Cheon, Ji Hyun;Kim, Sun Young;Son, Ji Yeon;Kang, Ye Rim;An, Ji Hye;Kwon, Ji Hoon;Song, Ho Sub;Moon, Aree;Lee, Byung Mu;Kim, Hyung Sik
Toxicological Research
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제32권1호
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pp.47-56
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2016
The identification of biomarkers for the early detection of acute kidney injury (AKI) is clinically important. Acute kidney injury (AKI) in critically ill patients is closely associated with increased morbidity and mortality. Conventional biomarkers, such as serum creatinine (SCr) and blood urea nitrogen (BUN), are frequently used to diagnose AKI. However, these biomarkers increase only after significant structural damage has occurred. Recent efforts have focused on identification and validation of new noninvasive biomarkers for the early detection of AKI, prior to extensive structural damage. Furthermore, AKI biomarkers can provide valuable insight into the molecular mechanisms of this complex and heterogeneous disease. Our previous study suggested that pyruvate kinase M2 (PKM2), which is excreted in the urine, is a sensitive biomarker for nephrotoxicity. To appropriately and optimally utilize PKM2 as a biomarker for AKI requires its complete characterization. This review highlights the major studies that have addressed the diagnostic and prognostic predictive power of biomarkers for AKI and assesses the potential usage of PKM2 as an early biomarker for AKI. We summarize the current state of knowledge regarding the role of biomarkers and the molecular and cellular mechanisms of AKI. This review will elucidate the biological basis of specific biomarkers that will contribute to improving the early detection and diagnosis of AKI.
Background: Early detection of malignant transformation with expression biomarkers has significant potential to improve the survival rate of patients as such biomarkers enable prediction of progression and assess sensitivity to chemotherapy. The expression of interferon inducible transmembrane protein 1 (IFITM1) has been associated with early invasion events in several carcinomas, including head and neck cancers, and hence has been proposed as a novel candidate biomarker. As the incidence of oral squamous cell carcinoma (OSCC) is highest in the Indian population, we sought to investigate: 1) the expression pattern of IFITM1 in OSCC tissue samples obtained from Indian patients of Dravidian origin; and 2) the possibility of using IFITM1 expression as a potential biomarker. Materials and Methods: Total RNA extracted from thirty eight OSCC biopsy samples was subjected to semi-quantitative RT-PCR with IFITM1 and GAPDH specific primers. Results: Of the thirty eight OSCC samples that were analyzed, IFITM1 overexpression was identified in fifteen (39%). Seven expressed a low level, while the remainder expressed high level of IFITM1. Conclusions: The overexpression of IFITM1 in OSCC samples indicates that IFITM1 may be explored for the possibility of use as a high confidence diagnostic biomarker in oral cancers. To the best of our knowledge, this is the first time that IFITM1 overexpression is being reported in Indian OSCC samples.
The misuse of anabolic hormones or illegal drugs is a ubiquitous problem in animal husbandry and in food safety. The ban on growth promotants in food producing animals in the European Union is well controlled. However, application regimens that are difficult to detect persist, including newly designed anabolic drugs and complex hormone cocktails. Therefore identification of molecular endogenous biomarkers which are based on the physiological response after the illicit treatment has become a focus of detection methods. The analysis of the 'transcriptome' has been shown to have promise to discover the misuse of anabolic drugs, by indirect detection of their pharmacological action in organs or selected tissues. Various studies have measured gene expression changes after illegal drug or hormone application. So-called transcriptomic biomarkers were quantified at the mRNA and/or microRNA level by reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) technology or by more modern 'omics' and high throughput technologies including RNA-sequencing (RNA-Seq). With the addition of advanced bioinformatical approaches such as hierarchical clustering analysis or dynamic principal components analysis, a valid 'biomarker signature' can be established to discriminate between treated and untreated individuals. It has been shown in numerous animal and cell culture studies, that identification of treated animals is possible via our transcriptional biomarker approach. The high throughput sequencing approach is also capable of discovering new biomarker candidates and, in combination with quantitative RT-qPCR, validation and confirmation of biomarkers has been possible. These results from animal production and food safety studies demonstrate that analysis of the transcriptome has high potential as a new screening method using transcriptional 'biomarker signatures' based on the physiological response triggered by illegal substances.
