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Biomarker (Medizin)

In der Medizin ist ein Biomarker ein messbarer Indikator für das Vorhandensein oder die Schwere eines Krankheitszustands oder eines anderen physiologischen Zustands eines Organismus. Zum Beispiel zeigt ein Biomarker eine Veränderung der Expression oder des Zustands eines Proteins an, die mit dem Risiko oder dem Fortschreiten einer Krankheit, oder auch mit dem Ansprechen der Krankheit für eine gegebene Behandlung korreliert. Biomarker können Moleküle sein, die in Teilen des Körpers (wie Blut oder Gewebe) nachgewiesen und gemessen werden können. Sie können normale oder krankhafte Prozesse im Körper anzeigen.

Video: Was ist ein Biomarkter?

Biomarker können zum Beispiel spezifische Moleküle oder Gene, Genprodukte, Enzyme oder Hormone sein. Komplexe Organfunktionen oder charakteristische Veränderungen in biologischen Strukturen können auch als Biomarker dienen. Obwohl der Begriff Biomarker noch relativ neu ist, werden Biomarker bereits seit geraumer Zeit in der präklinischen Forschung und der klinischen Diagnostik eingesetzt. Zum Beispiel ist die Körpertemperatur ein bekannter Biomarker für Fieber. Der Blutdruck wird verwendet, um das Risiko eines Schlaganfalls zu bestimmen. Cholesterinwerte werden als Biomarker und Risikoindikator für koronare und vaskuläre Erkrankungen genutzt, und C-reaktives Protein (CRP) ist ein Marker für Entzündungen. Auch kann die Anwesenheit eines Antikörpers auf eine Infektion hinweisen. Ein Biomarker kann schließlich auch eine Substanz sein, die in einen Organismus eingebracht wird, um Organfunktionen oder andere Aspekte der Gesundheit zu untersuchen. Zum Beispiel wird Rubidiumchlorid bei der Isotopenmarkierung verwendet, um die Perfusion des Herzmuskels zu bewerten. Biomarker sind in vielerlei Hinsicht nützlich, bei Krebs dienen Tumormarker beispielsweise zur Messung des Krankheitsverlaufs, zur Bewertung der effektivsten therapeutischen Verfahren für eine bestimmte Krebsart und zur Feststellung einer langfristigen Anfälligkeit für Krebs oder sein Wiederauftreten.

Inhaltsverzeichnis

Biomarker können anhand verschiedener Parameter klassifiziert werden. Sie können anhand ihrer Eigenschaften als bildgebende Biomarker (für CT, PET, MRI) oder molekulare Biomarker eingeteilt werden. Molekulare Biomarker besitzen biophysikalische Eigenschaften, die ihre Messung in biologischen Proben ermöglichen (z.B, Plasma, Serum, Liquor, Biopsie). Weiterhin gibt es auf DNA basierende Marker wie z. B. Genmutationen oder Polymorphismen, aber auch Transkripte, Peptide, Proteine, Lipide, Metaboliten und andere kleine Moleküle. Biomarker können auch nach ihrer Anwendung klassifiziert werden, wie z. B. diagnostische, prognostische oder prädiktive Biomarker, vgl. oben. Eine weitere Kategorie von Biomarkern sind diejenigen, die bei der Entscheidungsfindung in der frühen Arzneimittelentwicklung eingesetzt werden. Beispielsweise messen pharmakodynamische Biomarker (PD-Biomarker) die pharmakologischen Reaktion, die für Studien zur Dosisoptimierung von besonderem Interesse ist.

