03.004
https://doi.org/10.1016/j.cca.2017.03.004
Das S., Dey M. K., Devireddy R., Gartia M. R. Biomarkers in Cancer Detection, Diagnosis, and Prognosis // Sensors. 2024. Vol. 24 (1). Р. 37. doi.org/10.3390/s24010037
https://doi.org/10.3390/s24010037
De Benedetto G. E., Fico D., Pennetto A. et al. A rapid and simple method for the determination of 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, norepinephrine, dopamine, and serotonin in mouse brain homogenate by HPLC with fluorimetric detection // J. Pharm. Biomed. Anal. 2014. Vol. 98. Р. 266-270. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2014.05.039
https://doi.org/10.1016/j.jpba.2014.05.039
Dejmkova H., Adamkova H., Barek J., Zima J. Voltammetric and amperometric determination of selected catecholamine metabolites using glassy carbon paste electrode // Mon. Chem. 2017. Vol. 148. Р. 511-515. doi.org/10.1007/s00706-016-1902-8
https://doi.org/10.1007/s00706-016-1902-8
Demkiv O., Nogala W., Stasyuk N. et al. Laccase mimetics as sensing elements for amperometric assay of 5-hydroxyindoleacetic acid in urine // Bioelectrochemistry. 2024. Vol. 108839. doi.org/10.1016/j.bioelechem.2024.108839
https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2024.108839
Eisenhofer G., Peitzsch M., Bechmann N., Huebner A. Biochemical Diagnosis of Catecholamine-Producing Tumors of Childhood: Neuroblastoma, Pheochromocytoma and Paraganglioma // Front. Endocrinol. 2022. Vol. 13. Р. 901760. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.901760
https://doi.org/10.3389/fendo.2022.901760
Elugoke S. E., Adekunle A. S., Fayemi O. E. et al. Molecularly imprinted polymers (MIPs) based electrochemical sensors for the determination of catecholamine neurotransmitters-Review // Electrochem. Sci. Adv. 2021. Vol. 1 (2). doi.org/10.1002/elsa.202000026
https://doi.org/10.1002/elsa.202000026
Ewang-Emukowhate M., Nair D., Caplin M. The role of 5-hydroxyindoleacetic acid in neuroendocrine tumors: the journey so far // Int. J. Endocrine Oncol. 2019. Vol. 6. https://doi.org/10.2217/ije-2019-0001
https://doi.org/10.2217/ije-2019-0001
Fu B., Chen H., Yan Z. et al. A simple ultrasensitive electrochemical sensor for simultaneous determination of homovanillic acid and vanillylmandelic acid in human urine based on MWCNTs-Pt nanoparticles as peroxidase mimics // J. Electroanal. Chem. 2020. Vol. 866. Р. 114165. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.114165
https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.114165
Gupta P., Goyal R. N., Shim Y. B. Simultaneous analysis of dopamine and 5-hydroxyindoleacetic acid at nanogold modified screen printed carbon electrodes // Sens. Actuators B Chem. 2015. Vol. 213. Р. 72-81. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.02.066
https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.02.066
Hassanpour-Sabet R., Seyfinejad B., Khostowshahi E.M. et al. UiO-66-based metal-organic framework for dispersive solid-phase extraction of vanillylmandelic acid from urine before analysis by capillary electrophoresis 1 // RSC Adv. 2022. Vol. 12 (44). Р. 28728-28737. doi.org/10.1039/D2RA02916B
https://doi.org/10.1039/D2RA02916B
Hatefi-Mehrjardi A., Ghaemi N., Karimi M. A. et al. Poly-(alizarin red S)-modified glassy carbon electrode for simultaneous electrochemical determination of levodopa, homovanillic acid and ascorbic acid // Electroanalysis. 2014. Vol. 26. Р. 2491-2500. doi.org/10.1002/elan.201400302
https://doi.org/10.1002/elan.201400302
Issaq H. J., Delviks K., Janini G. M., Muschik G. M. Capillary zone electrophoretic separation of homovanillic and vanillylmandelic acids // J. Liq. Chromatogr. Relat. Technol. 1992. Vol. 15 (18). Р. 3193-3201. doi.org/10.1016/s0003-2670(02)00241-6
