المؤشرات الحيوية

في السياقات الطبية الحيوية، يُعد المؤشر الحيوي ، أو العلامة البيولوجية ، مؤشرًا قابلًا للقياس لحالة أو وضع بيولوجي معين. غالبًا ما تُقاس المؤشرات الحيوية وتُقيّم باستخدام الدم أو البول أو الأنسجة الرخوة ^{[ 1 ]} لدراسة العمليات البيولوجية الطبيعية ، أو العمليات المرضية ، أو الاستجابات الدوائية للتدخل العلاجي . ^{[ 2 ]} تُستخدم المؤشرات الحيوية في العديد من المجالات العلمية .

تُعدّ المؤشرات الحيوية المستخدمة في المجال الطبي جزءًا من مجموعة أدوات سريرية حديثة نسبيًا، تُصنّف وفقًا لتطبيقاتها السريرية. وتشمل الفئات الرئيسية الأربع: المؤشرات الحيوية الجزيئية، والفيزيولوجية، والنسيجية، والشعاعية. ^{[ 3 ]} وتلعب جميع أنواع المؤشرات الحيوية الأربعة دورًا سريريًا في تحديد خيارات العلاج أو توجيهها، وتُصنّف ضمن فئات فرعية هي: التنبؤية، والتشخيصية، والتشخيصية.

التشخيص

يمكن للمؤشرات الحيوية التشخيصية التي تستوفي معايير الإثبات أن تساهم في تضييق نطاق التشخيص، مما قد يؤدي إلى تشخيصات أكثر دقةً وتخصصًا لكل مريض. ويمكن أن يكون المؤشر الحيوي مادة قابلة للتتبع تُدخل إلى الكائن الحي كوسيلة لفحص وظائف الأعضاء أو جوانب أخرى من الصحة. ^{[ 6 ]}

قد يكون أيضاً مادةً يشير اكتشافها إلى حالة مرضية معينة، فعلى سبيل المثال، قد يشير وجود جسم مضاد إلى وجود عدوى . ^{[ 6 ]} وبشكل أكثر تحديداً، يشير المؤشر الحيوي إلى تغير في التعبير عن بروتين أو حالته، يرتبط بخطر الإصابة بمرض ما أو تطوره، أو باستجابة المرض لعلاج معين. ^{[ 6 ]}

يُعدّ مستضد البروستات النوعي (PSA) مثالًا على المؤشرات الحيوية الشائعة الاستخدام في الطب . يُمكن قياس هذا المؤشر كمؤشر لحجم البروستات، إذ قد تُشير التغيرات السريعة فيه إلى الإصابة بالسرطان. أما في أقصى الحالات، فيُمكن الكشف عن البروتينات الطافرة كمؤشرات حيوية خاصة بالسرطان من خلال تقنية مراقبة التفاعل الانتقائي (SRM)، نظرًا لأن هذه البروتينات لا يُمكن أن تنشأ إلا من ورم موجود، مما يُوفر في نهاية المطاف أعلى مستوى من الخصوصية للأغراض الطبية. ^{[ 7 ]}

ومن الأمثلة على ذلك اختبار المؤشرات الحيوية الدموية لإصابات الدماغ الرضية ، والذي يتضمن قياس مستويات إنزيم يوبيكويتين كاربوكسي-تيرمينال هيدرولاز L1 العصبي (UCH-L1) والبروتين الحمضي الليفي الدبقي (GFAP) للمساعدة في تشخيص وجود آفات دماغية لدى مرضى إصابات الدماغ الرضية المتوسطة إلى الخفيفة، والتي لا يمكن تشخيصها إلا باستخدام التصوير المقطعي المحوسب للرأس. ^{[ 8 ]}

ومن الأمثلة الأخرى جين KRAS، وهو جين ورمي يُشفّر إنزيم GTPase يشارك في العديد من مسارات نقل الإشارة . تُستخدم المؤشرات الحيوية في علم الأورام الدقيق عادةً في التشخيص الجزيئي لسرطان الدم النخاعي المزمن ، وسرطان القولون ، وسرطان الثدي ، وسرطان الرئة ، وسرطان الجلد . ^{[ 9 ]}