Oft wird unterschieden zwischen krankheitsbezogenen und behandlungsbezogenen Biomarkern. Krankheitsbezogene Biomarker geben an, ob eine Krankheit existiert (diagnostische Biomarker) oder wie sich eine solche Erkrankung im Einzelfall unabhängig von der Art der Behandlung entwickeln kann (prognostische Biomarker). Behandlungsbezogene Biomarker geben einen Hinweis auf die wahrscheinliche Wirkung einer spezifischen Behandlung auf den Patienten (prädiktive Biomarker). Mit anderen Worten, prädiktive Biomarker helfen bei der Beurteilung der wahrscheinlichsten Reaktion auf einen bestimmten Behandlungstyp, während prognostische Marker das Fortschreiten der Krankheit mit oder ohne Behandlung zeigen. Neben lang bekannten Biomarkern, wie z. B. im Blutbild, gibt es zahlreiche neuartige Biomarker, die in den verschiedenen medizinischen Fachgebieten zum Einsatz kommen. Derzeit wird intensiv an der Entdeckung und Entwicklung innovativer und effektiver Biomarker gearbeitet. Viele dieser Biomarker sind zur Basis für die Prävention geworden, also für eine Medizin, die Krankheiten oder das Krankheitsrisiko frühzeitig erkennt und gezielte Gegenmaßnahmen gegen die Entstehung von Krankheiten ergreift. Biomarker werden auch als der Schlüssel zur personalisierten Medizin angesehen. Mit ihnen ist es möglich, Behandlungen individuell auf bestimmte Patienten zuzuschneiden, um hocheffizient in Krankheitsprozesse einzugreifen.

In der Vergangenheit waren Biomarker in erster Linie physiologische Indikatoren wie Blutdruck oder Herzfrequenz. Inzwischen ist der Begriff Biomarker oft ein Synonym für einen molekularen Biomarker, wie zum Beispiel erhöhtes prostataspezifisches Antigen als molekularer Biomarker für Prostatakrebs. In letzter Zeit ist das Interesse an der Bedeutung von Biomarkern in der Onkologie, zum Beispiel an der Rolle von KRAS bei Kolorektalen Karzinomen und anderen EGFR-assoziierten Krebsarten, gestiegen. Bei Patienten, deren Tumoren das mutierte KRAS-Gen exprimieren, ist das KRAS-Protein, das Teil des EGFR-Signalwegs ist, immer „eingeschaltet“. Diese überaktive EGFR-Signalgebung bedeutet, dass die Signalübertragung stromabwärts fortgesetzt wird – selbst wenn die Signalgebung stromaufwärts durch einen EGFR-Inhibitor wie Cetuximab (Erbitux) blockiert wird – was zu weiterem Wachstum der Krebszellen führt. Die Untersuchung eines Tumors auf seinen KRAS-Status (Wildtyp vs. Mutant) hilft, diejenigen Patienten zu identifizieren, die am meisten von der Behandlung mit Cetuximab profitieren. Relevant sind auch zum Beispiel Veränderungen des P53-Gen sowie von MMPs.

Gegenwärtig ist eine wirksame Behandlung nur für einen kleinen Prozentsatz von Krebspatienten verfügbar. Darüber hinaus werden viele Krebspatienten in einem Stadium diagnostiziert, in dem der Krebs zu weit fortgeschritten ist, um behandelt zu werden. Biomarker haben die Fähigkeit, die Krebsentdeckung und den Medikamentenentwicklungsprozess erheblich zu verbessern. Darüber hinaus können Biomarker es Ärzten ermöglichen, individuelle Behandlungspläne für ihre Krebspatienten zu entwickeln, und so können Ärzte Medikamente spezifisch auf den Tumortyp ihres Patienten abstimmen. Dadurch kann sich die Ansprechrate des Arzneimittels erheblich verbessern, und/oder die Toxizität des Arzneimittels wird begrenzt und die mit dem Testen verschiedener Therapien verbundenen Kosten sowie die sich daraus ergebende Behandlung von Nebenwirkungen können abnehmen.

Bei chronischen Erkrankungen, deren Behandlung Patienten über Jahre hinweg zur Einnahme von Medikamenten zwingen kann, ist eine genaue Diagnose besonders dann wichtig, wenn starke Nebenwirkungen von der Behandlung erwartet werden. In diesen Fällen werden Biomarker immer wichtiger, weil sie eine schwierige Diagnose bestätigen oder sogar erst ermöglichen können. Eine Reihe von Krankheiten wie Alzheimer-Krankheit oder Rheumatoide Arthritis beginnen oft mit einer frühen, symptomfreien Phase. In diesen Fällen helfen Biomarker, Hochrisiko-Patienten zuverlässig und rechtzeitig zu identifizieren, so dass sie entweder vor dem Ausbruch der Krankheit oder so bald wie möglich danach behandelt werden können.