Kim, Duck-Jin;Sohn, Il-Yung;Jung, Jin-Heak;Yoon, Ok-Ja;Lee, N.E.;Park, Joon-Shik
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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pp.549-549
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2012
Early detection of cancer biomarkers in the blood is of vital importance for reducing the mortality and morbidity in a number of cancers. From this point of view, immunosensors based on nanowire (NW) and carbon nanotube (CNT) field-effect transistors (FETs) that allow the ultra-sensitive, highly specific, and label-free electrical detection of biomarkers received much attention. Nevertheless 1D nano-FET biosensors showed high performance, several challenges remain to be resolved for the uncomplicated, reproducible, low-cost and high-throughput nanofabrication. Recently, two-dimensional (2D) graphene and reduced GO (RGO) nanosheets or films find widespread applications such as clean energy storage and conversion devices, optical detector, field-effect transistors, electromechanical resonators, and chemical & biological sensors. In particular, the graphene- and RGO-FETs devices are very promising for sensing applications because of advantages including large detection area, low noise level in solution, ease of fabrication, and the high sensitivity to ions and biomolecules comparable to 1D nano-FETs. Even though a limited number of biosensor applications including chemical vapor deposition (CVD) grown graphene film for DNA detection, single-layer graphene for protein detection and single-layer graphene or solution-processed RGO film for cell monitoring have been reported, development of facile fabrication methods and full understanding of sensing mechanism are still lacking. Furthermore, there have been no reports on demonstration of ultrasensitive electrical detection of a cancer biomarker using the graphene- or RGO-FET. Here we describe scalable and facile fabrication of reduced graphene oxide FET (RGO-FET) with the capability of label-free, ultrasensitive electrical detection of a cancer biomarker, prostate specific antigen/${\alpha}$ 1-antichymotrypsin (PSA-ACT) complex, in which the ultrathin RGO channel was formed by a uniform self-assembly of two-dimensional RGO nanosheets, and also we will discuss about the immunosensing mechanism.
The detection of biomarkers is an important issue for disease diagnosis. However, many systems are not suitable to detect the biomarker itself directly. For direct detection of biomarker proteins in human serum, a new affinity-capture method using aptamers combined with the mass spectrometry was suggested. Since signals from protein samples cannot be amplified, modified chromatin immunoprecipitation (ChIP) and subsequent cross-linking with formaldehyde between aptamers and target proteins were used not to lose the captured target proteins, which allowed us to perform a harsh washing step to remove the non-specifically bound proteins. As a model system, a thrombin aptamer was used as a bait and thrombin as a target protein. Using our modified ChIP and affinity-capture method, non-specific binding proteins on the beads decreased significantly, suggesting that our new method is efficient and can be applied to developing diagnosis systems for various biomarkers.
Lung cancer carries one of the highest mortality rates among all cancers. It is often diagnosed at more advanced stages with limited treatment options compared to other malignancies. This study focuses on calnexin as a potential biomarker for diagnosis and treatment of lung cancer. Calnexin, a molecular chaperone integral to N-linked glycoprotein synthesis, has shown some associations with cancer. However, targeted therapeutic or diagnostic methods using calnexin have been proposed. Through 1D-LCMSMS, we identified calnexin as a biomarker for lung cancer and substantiated its expression in human lung cancer cell membranes using Western blotting, flow cytometry, and immunocytochemistry. Anti-calnexin antibodies exhibited complement-dependent cytotoxicity to lung cancer cell lines, resulting in a notable reduction in tumor growth in a subcutaneous xenograft model. Additionally, we verified the feasibility of labeling tumors through in vivo imaging using antibodies against calnexin. Furthermore, exosomal detection of calnexin suggested the potential utility of liquid biopsy for diagnostic purposes. In conclusion, this study establishes calnexin as a promising target for antibody-based lung cancer diagnosis and therapy, unlocking novel avenues for early detection and treatment.
