“Onze benadering met ramanspectroscopie heeft een groot potentieel als diagnostische techniek voor ziekten zoals ME/cvs”, aldus de auteurs.
Een bloedtest – het is als de heilige graal voor het chronischevermoeidheidssyndroom (ME/cvs). Niet alleen zou het de ziekte een legitimering geven en het gemakkelijker maken om ze te diagnosticeren, maar het zou ons ook aanknopingspunten kunnen geven over wat de ziekte veroorzaakt en misschien zelfs de lang gezochte biomarker leveren die farmaceutische bedrijven kunnen gebruiken om de effectiviteit van hun medicijnen te testen.
Uiteraard blijft het de vraag of het wel mogelijk is om één biomarker te vinden bij zo’n ogenschijnlijk heterogene ziekte. Maar als er één gevonden werd, dan zou je denken dat hij, gezien de ogenschijnlijke heterogeniteit van de ziekte, de essentiële kenmerken van de ziekte te pakken zou hebben.
Er zijn al eerder elementen aangedragen, maar tot nu toe is er nog geen enkele overtuigend gebleken. Het onderzoek “Developing a Blood Cell-Based Diagnostic Test for Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome Using Peripheral Blood Mononuclear Cell” (Ontwikkeling van een diagnostische test op basis van bloedcellen voor Myalgische Encefalomyelitis/Chronischevermoeidheidssyndroom met behulp van perifere mononucleaire bloedcellen) gebruikte een ander testprotocol (met behulp van ramanspectroscopie) en artificiële intelligentie (AI) om de resultaten te analyseren. De auteurs geloven dat een AI-gestuurde aanpak ME/cvs en soortgelijke ziekten zal kraken. (Een blog over de mogelijke rol die AI zou kunnen spelen bij ME/cvs komt eraan).
Aan de studie, die voornamelijk onder leiding stond van Oxford, namen ook onderzoekers deel van de London School of Tropical Medicine, Polen en de VS. Het werd geleid door de ervaren mitochondriaal onderzoeker Karl Morten uit Oxford en door Raman-specialist Jiabao Xu en werd gefinancierd door de ME Association, met de hulp van het Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences (!).
Ramanspectroscopie staat centraal
De “single-cell ramanspectroscopie” (SCRS) gebruikt een laser om een vingerafdruk te krijgen van alle biochemische moleculen in een cel. Dankzij haar capaciteit om alle belangrijke bouwstenen – eiwitten, aminozuren, lipiden en fosfolipiden, en koolhydraten – in kaart te brengen, is het mogelijk om de metabole en fysiologische status van elke cel te evalueren.
De studie – een vervolg op een eerdere pilootstudie – combineerde “single-cell Raman” met kunstmatige intelligentie (zelflerende systemen) om tot een aantal intrigerende bevindingen te komen. De pilootstudie (5 patiënten en 5 gezonde controles) was in staat om de patiënten verbazingwekkend goed te onderscheiden van de controles (98%) en wees hoge fenylalaninewaarden aan als een mogelijke onderscheidende factor. Die bevinding suggereerde dat de cellen van ME/cvs-patiënten – zoals andere onderzoeken hebben besloten – hun toevlucht nemen tot minder geschikte aminozuren als brandstof in plaats van te vertrouwen op betere basisstoffen zoals glucose en vetzuren.
Gestimuleerd door de positieve resultaten breidden de onderzoekers hun studie uit naar bijna 100 personen, waaronder 61 ME/cvs-patiënten, 16 gezonde controles en – om aan te geven dat ze het biomarker-gedoe behoorlijk serieus namen – 21 multiple sclerose-patiënten. (Biomarkers moeten getest worden zowel tegenover andere ziekten als tegenover gezonde controles). Ze gebruikten de Raman-benadering om immuuncellen te onderzoeken die perifere mononucleaire bloedcellen (PBMC‘s) worden genoemd.
Resultaten
De snelheid van de celademhaling bij gebruik van ontdooide bevroren cellen was vergelijkbaar in alle groepen. (Terwijl andere studies problemen hebben gevonden met de kleine energiecentra van onze cellen, heeft deze meting ervan het in twee van de drie studies laten afweten en de auteurs hebben het verworpen als een mogelijke biomarker).