Biomarker werden auch bei der Entwicklung von Arzneimitteln verwendet. Hier werden Biomarker sowohl in der präklinischen als auch in der klinischen Forschung eingesetzt. Bei der Bewertung potenzieller medikamentöser Therapien kann ein Biomarker als Ersatz für einen natürlichen Endpunkt wie zum Beispiel irreversible Morbidität oder Mortalität verwendet werden. Wenn eine Behandlung einen Biomarker verändert, der eine direkte Verbindung zu einem Krankheitsverlauf hat, dient der Biomarker als Surrogatmarker für die Bewertung des klinischen Nutzens. Zum Beispiel werden Biomarker in Phase-I-Studien verwendet, um Dosierungen und Dosierungsschemata für zukünftige Phase-II-Studien festzulegen. Zur Bestimmung von Biomarkern werden Testsysteme für Tiere und Menschen nach Möglichkeit automatisiert. Zu den häufigsten Tests gehören die Bestimmung der Leber- (z. B. Transaminasen, Bilirubin, alkalische Phosphatase) und Nierenfunktionen (z. B. Serum-Kreatinin, Kreatinin-Clearance, Cystatin C). Andere Biomarker erfassen Verletzungen von Skelettmuskel- (z. B. Myoglobin) oder Herzmuskelzellen (z. B. CK-MB, Troponin I oder T).

Viele neue Biomarker werden entwickelt, die bildgebende Verfahren einbeziehen. Bildgebende Biomarker haben viele Vorteile. Sie sind normalerweise nicht invasiv und erzeugen intuitiv erfassbare, multidimensionale Ergebnisse. Sie liefern sowohl qualitative als auch quantitative Daten und sind für Patienten in der Regel relativ komfortabel. In Kombination mit anderen Informationsquellen können sie für Ärzte, die eine Diagnose stellen möchten, sehr nützlich sein.

So ist die kardiale Bildgebung ein aktiver Bereich der Biomarkerforschung. Die Koronarangiographie, ein invasives Verfahren, welches eine Katheterisierung erfordert, ist seit langem Standard für die Diagnose von Arterienstenosen. Wissenschaftler und Ärzte entwickeln jedoch nicht-invasive Techniken. Es wird angenommen, dass die Herz-Computertomographie (CT) in diesem Bereich ein großes Potenzial hat. Forscher müssen dabei Probleme im Zusammenhang des calcium blooming zu überwinden. Dies ist ein Phänomen, bei dem Kalkablagerungen die Bildauflösung stören. Andere intravaskuläre Bildgebungstechniken, einschließlich Magnetresonanztomographie (MRT), Optische Kohärenztomographie (OCT) und Nahinfrarotspektroskopie, werden ebenfalls untersucht.

Ein weiterer neuer bildgebender Biomarker beinhaltet radiomarkierte Fluordesoxyglucose als Tracer. Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kann verwendet werden, um den Ort der Glukoseaufnahme im Körper zu ermitteln. Durch die Verfolgung von Glukose können Ärzte Entzündungsherde ausfindig machen, da Makrophagen den Zucker in hohen Konzentrationen aufnehmen. Tumore haben ebenfalls einen hohen Glukoseverbrauch und sind somit oft zur Überwachung durch diese Methode geeignet.