Background: Due to the unavailability of an effective vaccine or antiviral drug against the African swine fever virus (ASFV), rapid diagnosis methods are needed to prevent highly contagious African swine fever. Objectives: The objective of this study was to establish the ladder-shape melting temperature isothermal amplification (LMTIA) assay for the detection of ASFV. Methods: LMTIA primers were designed with the p72 gene of ASFV as the target, and plasmid pUC57 was used to clone the gene. The LMTIA reaction system was optimized with the plasmid as the positive control, and the performance of the LMTIA assay was compared with that of the commercial real-time polymerase chain reaction (PCR) kit in terms of sensitivity and detection rate using 200 serum samples. Results: Our results showed that the LMTIA assay could detect the 104 dilution of DNA extracted from the positive reference serum sample, which was the same as that of the commercial real-time PCR kit. The coincidence rate between the two assays was 100%. Conclusions: The LMTIA assay had high sensitivity, good detection, and simple operation. Thus, it is suitable for facilitating preliminary and cost-effective surveillance for the prevention and control of ASFV.
반도체 양자점은 우수한 형광 특성을 가진 광학 탐침자로 생명-의학 영상화 기술 및 바이오센싱 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 양자점은 넓은 광흡수 에너지띠, 좁은 형광 에너지띠와 같은 광학 특성을 가지므로 서로 다른 형광 파장을 지닌 양자점을 조합해 다종의 신호를 생성할 수 있도록 구성하면 복수의 바이오마커를 동시에 검출할 수 있다. 본 총설에서는 이와 같은 다중 검출 분석법에서의 양자점 및 이에 기반한 양자점 나노비드가 가지는 장점과 활용 사례를 기술하고 다중 형광 바이오마커 검출법의 최근 개발 동향 및 개선사항을 요약 정리하였다. 특히 양자점을 활용한 형광-결합 면역흡착 분석법, 양자점 나노비드를 이용한 면역크로마토그래피 분석법 등 면역 분석법에서의 신호 전환 소재 디자인을 중심으로 최근의 연구 결과를 검토하였다. 정확성과 민감도가 우수한 다중 바이오마커 검출 기술이 확보된 데이터를 처리하고 해석하는 인공지능 알고리즘과 결합될 경우 질병의 조기 진단을 포함한 다양한 분야에 활용가능한 새로운 검출 플랫폼의 개발로 이어질 것으로 기대된다.
Cancer treatment has been stratified by companion biomarker tests that serve to provide information on the genetic status of cancer patients and to identify patients who can be expected to respond to a given treatment. This stratification guarantees better efficiency and safety during treatment. Cancer patients, however, marginally benefit from the current companion biomarker-aided treatment regimens, presumably because companion biomarker tests are dependent solely on the mutation status of several genes status quo. In the true sense of the term, "personalized medicine", cancer patients are deemed to be identified individually by their molecular signatures, which are not necessarily confined to genetic mutations. Glycosylation is tremendously dynamic and shows alterations in cancer. Evidence is accumulating that aberrant glycosylation contributes to the development and progression of cancer, holding the promise for use of glycosylation status as a companion biomarker in cancer treatment. There are, however, several challenges derived from the lack of a reliable detection system for aberrant glycosylation, and a limited library of aberrant glycosylation. The challenges should be addressed if glycosylation status is to be used as a companion biomarker in cancer treatment and contribute to the fulfillment of personalized medicine.
As the recurrence and mortality rates of bladder cancer are high, research is needed to find suitable biomarkers for early detection, evaluation of prognosis, and surveillance of drug responses. We performed a computerized search of the Medline/PubMed databases with the key words bladder cancer, biomarker, early detection, prognosis and drug response. Several markers were identified at DNA, RNA and protein levels with different sensitivities and specificities. Only a few of the potential bladder cancer biomarkers have been approved for clinical use. Efforts now should be concentrated on finding a panel of markers with acceptable sensitivity and specificity for early detection of bladder cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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