التنبؤ

يُقدّم المؤشر الحيوي التنبؤي معلوماتٍ حول المآل العام للمريض، بغض النظر عن أي علاج أو تدخل علاجي. ^{[ 5 ]} ومن الأمثلة على المؤشرات الحيوية التنبؤية في البحوث السريرية، استخدام طفرة جين PIK3CA في دراسة سرطان الثدي النقيلي. وكما يُوضّح الرسم البياني، تُعدّ الطفرة مؤشراً تنبؤياً، إذ إنّ وجودها لدى المريض يُؤثّر على المآل نفسه بغض النظر عن طريقة العلاج المُستخدمة. وقد سُجّلت أدنى معدلات البقاء على قيد الحياة لدى النساء اللواتي لديهن طفرة PIK3CA قبل العلاج. وكان الانخفاض في معدلات البقاء على قيد الحياة في المجموعات التي تحتوي على الطفرة أسرع وأكثر حدة. وتُتيح الطبيعة المستقلة للعامل التنبؤي للباحثين دراسة المرض أو الحالة في حالتها الطبيعية. وهذا يُسهّل مُلاحظة هذه العمليات البيولوجية غير الطبيعية والتكهّن بكيفية تصحيحها. وغالباً ما تُستخدم العوامل التنبؤية بالاشتراك مع المتغيرات التنبؤية في الدراسات العلاجية، لدراسة مدى فعالية العلاجات المختلفة في علاج أمراض مُحدّدة أو السرطان. وعلى عكس المؤشرات الحيوية التنبؤية، فإن المؤشرات التشخيصية لا تعتمد على أي متغيرات تفسيرية، مما يسمح بفحص مستقل للمرض أو الحالة الأساسية. ^{[ 18 ]}

تُستخدم المؤشرات الحيوية الغذائية (المؤشرات الكيميائية الحيوية للاستهلاك) لتقدير المدخول الغذائي في أبحاث التغذية ، ولا سيما علم الأوبئة الغذائية ، وكذلك في تخصصات أخرى كعلم الآثار حيث تُعدّ المعلومات الغذائية الموثوقة ضرورية. ^{[ 19 ] [ 20 ]} يمكن أن يكون المؤشر الحيوي الغذائي أي عينة تعكس استهلاك المكونات الغذائية وتكون ذات خصوصية كافية. ^{[ 21 ] [ 22 ]} تُستخلص العديد من المؤشرات الحيوية من مركبات موجودة في الأطعمة، مثل السكر أو المواد الكيميائية النباتية، أو مزيج منهما، باستخدام علم الأيض . ^{[ 19 ] [ 23 ]} ومن أنواع المؤشرات الحيوية الغذائية الأخرى، الشائعة بشكل خاص في علم الآثار ، نسب النظائر المستقرة . ^{[ 24 ]}

تُعدّ المؤشرات الحيوية للطب الدقيق جزءًا من مجموعة أدوات سلوكية وسريرية حديثة نسبيًا. وفيما يتعلق بالأدوات السلوكية، يتزايد استخدام المؤشرات الحيوية لتحفيز تغيير السلوك الصحي، لا سيما في أبحاث داء السكري وأمراض القلب والأوعية الدموية والسمنة . ^{[ 25 ]} تستخدم معظم الأبحاث حتى الآن مؤشرات حيوية يسهل قياسها، بما في ذلك الوزن وضغط الدم ومستوى الجلوكوز ؛ وقد تعكس هذه المؤشرات الحيوية تأثيرات النظام الغذائي والنشاط البدني والحد من التدخين. ومع ذلك، تتنوع طرق استخدام البيانات المستقاة من المؤشرات الحيوية في أبحاث التدخل، ولا تزال فعاليتها غير واضحة. ^{[ 25 ]}

فيما يتعلق بالأدوات السريرية، لا يُستخدم سريريًا سوى مؤشرين حيويين تنبؤيين في حالات سرطان القولون والمستقيم النقيلي. ^{[ 4 ]} في هذه الحالة، قد يكون نقص البيانات المتاحة، باستثناء الدراسات الاسترجاعية والأساليب الناجحة القائمة على المؤشرات الحيوية، عاملًا مؤثرًا في استخدام دراسات المؤشرات الحيوية نظرًا لتسرب المشاركين من التجارب السريرية . ^{[ 26 ]}