Een gesuperviseerde lineaire discriminantanalyse (LDA) van de metingen met ramanspectroscopie maakte echter een duidelijk onderscheid tussen ME/cvs, MS en gezonde controles. We zijn eraan gewend om aanzienlijke overlappingen te zien tussen ME/cvs en controles, maar in dit geval waren de groepen zeer goed van elkaar te onderscheiden (D en E) – wat suggereert dat deze onderzoekers echt iets op het spoor waren. Ze waren zelfs in staat om verschillen vast te leggen tussen milde, matige en ernstige ME/cvs-patiënten (groep F).
Als extra pluspunt vonden de onderzoekers weinig aanwijzingen voor mogelijke verstorende factoren (geslacht, body mass index (BMI), leeftijd, ziekteduur, soorten en totaal aantal medicaties en supplementen, evenals de invriesduur en verwerkingstijd voor elk monster). Het feit dat het geslacht – dat andere resultaten bemoeilijkte – dat in dit geval niet deed, was bemoedigend.
Een algehele toename van tryptofaan en tyrosine in cellulaire PBMC’s werd gevonden zowel bij ME/cvs als bij MS. Met de mooie afscheidingen was het een beetje verrassend om een aantal troebele bevindingen te zien. Het beeld voor fenylalanine werd bijvoorbeeld gecompliceerder doordat matige en ernstige patiënten verlaagde niveaus lieten zien, en milde ME/cvs-patiënten (en MS-patiënten) verhoogde niveaus. Ook verhoogde niveaus van onverzadigde vetzuren lieten milde ME/cvs-patiënten meer lijken op MS-patiënten dan op matige tot ernstige ME/cvs-patiënten, die verlaagde niveaus van onverzadigde vetzuren hadden. Waarom een dergelijke fysiologische breuk tussen milde en matige en ernstige patiënten aanwezig zou kunnen zijn, is niet duidelijk.
Verlaagde glycogeenspiegels in het milde en ernstige ME-cohort (maar niet in het matige cohort?), evenals in de MS-groep, vormden nog een andere complicatie. Glucose-kwantificering – de hoeveelheid aanwezige glucose – was daarentegen verlaagd in alle ME-subgroepen – plus, het MS-cohort had de laagste glucosewaarden.
Alles bij elkaar meldden de auteurs dat de bevindingen overeenstemden met het gewijzigde gebruik van aminozuren (tryptofaan, tyrosine en fenylalanine) bij patiënten met ME/cvs. Interessant genoeg werd hetzelfde algemene proces van aminozuurontregeling gevonden in de MS-groep.
Let op de overeenkomsten die tot nu toe gevonden zijn tussen ME/cvs en MS. Verhoogde tryptofaan- en tyrosinegehalten, verlaagde glycogeenspiegels en glucosekwantificering kwamen bij beide ziekten voor (in sommige subgroepen). Bovendien waren de verhoogde onverzadigde vetzuurwaarden en verlaagde fenylalaninewaarden vergelijkbaar met milde ME/cvs.
Focus op tryptofaan
De tryptofaan-kynurenine-pathway is al enkele jaren onderwerp van discussie, maar is de laatste tijd steeds meer op de voorgrond getreden. Hoe veelzijdig deze route is, blijkt wel uit de twee tegengestelde hypotheses die erover zijn ontstaan.
Lees ook: Could the Kynurenine Pathway Be Causing ME/CFS, FM and Long COVID? [in het Engels]
De verhoogde tryptofaanniveaus die werden gevonden bij zowel de ME/cvs- als de MS-groepen, komen overeen met de metabole valstrikhypothese van Robert Phair voor ME/cvs, die stelt dat genetische mutaties in een enzym het metabolisme van tryptofaan naar kynurenine remmen. (De auteurs merkten echter op dat, omdat veel van de cellen die ze gemeten hebben het enzym in kwestie niet gebruikten, verder onderzoek nodig is).