https://doi.org/10.1080/10826079208020878
Balakrishna P., George S., Hatoum H., Mukherjee S. Serotonin Pathway in Cancer // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol. 22 (3). P. 1268. doi:10.3390/ijms22031268
https://doi.org/10.3390/ijms22031268
Khamlichi R. E., Bouchta D., Anouar E. H. et al. A novel l-leucine modified sol-gel-carbon electrode for simultaneous electrochemical detection of homovanillic acid, dopamine and uric acid in neuroblastoma diagnosis // Mater. Sci. Eng C. 2017. Vol. 71. Р. 870-878. doi.org/10.1016/j.msec.2016.10.076
https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.10.076
Kodakat K., Kumar K. G. Fabrication and comprehensive comparison of the performance of chemically modified GCE and SPCE for the simultaneous determination of uric acid and vanillylmandelic acid // Microchem. J. 2024. Vol. 197. Р. 109767. https://doi.org/10.1016/j.microc.2023.109767
https://doi.org/10.1016/j.microc.2023.109767
Komarnicki P., Musiałkiewicz J., Stańska A. et al. Circulating Neuroendocrine Tumor Biomarkers: Past, Present and Future // J. Clin. Med. 2022. Vol. 11. Р. 5542. doi.org/10.3390/jcm11195542
https://doi.org/10.3390/jcm11195542
Kovac A., Somikova Z., Zilka N., Novak M. Liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for determination of panel of neurotransmitters in cerebrospinal fluid from the rat model for tauopathy // Talanta. 2014. Vol. 119. Р. 284-290. doi.org/10.1016/j.talanta.2013.10.027
https://doi.org/10.1016/j.talanta.2013.10.027
Liu S., Chen Y., Wan P. et al. Determination of 5-hydroxyindole acetic acid by electrochemical methods with an oxidized glassy carbon electrode // Electrochim. Acta. 2016. Vol. 216. Р. 528-534. doi.org/10.1016/j.electacta.2016.09.001
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.09.001
Makrlíková A., Ktena E., Economou A. et al. Voltammetric determination of tumor biomarkers for neuroblastoma (homovanillic acid, vanillylmandelic acid, and 5-hydroxyindole-3-acetic acid) at screen-printed carbon electrodes // Electroanalysis. 2017. Vol. 29. Р. 146-153.
https://doi.org/10.1002/elan.201600534
März J., Kurlbaum M., Roche-Lancaster O. et al. Plasma Metabolome Profiling for the Diagnosis of Catecholamine Producing Tumors // Front Endocrinol. 2021. Vol. 12. Р. 722656. https://doi.org/10.3389/fendo.2021.722656
https://doi.org/10.3389/fendo.2021.722656
Matser Y. A. H., Verly I. R. N., van der Ham M. et al. Optimising urinary catecholamine metabolite diagnostics for neuroblastoma // Pediatr Blood Cancer. 2024. Vol. 71 (11). https://doi.org/10.1002/pbc.30289
https://doi.org/10.1002/pbc.30289
Moncer F., Adhoum N., Catak D., Monser L. Electrochemical sensor based on MIP for highly sensitive detection of 5-hydroxyindole-3-acetic acid carcinoid cancer biomarker in human biological fluids // Anal. Chim. Acta. 2021. Vol. 1181. Р. 338925. https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338925
https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338925
Němečková-Makrlíková A., Navrátil T., Barek J. et al. Determination of tumor biomarkers homovanillic and vanillylmandelic acid using flow injection analysis with amperometric detection at a boron doped diamond electrode // Anal. Chim. Acta. 2019. Vol. 1087. Р. 44-50. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.08.062
https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.08.062
Nontawong N., Ngaosri P., Chunta S. et al. Smart sensor for assessment of oxidative/nitrative stress biomarkers using a dual-imprinted electrochemical paper-based analytical device // Anal. Chim. Acta. 2022. Vol. 1191. Р. 339363. https://doi.org/10.1016/j.ca.2021.339363