يتوسع مجال أبحاث المؤشرات الحيوية ليشمل نهجًا تركيبيًا لتحديد المؤشرات الحيوية من مصادر متعددة. يتيح دمج المؤشرات الحيوية من بيانات متنوعة إمكانية تطوير مجموعات تقيّم استجابة العلاج بناءً على العديد من المؤشرات الحيوية في آن واحد. ومن بين هذه المجالات البحثية المتنامية في المؤشرات الحيوية متعددة العوامل، تسلسل الحمض النووي للميتوكوندريا. فقد ثبت أن الطفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا ترتبط بخطر الإصابة بسرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة، وتطوره، واستجابته للعلاج . ^{[ 27 ]} في هذا المثال، أظهرت تقنية تسلسل منخفضة التكلفة نسبيًا قدرتها على الكشف عن الطفرات منخفضة التردد داخل الخلايا المرتبطة بالورم. وهذا يُبرز قدرة المؤشرات الحيوية القائمة على الحمض النووي للميتوكوندريا على تقديم لمحة عامة عن التباين بين الأفراد. ^{[ 27 ]}

قامت شبكة أبحاث الكشف المبكر (EDRN) بتجميع قائمة تضم سبعة معايير يمكن من خلالها تقييم المؤشرات الحيوية بهدف تبسيط عملية التحقق السريري. ^{[ 28 ]}

في عام 1997، اقترح المعهد الوطني للصحة الحاجة إلى وضع مبادئ توجيهية وتشريعات تنظم الأبعاد الأخلاقية لدراسات المؤشرات الحيوية. ^{[ 28 ]}

ضمان توفير الحماية الأخلاقية لجميع المشاركين في كل مرحلة من مراحل المشروع (أي التخطيط والتنفيذ وجمع النتائج) وفقًا للمبادئ الأخلاقية الموضوعة قبل بدء المشروع. ولا تقتصر هذه الحماية الأخلاقية على المشاركين في الدراسة فحسب، بل تشمل أيضًا غير المشاركين والباحثين والجهات الراعية والجهات التنظيمية وجميع الأشخاص أو المجموعات الأخرى المشاركة في الدراسة. ^{[ 28 ]} وتشمل بعض هذه الحماية الأخلاقية، على سبيل المثال لا الحصر: ^{[ 28 ]}

• الموافقة المستنيرة للمشارك
• الوصول إلى فرص المشاركة بغض النظر عن العرق أو الوضع الاجتماعي والاقتصادي أو الجنس أو الميول الجنسية، إلخ. (ضمن النطاق المسموح به في البروتوكول التجريبي)
• النزاهة العلمية
• سرية البيانات ( عدم الكشف عن الهوية )
• إقرار بوجود تضارب في المصالح فيما يتعلق بالتمويل والرعاية من قبل الجهات الراعية المحددة
• الشفافية والاعتراف بالمخاطر الصحية والقانونية التي تنطوي عليها المشاركة

في علم الأحياء الخلوي ، المؤشر الحيوي هو جزيء يسمح بالكشف عن نوع معين من الخلايا وعزله (على سبيل المثال، يُستخدم بروتين Oct-4 كمؤشر حيوي لتحديد الخلايا الجذعية الجنينية ). ^{[ 33 ]}

في علم الوراثة ، يُعرف المؤشر الحيوي (أو المؤشر الجيني ) بأنه تسلسل الحمض النووي الذي يُسبب المرض أو يرتبط بالاستعداد للإصابة به. ويمكن استخدامه لإنشاء خرائط جينية لأي كائن حي قيد الدراسة.

يمكن أن يكون المؤشر الحيوي أي نوع من الجزيئات التي تدل على وجود كائنات حية، سواء في الماضي أو الحاضر. في مجالي الجيولوجيا وعلم الأحياء الفلكي ، تُعرف المؤشرات الحيوية، مقابل المؤشرات الجيولوجية، باسم البصمات الحيوية . كما يُستخدم مصطلح المؤشر الحيوي لوصف المشاركة البيولوجية في تكوين البترول . استُخدمت المؤشرات الحيوية في التحقيق الجيوكيميائي لتسرب نفطي في خليج سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، عام 1988. ^{[ 34 ]} في 22-23 أبريل، تسرب حوالي 400,000 جالون من النفط الخام عن طريق الخطأ إلى وادي سان جواكين من مصفاة ومجمع تصنيع تابع لشركة شل للنفط . أثر النفط على العديد من المناطق المحيطة. جُمعت عينات من النفط الخام من مختلف المناطق التي انتشر فيها، وقورنت بعينات لم تتسرب، في محاولة للتمييز بين النفط المتسرب والخلفية البترولية الموجودة في منطقة التسرب. ^{[ 34 ]} أُجري تحليل طيفي للكتلة لتحديد المؤشرات الحيوية والهيدروكربونات الأليفاتية الحلقية داخل العينات. تم رصد اختلافات في تركيز مكونات عينات النفط الخام والرواسب. ^{[ 34 ]}