De auteurs stelden dat de hoge tryptofaangehaltes die ze in de immuuncellen gemeten hadden, door het vasthouden van abnormale hoeveelheden tryptofaan binnenin, tot verlaagde tryptofaangehaltes in de hersenen zouden kunnen leiden – een situatie waarvan bekend is dat ze centrale of door de hersenen veroorzaakte vermoeidheid veroorzaakt. Of, zoals zowel Phair als Cortene voorstellen, zouden hoge tryptofaanwaarden in het bloed de symptomen van ME/cvs kunnen veroorzaken door hoge serotonineniveaus in de hersenen te creëren.
Ongeacht de specifieke mechanismen die hierbij betrokken zijn, stelden de auteurs dat het “cruciaal is om de potentiële disfunctionele effecten van tryptofaan en serotonine in de context van ME/cvs te onderkennen“.
De auteurs meldden dat hun resultaten ook overeenkwamen met breedspectrum metabolietanalyses die verlaagde niveaus van aminozuren in serum en verstoringen in pyruvaatdehydrogenase, sfingolipiden en fosfolipidenmetabolisme aantroffen. De cellen van zowel ME/cvs- als MS-patiënten bleken problemen te hebben met het gebruik van glucose – een geprefereerde bron van brandstof – en wendden zich in plaats daarvan tot aminozuren.
De lage glycogeenwaarden die gevonden werden, deden denken aan wat men ziet na een langdurige inspanning – wat duidelijk niet het geval was bij ME/cvs. In plaats daarvan denken de auteurs dat ze een indicatie kunnen zijn van het verhoogde gebruik van de voorraad aminozuren om hun cellen van energie te voorzien. Er werden ook aanwijzingen gevonden voor een veranderd metabolisme van vetzuren en lipiden – twee actuele onderzoeksonderwerpen bij ME/cvs.
Diagnostisch hulpmiddel in spe?
Ook al werden er enkele overeenkomsten gevonden tussen ME/cvs en MS, de AI-gestuurde ramanspectra-analyse was in staat om ME/cvs, MS en gezonde controles te onderscheiden met een opmerkelijke nauwkeurigheid (91% specificiteit; 93% sensitiviteit voor ME/cvs).
De auteurs, duidelijk enthousiast over de resultaten, prezen het gemak van de test, de kleine hoeveelheid bloed die nodig is, de mogelijkheid om de test uit te voeren op “gefixeerd materiaal” en het feit dat de test ingevroren kan worden zonder kwaliteitsverlies. Alles bij elkaar lijkt het een gemakkelijke diagnose te zijn – met dien verstande dat er Raman-microscopen gebruikt moeten worden, die blijkbaar niet in ruime mate voorhanden zijn. Ze stelden:
een “objectief, sensitief en eenvoudig diagnostisch hulpmiddel kan daarom de controverse over de aard van ME/cvs uit de wereld helpen en…heeft de potentie om de levenskwaliteit van patiënten drastisch te verbeteren….(Indien gebruikt in combinatie) “met geavanceerde zelflerende algoritmen, heeft onze ramanspectroscopische benadering een groot potentieel als diagnostische techniek voor ziekten zoals ME/cvs”.
Ze keken verder dan ME/cvs alleen en stelden dat bij chronische, complexe, onverklaarde aandoeningen zoals ME/cvs, waaronder ook fibromyalgie, chronische Lyme en langdurige COVID, ze geloven dat een benadering op basis van complexe gegevens en machinaal leren de weg zal wijzen. Naarmate diagnostische algoritmen preciezer worden, zullen behandelingen worden ontdekt en ontwikkeld voor de subtiel afwijkende ziektetoestanden die worden aangetroffen bij ME/cvs en andere ziekten.
Ze verwachten namelijk dat naarmate de biologische voetafdrukken van deze ziekten meer en meer blootgelegd worden, fijngevoelige tests in staat zullen zijn om de signalen ervan op te pikken voordat de belangrijkste symptomen zich hebben gemanifesteerd. Voorspellende analysetechnieken die gebruik maken van zelflerende algoritmen, worden al ingezet om ziektes uit te vissen voordat ze aan het licht komen.
