BiHiVE2 undersøgelse. Undersøgelsen og valideringen af ​​prædiktive biomarkører i hypoxisk-iskæmisk encefalopati. (BiHiVE2)

Baggrund og aktuel viden på området:

Perinatal asfyksi er en af ​​de hyppigste årsager til neonatal død og langvarig invaliditet, der forekommer hos 20 ud af 1000 levendefødte. Af disse vil cirka 2-3 pr. 1000 fortsætte med at udvikle hypoxisk-iskæmisk encefalopati (HIE) (1). I Irland og Storbritannien er HIE den tredje hyppigste årsag til neonatal dødelighed, der tegner sig for 9% af alle dødsfald og 21% af dødsfald, mens det globalt anslås at forårsage over 1 million neonatale dødsfald hvert år. For de overlevende er der signifikant sekundær morbiditet forbundet, herunder cerebral parese (15%), alvorlig kognitiv forsinkelse (11%), anfaldsforstyrrelser (8%), sensorisk-neural døvhed (7%) og synstab (3%)( 2).

HIE er en proces i udvikling, som kan forenkles til to fornærmelser. Den indledende fornærmelse er betydelig cerebral hypoxi og/eller iskæmi, som efterfølges af energiudtømning, fra anaerob metabolisme, der fører til akkumulering af laktat og tab af cellulær integritet. Dette sætter gang i en kaskade af begivenheder med den resulterende dannelse af frie radikaler, proteaser og caspaser, der fører til celleskade og apoptose, den sekundære fornærmelse(3). Det sekundære energisvigt har vist sig at opstå mellem 6-48 timer efter den første fornærmelse.

Indtil for nylig har der ikke eksisteret nogen terapeutisk intervention, som kunne reducere den associerede morbiditet eller dødelighed. Imidlertid har de seneste publikationer af flere internationale forsøg og deres efterfølgende meta-analyse vist, at tidlig induceret hypotermi er gavnlig ved HIE, hvilket forbedrer overlevelse og reducerer neurologisk handicap (4-5). Induceret hypotermi er nu blevet en standardbehandling ved moderat/svær HIE. For at være effektiv skal den dog påbegyndes inden for 6 timer efter levering, før det sekundære energisvigt opstår. I dette snævre tidsrum skal den befolkning, der ville have gavn af behandling, identificeres, genoplives, stabiliseres og afkøles.

Desværre er evnen til at genkende og diagnosticere dem, der ville have gavn af terapi, ikke altid mulig inden for denne tidsperiode. Vi har vist, at de nuværende standardmetoder til at identificere dem, der er i risiko for HIE, såsom syre-base balance, laktat og Apgar score og initial neurologisk vurdering er upålidelige (6). Neonatal elektroencefalografi (EEG) er nyttig til gradering af encefalopati og er en fremragende forudsigelse for langsigtede resultater. Især dets udvikling i løbet af de første 24 timer efter fødslen er stærkt korreleret med resultatet (7). Det kræver dog et højt specialiseret færdighedssæt, som sjældent er tilgængeligt for neonatologen i den akutte situation. Amplitude integreret EEG er mere udbredt af klinikere, men dets fortolkning er brugerafhængig, og størstedelen af ​​neonatologer rapporterer, at de ikke er sikre på deres egen fortolkningsevne (8). Behovet for tidlig og pålidelig forudsigelse af udfald i HIE har aldrig været større. En hurtig, billig, reproducerbar, ikke-brugerafhængig metode til at kvantificere sværhedsgraden af ​​HIE og sandsynlig prognose er et presserende behov. Mange biokemiske og hæmatologiske markører er blevet foreslået ved perinatal asfyksi, men ingen har ført til kliniske fremskridt eller kommercielt levedygtige bedside-tests (9).

I løbet af de sidste 2 år, her på Cork University Maternity Hospital, har vi gennem BIHIVE-undersøgelsen (Biomarkers in Hypoxic-Ischaemic Encephalopathy study) identificeret potentielle biokemiske markører i navlestrengsblod, som nøjagtigt kan identificere de spædbørn, der vil udvikle sig til moderat/alvorlig encefalopati (10,11). BIHIVE-studiet har vedtaget en mangefacetteret tilgang til at identificere blodbårne biomarkører i HIE gennem 1) målrettet proteomisk profilering ved hjælp af Luminex-teknologi 2) miRNA-profilering 3) omfattende kortlægning af blodmetabolomet ved hjælp af både massespektrometri og kernemagnetiske resonansteknikker.