تُستخدم المؤشرات الحيوية لتحديد آثار تلوث المياه على الكائنات المائية. تعيش اللافقاريات القاعية الكبيرة في الرواسب الموجودة في قيعان الجداول، حيث تترسب العديد من الملوثات. تتعرض هذه الكائنات الحية للتلوث بشكل كبير، مما يجعلها أنواعًا مثالية للدراسة عند رصد تركيزات الملوثات وتأثيراتها على النظام البيئي. ^{[ 35 ]} توجد مجموعة متنوعة من المؤشرات الحيوية داخل الكائن المائي يمكن قياسها، وذلك بحسب نوع الملوث أو الاستجابة المراد دراستها. كما توجد أنواع مختلفة من الملوثات في المسطحات المائية. لتحليل تأثير الملوث على الكائن الحي، يجب أن يستجيب المؤشر الحيوي لملوث محدد خلال فترة زمنية محددة أو عند تركيز معين. ^{[ 36 ]} يمكن أن تكون المؤشرات الحيوية المستخدمة للكشف عن التلوث في الكائنات المائية إنزيمية أو غير إنزيمية. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

أثارت راشيل كارسون ، مؤلفة كتاب " الربيع الصامت "، قضية استخدام مبيدات الآفات العضوية الكلورية، وناقشت الآثار السلبية المحتملة لهذه المبيدات على الكائنات الحية. ^{[ 39 ]} وقد أثار كتابها قضايا أخلاقية ضد شركات الكيماويات التي كانت تتحكم في الرأي العام حول تأثير المبيدات على البيئة، مما أدى إلى ظهور الحاجة إلى دراسات السمية البيئية . ويمكن اعتبار دراسات السمية البيئية بمثابة مقدمة لدراسات المؤشرات الحيوية. ^{[ 40 ]} تُستخدم المؤشرات الحيوية للدلالة على التعرض للمواد الغريبة عن الجسم ، أو على تأثيرها، وهي مواد موجودة في البيئة وفي الكائنات الحية. وقد يكون المؤشر الحيوي مادة خارجية بحد ذاتها (مثل جزيئات الأسبستوس أو مادة NNK من التبغ)، أو أحد مشتقات هذه المادة الخارجية التي يعالجها الجسم ( مستقلب ) والتي يمكن عادةً قياسها كميًا.

يعود الاستخدام الواسع لمصطلح "المؤشر الحيوي" إلى عام 1980 على الأقل. ^{[ 41 ]} كانت طرق رصد ودراسة البيئة في أواخر ثمانينيات القرن الماضي تعتمد بشكل أساسي على دراسة المواد الكيميائية التي تُعتبر خطرة أو سامة عند وجودها بتراكيز متوسطة في الماء والرواسب والكائنات المائية. ^{[ 40 ]} وشملت الطرق المستخدمة لتحديد هذه المركبات الكيميائية: الاستشراب، وقياس الطيف الضوئي، والكيمياء الكهربائية، والكيمياء الإشعاعية. ^{[ 40 ]} ورغم نجاح هذه الطرق في توضيح التركيب الكيميائي وتراكيز الملوثات والمركبات المعنية في البيئة، إلا أن الاختبارات لم تُقدّم بيانات مفيدة حول تأثير ملوث أو مادة كيميائية معينة على كائن حي أو نظام بيئي. وقد اقتُرح أن تحديد خصائص المؤشرات الحيوية من شأنه أن يُنشئ نظام إنذار مبكر لمراقبة سلامة السكان أو النظام البيئي قبل أن يُلحق ملوث أو مركب ضررًا بالغًا به. والآن، بفضل تطور دراسات المؤشرات الحيوية، يمكن استخدام المؤشرات الحيوية وتطبيقها في مجالات الطب البشري وفي الكشف عن الأمراض. ^{[ 40 ]}

قام دي كوك وكريمر بتطوير مفهوم الرصد البيولوجي النشط في عام 1994. الرصد البيولوجي النشط هو مقارنة الخصائص الكيميائية/البيولوجية لعينة تم نقلها إلى بيئة جديدة تحتوي على ظروف مختلفة عن بيئتها الأصلية. ^{[ 50 ]}

• قاعدة بيانات BiomarkerKB ، وهي قاعدة معرفية مفتوحة الوصول تعمل على دمج وتنظيم بيانات المؤشرات الحيوية من مصادر عامة متعددة، جامعة جورج واشنطن ، 2025