Conclusie
Met behulp van een nieuwe techniek genaamd ramanspectroscopie, in combinatie met machinaal leren, was deze Brits-Poolse en Amerikaanse onderzoeksgroep in staat om ME/cvs te onderscheiden van gezonde controles en van multiple sclerose met een ongewoon hoge mate van nauwkeurigheid.
De verlaagde glucoseniveaus en verhoogde tryptofaan- en tyrosineniveaus bij de milde, matige en ernstige ME/cvs-groepen klonken logisch, gelet op wat we weten, en vestigden de aandacht op energiemetabolisme, tryptofaan en serotonine. Wat die laatste twee betreft, gingen de auteurs zo ver om te beweren dat het “van cruciaal belang is om de potentieel disfunctionele effecten van tryptofaan en serotonine te onderkennen” bij ME/cvs.
De resultaten suggereerden ook – nog maar eens – dat de cellen van ME/cvs-patiënten voor energie hun toevlucht nemen tot “vuile brandstof” – aminozuren – in plaats van de schoner brandende glucose en vetzuren te gebruiken.
Een aantal van de resultaten was eigenaardig. De bevindingen voor fenylalanine en onverzadigde vetzuren waren gecompliceerd, waarbij milde patiënten tegenovergestelde resultaten vertoonden vergeleken met matige en ernstige patiënten. Er waren lage glycogeenwaarden bij de milde en ernstige ME/cvs-patiënten – maar niet bij de matige patiënten (?). Wellicht niet zo verrassend voor een vermoeiende ziekte, vertoonde multiple sclerose een aantal duidelijke overeenkomsten (en verschillen) met ME/cvs.
Uiteindelijk bevestigde het onderzoek, met zijn brede reikwijdte, problemen met het energiemetabolisme, toonde het aminozuurafwijkingen aan en benadrukte het tryptofaanproblemen.
Zou een lang verwachte (om gebeden) biomarker voor ME/cvs zich aandienen? De tijd zal het leren. De auteurs waren in ieder geval enthousiast en stelden: “Onze ramanspectroscopische benadering heeft een groot potentieel als diagnostische techniek voor ziekten zoals ME/cvs”. Een biomarker zou grotere studies vereisen die meer ziektegroepen omvatten die lijken op ME/cvs, zoals fibromyalgie.
Grotere, uitgebreidere studies waarin de ramanspectroscoop wordt gecombineerd met metabolomics en proteomics en waarin meer zieke controles worden gebruikt, blijken al gaande of gepland te zijn. We zullen zien!
Hoe dit ook uitpakt, het is goed om te zien dat ME/cvs-onderzoekers en hun geldschieters zich wenden tot de nieuwe technologieën om ME/cvs op te lossen. Het is geen verrassing dat de gigantische mogelijkheden van artificiële intelligentie bijzonder nuttig kunnen zijn voor complexe ziekten zoals ME/cvs. Daarover later meer.
Voor meer van professor Morten over de mitochondriën en ME/cvs, bekijk zijn presentatie hieronder.
De kernpunten
- Een bloedtest – het is als de heilige graal voor het chronischevermoeidheidssyndroom (ME/cvs). Niet alleen zou het de ziekte een legitimering geven en het gemakkelijker maken om ze te diagnosticeren, maar het zou ons ook aanwijzingen moeten geven over de oorzaak ervan.
- Dit team van onderzoekers uit Oxford, de London School of Tropical Medicine, Polen en de VS gebruikte een techniek die ramanspectroscopie heet en die de mogelijkheid biedt om alle belangrijke bouwstenen – eiwitten, aminozuren, lipiden, fosfolipiden en koolhydraten – in een cel te analyseren, waardoor het mogelijk wordt om de metabole en fysiologische status van elke cel te beoordelen.
- Gestimuleerd door de positieve resultaten van een eerdere pilootstudie, breidden de onderzoekers hun studie uit naar bijna 100 personen, waaronder 61 ME/cvs-patiënten, 16 gezonde controles en – om aan te geven dat ze het vinden van een biomarker serieus namen – 21 MS-patiënten.