Vores mål er at rekruttere en kohorte af spædbørn med klart defineret perinatal asfyksi og HIE, klassificeret ved hjælp af både gentagen neurologisk vurdering og multikanal EEG. På tidspunktet for fødslen vil navlestrengsblod blive udtaget, behandlet og banket ved hjælp af strenge standard operationsprocedurer (SOP'er), som vi har udviklet til dette formål. Disse procedurer vil sikre, at alle prøver vil være egnede til senere proteomisk, metabolomisk, transkriptomisk og genomisk analyse. Ved at bruge en systembiologisk tilgang har vi studeret flere foreslåede markører i det lagrede navlestrengsblod fra vores opdagelseskohorte, i første omgang med fokus på proteomet og metabolomet. Gennem dette arbejde har vi allerede identificeret en række biomarkører til stede i navlestrengsblod med potentiale til at forudsige udviklingen af ​​moderat/svær HIE. Vores tidlige data er yderst lovende. Vores indledende metabolomiske analyse har vist, at vi kan skelne mellem HIE og kontroller med et areal under kurven (AUROC) på 0,92. Yderligere analyse vil være påkrævet for at identificere og kvantificere de nøjagtige metabolittoppe, som frembringer denne differentiering. Vi ønsker nu at validere disse resultater i en yderligere kohorte af spædbørn med perinatal asfyksi og HIE og at validere vores evne til at forudsige neurologiske resultater på længere sigt. Vores pilotarbejde med at undersøge mikroRNA-ændringer i navlestrengsblodet hos spædbørn med moderat/svær HIE er også meget opmuntrende med betydelig opregulering af flere undersøgte miRNA'er i både asfyksi og HIE. De mest lovende miRNA'er bliver nu kvantificeret ved hjælp af polymerasekædereaktion (PCR) amplikation og vil blive valideret i opdagelseskohorten.

Fremtidig kohorte-BIHIVE2: For at udvikle disse markører videre til det punkt, hvor vi har valideret en markør med >90 % sensitivitet og specificitet for moderat/svær HIE, bliver vi nødt til at rekruttere en yderligere kohorte af omhyggeligt rekrutterede spædbørn med højkvalitets biobanking ved fødslen og detaljeret klinisk fænotypning. Dette er hovedarbejdet i denne nuværende applikation. Vi vil kræve en yderligere kohorte på 300 spædbørn med perinatal asfyksi, hvoraf 60 vil udvikle HIE og 30 vil udvikle moderat til svær HIE. Vi bliver også nødt til at rekruttere 300 nutidige kontrolbørn. For at rekruttere dette antal spædbørn med perinatal asfyksi bliver vi nødt til at studere 30.000 levendefødte børn. Vi har derfor udvidet vores studiecentre til at omfatte Karolinska Universitetshospitalet, Stockholm, et stort topmoderne fødehospital med 10.000 levendefødte børn om året.

Yderligere validering vil give os mulighed for at udvikle en algoritme af kliniske og biokemiske markører, som vil give en følsom og specifik prædiktiv test for moderat/svær HIE. Neuroudviklingsmæssig opfølgning af begge kohorter vil give os mulighed for at vurdere vores evne til at forudsige neuroudviklingsmæssige og adfærdsmæssige resultater efter 2 år.

Til sidst vil vi undersøge den nøjagtige timing af biomarkørændring ved hjælp af en tidsbestemt dyremodel for hypoxisk-iskæmisk skade (HI). I kliniske undersøgelser er hypoxisk-iskæmisk skade uforudsigelig, og dens timing er ofte umulig at estimere. Dr. Tracey Bjorkmann fra Queen's University, Brisbane har udviklet en pattegrisemodel af HI, som producerer HI inducerer anfald og et skadesniveau, der svarer til moderat til svær HIE (12). Hun har sagt ja til at samarbejde med vores program og vil give pattegriseprøver af serum taget 0,1,2 og 12 timer efter HI. Disse prøver vil være uvurderlige til at undersøge forløbet af biomarkørforstyrrelser og vil hjælpe os med at tide neonatal hjerneskade efter fødslen.