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Biomarker (Medizin)
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Biomarker Medizin Sprache Beobachten Bearbeiten In der Medizin ist ein Biomarker ein messbarer Indikator fur das Vorhandensein oder die Schwere eines Krankheitszustands oder eines anderen physiologischen Zustands eines Organismus Zum Beispiel zeigt ein Biomarker eine Veranderung der Expression oder des Zustands eines Proteins an die mit dem Risiko oder dem Fortschreiten einer Krankheit oder auch mit dem Ansprechen der Krankheit fur eine gegebene Behandlung korreliert Biomarker konnen Molekule sein die in Teilen des Korpers wie Blut oder Gewebe nachgewiesen und gemessen werden konnen Sie konnen normale oder krankhafte Prozesse im Korper anzeigen 1 Mediendatei abspielen Video Was ist ein Biomarkter Biomarker konnen zum Beispiel spezifische Molekule oder Gene Genprodukte Enzyme oder Hormone sein Komplexe Organfunktionen oder charakteristische Veranderungen in biologischen Strukturen konnen auch als Biomarker dienen Obwohl der Begriff Biomarker noch relativ neu ist werden Biomarker bereits seit geraumer Zeit in der praklinischen Forschung und der klinischen Diagnostik eingesetzt 2 Zum Beispiel ist die Korpertemperatur ein bekannter Biomarker fur Fieber Der Blutdruck wird verwendet um das Risiko eines Schlaganfalls zu bestimmen Cholesterinwerte werden als Biomarker und Risikoindikator fur koronare und vaskulare Erkrankungen genutzt und C reaktives Protein CRP ist ein Marker fur Entzundungen Auch kann die Anwesenheit eines Antikorpers auf eine Infektion hinweisen Ein Biomarker kann schliesslich auch eine Substanz sein die in einen Organismus eingebracht wird um Organfunktionen oder andere Aspekte der Gesundheit zu untersuchen Zum Beispiel wird Rubidiumchlorid bei der Isotopenmarkierung verwendet um die Perfusion des Herzmuskels zu bewerten Biomarker sind in vielerlei Hinsicht nutzlich bei Krebs dienen Tumormarker beispielsweise zur Messung des Krankheitsverlaufs zur Bewertung der effektivsten therapeutischen Verfahren fur eine bestimmte Krebsart und zur Feststellung einer langfristigen Anfalligkeit fur Krebs oder sein Wiederauftreten 3 Inhaltsverzeichnis 1 Klassifizierung und Anwendung von Biomarkern 2 Biomarker von Erkrankungen und Biomarker zur Wirkung von Medikamenten 3 Biomarker in der Medikamentenentwicklung 4 Bildgebende Biomarker 5 EinzelnachweiseKlassifizierung und Anwendung von Biomarkern BearbeitenBiomarker konnen anhand verschiedener Parameter klassifiziert werden Sie konnen anhand ihrer Eigenschaften als bildgebende Biomarker fur CT PET MRI oder molekulare Biomarker eingeteilt werden Molekulare Biomarker besitzen biophysikalische Eigenschaften die ihre Messung in biologischen Proben ermoglichen z B Plasma Serum Liquor Biopsie Weiterhin gibt es auf DNA basierende Marker wie z B Genmutationen oder Polymorphismen aber auch Transkripte Peptide Proteine Lipide Metaboliten und andere kleine Molekule Biomarker konnen auch nach ihrer Anwendung klassifiziert werden wie z B diagnostische prognostische oder pradiktive Biomarker vgl oben Eine weitere Kategorie von Biomarkern sind diejenigen die bei der Entscheidungsfindung in der fruhen Arzneimittelentwicklung eingesetzt werden Beispielsweise messen pharmakodynamische Biomarker PD Biomarker die pharmakologischen Reaktion die fur Studien zur Dosisoptimierung von besonderem Interesse ist Biomarker von Erkrankungen und Biomarker zur Wirkung von Medikamenten BearbeitenOft wird unterschieden zwischen krankheitsbezogenen und behandlungsbezogenen Biomarkern Krankheitsbezogene Biomarker geben an ob eine Krankheit existiert diagnostische Biomarker oder wie sich eine solche Erkrankung im