- De resultaten van de ramanspectroscopie, verwerkt met artificiële intelligentie, slaagden erin om – tot op opmerkelijke hoogte – de ME/cvs-patiënten, MS-patiënten en gezonde controles van elkaar te onderscheiden. We zijn eraan gewend om aanzienlijke overlappingen te zien tussen ME/cvs en controles, maar niet in dit geval (zie afbeelding in blog). Met de ramanspectra-analyse konden ME/cvs, MS en gezonde controles met opmerkelijke nauwkeurigheid van elkaar worden onderscheiden (91% specificiteit; 93% sensitiviteit voor ME/cvs).
- De auteurs prezen het gemak van de test, de kleine hoeveelheid bloed die nodig is, de mogelijkheid om de test uit te voeren op “gefixeerd materiaal” en het feit dat de test kan worden ingevroren zonder kwaliteitsverlies. Ze stelden:
- “een objectief, sensitief en eenvoudig diagnostisch hulpmiddel kan daarom de controverse over de aard van ME/cvs uit de wereld helpen en… biedt de kans om de levenskwaliteit van patiënten drastisch te verbeteren….(Indien gebruikt in combinatie) “met geavanceerde algoritmen voor machinaal leren, heeft onze benadering met ramanspectroscopie een groot potentieel als diagnostische techniek voor ziekten zoals ME/cvs”.
- Een algehele toename van tryptofaan en tyrosine en verlaagde glucosespiegels werden gevonden bij de milde, matige en ernstige ME/cvs patiënten.
- Er waren wel enkele eigenaardigheden. Matige en ernstige patiënten vertoonden verlaagde fenylalanine niveaus terwijl milde ME/cvs- (en MS-patiënten) verhoogde niveaus vertoonden. Evenzo werden verhoogde onverzadigde vetzuurniveaus gevonden bij milde ME/cvs-patiënten terwijl matige tot ernstige patiënten verlaagde niveaus hadden. Verlaagde glycogeenspiegels werden gevonden in het milde en ernstige ME-cohort (maar niet in het matige cohort (?).
- Verhoogde waarden van tryptofaan, tyrosine, verlaagde waarden van glycogeen en glucose-kwantificering werden gevonden bij zowel ME/cvs- als MS-patiënten (in sommige subgroepen). Bovendien waren de verhoogde waarden van onverzadigde vetzuren en verlaagde waarden van fenylalanine vergelijkbaar met milde ME/cvs.
- De verhoogde tryptofaangehaltes die werden gevonden in zowel de ME/cvs- als MS-groepen komen overeen met de metabole valstrikhypothese van Robert Phair voor ME/cvs, die stelt dat genetische mutaties in een enzym het metabolisme van tryptofaan naar kynurenine remmen en kunnen resulteren in hoge serotonineniveaus. De auteurs beweerden dat het “cruciaal is om de potentiële disfunctionele effecten van tryptofaan en serotonine in de context van ME/cvs te onderkennen“.
- De resultaten suggereerden ook – nog maar eens – dat de cellen van ME/cvs-patiënten zich voor hun energie wenden tot “vuile brandstof” – aminozuren – in plaats van de schoner brandende glucose en vetzuren te gebruiken. Er werd ook bewijs gevonden van een veranderd vetzuur- en lipidenmetabolisme – twee actuele onderzoeksonderwerpen bij ME/cvs.
- De auteurs keken verder dan ME/cvs alleen en stelden dat in chronische, complexe, onverklaarbare aandoeningen zoals ME/cvs, waaronder fibromyalgie, chronische ziekte van Lyme en langdurige COVID, zij geloven dat de aanpak van complexe data en machinaal leren, zoals gebruikt in deze studie, de weg zal wijzen.
© Health Rising, 9 september 2023. Vertaling Els, redactie ME-gids.
Media
“Dagelijks ben ik duizelig en constant uitgeput”: Evelyn (40) getuigt over haar leven met het ‘chronische vermoeidheidssyndroom’ (HLN, 26 oktober 2023)