https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.339363
Pantiya P., Guiard B. P., Gotti G. Sensitive and fast detection of monoamines and their metabolites by high-performance liquid chromatography coupled with an electrochemical detector (HPLC-ECD) under isocratic conditions: Application to intracerebral microdialysis in mice treated with fluoxetine and atomoxetine // Chromatographia. 2024. Vol. 87 (3). Р. 175-185. doi.org/10.1007/s10337-023-04309-5
https://doi.org/10.1007/s10337-023-04309-5
Premnath M. S., Zubair M. Laboratory Evaluation of Tumor Biomarkers // StatPearls. Treasure Island. 2024. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK583032
Saracino M. A., Gerra G., Somaini L. et al. Chromatographic analysis of serotonin, 5-hydroxyindolacetic acid and homovanillic acid in dried blood spots and platelet poor and rich plasma samples // J. Chromatogr A. 2010. Vol. 1217 (29). Р. 4808-4814. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2010.05.031
https://doi.org/10.1016/j.chroma.2010.05.031
Saracino M. A., Santarcangelo L., Raggi M. A., Mercolini L. Microextraction by packed sorbent (MEPS) to analyze catecholamines in innovative biological samples // J. Pharm. Biomed. Anal. 2015. Vol. 104. Р. 122-129. doi.org/10.1016/j.jpba.2014.11.003
https://doi.org/10.1016/j.jpba.2014.11.003
Shishkanova T. V., Broncová G., Fitl P. et al. Voltammetric detection of catecholamine metabolites using Tröger's base modified electrode // Electroanalysis. 2018. Vol. 30 (4). Р. 734-739. doi.org/10.1002/elan.201700635
https://doi.org/10.1002/elan.201700635
Shishkanova T. V., Králík F., Synytsya A. Voltammetric detection of vanillylmandelic acid and homovanillic acid using urea-derivative-modified graphite electrode // Sensors. 2023. Vol. 23 (7). Р. 3727. https://doi.org/10.3390/s23073727
https://doi.org/10.3390/s23073727
Somnet K., Chimjarn S., Wanram S. et al. Smart dual imprinted Origami 3D-ePAD for selective and simultaneous analysis of vanillylmandelic acid and 5-hydroxyindole-3-acetic acid carcinoid cancer biomarkers using graphene quantum dots coated with dual molecularly imprinted polymers // Talanta. 2024. Vol. 269. Р. 125512. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.125512
https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.125512
Suri G. S., Kaur G., Carbone G. M., Shinde D. Metabolomics in oncology // Cancer Rep. 2023. Vol. 6 (3). doi.org/10.1002/cnr2.1795
https://doi.org/10.1002/cnr2.1795
Taran F., Frobert Y., Créminon C. et al. Competitive enzyme immunoassay with monoclonal antibody for homovanillic acid measurement in human urine samples // Clin Chem. 1997. Vol. 43 (2). Р. 363-368. doi.org/10.1016/S0009-8981(97)00092-2
https://doi.org/10.1093/clinchem/43.2.363
Uchikura K. Fluorometric determination of urinary Vanilmandelic acid and Homovanillic acid by high performance liquid chromatography after electrochemical oxidation // Anal. Sci. 1990. Vol. 6 (3). Р. 351-354. doi.org/10.2116/analsci.6.351
https://doi.org/10.2116/analsci.6.351
Wang W., Rong Z., Wang G. et al. Cancer metabolites: promising biomarkers for cancer liquid biopsy // Biomark Res. 2023. Vol. 11. Р. 66. https://doi.org/10.1186/s40364-023-00507-3
https://doi.org/10.1186/s40364-023-00507-3
Zhao H. X., Mu H., Bai Y. H. et al. A rapid method for the determination of dopamine in porcine muscle by pre-column derivatization and HPLC with fluorescence detection // J. Pharm. Anal. 2011. Vol. 1 (3). P. 208-212. doi:10.1016/j.jpha.2011.04.003.
https://doi.org/10.1016/j.jpha.2011.04.003
DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vlubs.2025.94.01
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.