Einzelfall unabhangig von der Art der Behandlung entwickeln kann prognostische Biomarker Behandlungsbezogene Biomarker geben einen Hinweis auf die wahrscheinliche Wirkung einer spezifischen Behandlung auf den Patienten pradiktive Biomarker Mit anderen Worten pradiktive Biomarker helfen bei der Beurteilung der wahrscheinlichsten Reaktion auf einen bestimmten Behandlungstyp wahrend prognostische Marker das Fortschreiten der Krankheit mit oder ohne Behandlung zeigen Neben lang bekannten Biomarkern wie z B im Blutbild gibt es zahlreiche neuartige Biomarker die in den verschiedenen medizinischen Fachgebieten zum Einsatz kommen Derzeit wird intensiv an der Entdeckung und Entwicklung innovativer und effektiver Biomarker gearbeitet Viele dieser Biomarker sind zur Basis fur die Pravention geworden also fur eine Medizin die Krankheiten oder das Krankheitsrisiko fruhzeitig erkennt und gezielte Gegenmassnahmen gegen die Entstehung von Krankheiten ergreift Biomarker werden auch als der Schlussel zur personalisierten Medizin angesehen Mit ihnen ist es moglich Behandlungen individuell auf bestimmte Patienten zuzuschneiden um hocheffizient in Krankheitsprozesse einzugreifen In der Vergangenheit waren Biomarker in erster Linie physiologische Indikatoren wie Blutdruck oder Herzfrequenz Inzwischen ist der Begriff Biomarker oft ein Synonym fur einen molekularen Biomarker wie zum Beispiel erhohtes prostataspezifisches Antigen als molekularer Biomarker fur Prostatakrebs In letzter Zeit ist das Interesse an der Bedeutung von Biomarkern in der Onkologie zum Beispiel an der Rolle von KRAS bei Kolorektalen Karzinomen und anderen EGFR assoziierten Krebsarten gestiegen Bei Patienten deren Tumoren das mutierte KRAS Gen exprimieren ist das KRAS Protein das Teil des EGFR Signalwegs ist immer eingeschaltet Diese uberaktive EGFR Signalgebung bedeutet dass die Signalubertragung stromabwarts fortgesetzt wird selbst wenn die Signalgebung stromaufwarts durch einen EGFR Inhibitor wie Cetuximab Erbitux blockiert wird was zu weiterem Wachstum der Krebszellen fuhrt Die Untersuchung eines Tumors auf seinen KRAS Status Wildtyp vs Mutant hilft diejenigen Patienten zu identifizieren die am meisten von der Behandlung mit Cetuximab profitieren Relevant sind auch zum Beispiel Veranderungen des P53 Gen 4 sowie von MMPs 5 Gegenwartig ist eine wirksame Behandlung nur fur einen kleinen Prozentsatz von Krebspatienten verfugbar Daruber hinaus werden viele Krebspatienten in einem Stadium diagnostiziert in dem der Krebs zu weit fortgeschritten ist um behandelt zu werden Biomarker haben die Fahigkeit die Krebsentdeckung und den Medikamentenentwicklungsprozess erheblich zu verbessern Daruber hinaus konnen Biomarker es Arzten ermoglichen individuelle Behandlungsplane fur ihre Krebspatienten zu entwickeln und so konnen Arzte Medikamente spezifisch auf den Tumortyp ihres Patienten abstimmen Dadurch kann sich die Ansprechrate des Arzneimittels erheblich verbessern und oder die Toxizitat des Arzneimittels wird begrenzt und die mit dem Testen verschiedener Therapien verbundenen Kosten sowie die sich daraus ergebende Behandlung von Nebenwirkungen konnen abnehmen 6 Bei chronischen Erkrankungen deren Behandlung Patienten uber Jahre hinweg zur Einnahme von Medikamenten zwingen kann ist eine genaue Diagnose besonders dann wichtig wenn starke Nebenwirkungen von der Behandlung erwartet werden In diesen Fallen werden Biomarker immer wichtiger weil sie eine schwierige Diagnose bestatigen oder sogar erst ermoglichen konnen 7 Eine Reihe von Krankheiten wie Alzheimer Krankheit oder Rheumatoide Arthritis beginnen oft mit einer fruhen symptomfreien Phase In diesen Fallen helfen Biomarker Hochrisiko Patienten zuverlassig und rechtzeitig zu identifizieren so dass sie entweder vor dem Ausbruch der Krankheit oder so bald wie moglich danach behandelt werden konnen 8 9 Biomarker in der Medikamentenentwicklung BearbeitenBiomarker werden auch bei der Entwicklung von Arzneimitteln verwendet Hier werden Biomarker sowohl in der praklinischen als auch in der klinischen Forschung eingesetzt Bei der Bewertung potenzieller medikamentoser Therapien kann ein Biomarker als Ersatz fur einen naturlichen Endpunkt wie zum Beispiel irreversible Morbiditat oder Mortalitat verwendet werden Wenn eine Behandlung einen Biomarker verandert der eine direkte Verbindung zu einem Krankheitsverlauf hat dient der Biomarker als Surrogatmarker fur die Bewertung des klinischen Nutzens Zum Beispiel werden Biomarker in Phase I Studien verwendet um Dosierungen und Dosierungsschemata fur zukunftige Phase II Studien festzulegen Zur Bestimmung von Biomarkern werden Testsysteme fur Tiere und Menschen nach Moglichkeit automatisiert Zu den haufigsten Tests gehoren die Bestimmung der Leber z B Transaminasen Bilirubin alkalische Phosphatase und Nierenfunktionen z B Serum Kreatinin Kreatinin Clearance Cystatin C Andere Biomarker erfassen Verletzungen von Skelettmuskel z B Myoglobin oder Herzmuskelzellen z B CK MB Troponin I oder T Bildgebende Biomarker BearbeitenViele neue Biomarker werden entwickelt die bildgebende Verfahren einbeziehen Bildgebende Biomarker haben viele Vorteile Sie sind normalerweise nicht invasiv und erzeugen intuitiv erfassbare multidimensionale Ergebnisse Sie liefern sowohl qualitative als auch quantitative Daten und sind fur Patienten in der Regel relativ komfortabel In Kombination mit anderen Informationsquellen konnen sie fur Arzte die eine Diagnose stellen mochten sehr nutzlich sein So ist die kardiale Bildgebung ein aktiver Bereich der Biomarkerforschung Die Koronarangiographie ein invasives Verfahren welches eine Katheterisierung erfordert ist seit langem Standard fur die Diagnose von Arterienstenosen Wissenschaftler und Arzte entwickeln jedoch nicht invasive Techniken Es wird angenommen dass die Herz Computertomographie CT in diesem Bereich ein grosses Potenzial hat Forscher mussen dabei Probleme im Zusammenhang des calcium blooming zu uberwinden Dies ist ein Phanomen bei dem Kalkablagerungen die Bildauflosung storen Andere intravaskulare Bildgebungstechniken einschliesslich Magnetresonanztomographie MRT Optische Koharenztomographie OCT und Nahinfrarotspektroskopie werden ebenfalls untersucht Ein weiterer neuer bildgebender Biomarker beinhaltet radiomarkierte Fluordesoxyglucose als Tracer Die Positronen Emissions Tomographie PET kann verwendet werden um den Ort der Glukoseaufnahme im Korper zu ermitteln Durch die Verfolgung von Glukose konnen Arzte Entzundungsherde ausfindig machen da Makrophagen den Zucker in hohen Konzentrationen aufnehmen Tumore haben ebenfalls einen hohen Glukoseverbrauch und sind somit oft zur Uberwachung durch diese Methode geeignet Einzelnachweise Bearbeiten The Biomarkers Consortium Foundation for the National Institutes of Health Archived copy whatisabiomarkers html Archiviert vom Original am 25 Oktober 2009 Abgerufen am 27 Januar 2010 Biomarker Technology Platforms for Cancer Diagnoses and Therapies TriMark Publications LLC Juli 2014 Clinical and pathologic relevance of p53 index in canine osseous tumors In Vet Pathol 40 Nr 3 Mai 2003 S 237 48 doi 10 1354 vp 40 3 237 PMID 12724563 Matrix metalloproteinase 2 and 9 involvement in canine tumors In Vet Pathol 40 Nr 4 Juli 2003 S 382 94 doi 10 1354 vp 40 4 382 PMID 12824510 Advances In Pharmaceutical Cell Therapy Principles Of Cell based Biopharmaceuticals ISBN 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