Nachweis und Identifizierung von Präeklampsie über flüchtige Biomarker (DIP)

Präeklampsie ist eine Form von Bluthochdruck, die nur für die menschliche Schwangerschaft auftritt. Die klinischen Befunde der Präeklampsie können sich entweder als mütterliches Syndrom (Hypertonie und Proteinurie mit oder ohne andere Multisystemanomalien) oder als fetales Syndrom (fötale Wachstumsbeschränkung, reduziertes Fruchtwasser und abnormale Oxygenierung) manifestieren.

Die Präeklampsie-Inzidenz liegt zwischen 2 und 7 Prozent bei gesunden Nulliparae-Frauen. Bei diesen Frauen ist die Präeklampsie im Allgemeinen mild, mit Beginn kurz vor oder während der Geburt (75 Prozent der Fälle), und die Erkrankung birgt nur ein minimal erhöhtes Risiko für einen unerwünschten Schwangerschaftsausgang. Im Gegensatz dazu sind die Inzidenz und der Schweregrad der Präeklampsie wesentlich höher bei Frauen mit Mehrlingsschwangerschaft, chronischer Hypertonie, vorangegangener Präeklampsie, prägestationärem Diabetes mellitus und bei Frauen mit vorbestehender Thrombophilie.

Die Ätiologie der Präeklampsie ist unbekannt. Viele Theorien wurden vorgeschlagen, aber die meisten von ihnen haben den Test der Zeit nicht überstanden. Einige dieser Theorien: Abnorme Trophoblastinvasion, Gerinnungsanomalien, vaskuläre endotheliale Schädigung, kardiovaskuläre Fehlanpassung, immunologische Phänomene, genetische Veranlagung und Ernährungsmängel oder -exzesse.

Präeklampsie ist ein klinisches Syndrom, das ein breites Spektrum von Anzeichen und Symptomen umfasst, von denen klinisch beobachtet wurde, dass sie sich allein oder in Kombination entwickeln. Die klassische Trias der Präeklampsie umfasst: Bluthochdruck, Proteinurie und Ödeme. Es besteht jedoch inzwischen allgemeine Einigkeit darüber, dass Ödeme nicht als Teil der Diagnose einer Präeklampsie in Betracht gezogen werden sollten. Die Diagnose einer Präeklampsie erfordert das Vorliegen eines erhöhten Blutdrucks (BP) mit Proteinurie,3 normalerweise beginnend nach der 20. Schwangerschaftswoche, aber die Schwere des Krankheitsverlaufs basiert im Allgemeinen auf dem mütterlichen Blutdruck, der als traditionelles Markenzeichen gilt zur Diagnose der Krankheit.

Frauen mit Präeklampsie können einen Symptomkomplex aufweisen, der von einer minimalen Blutdruckerhöhung bis zu Störungen mehrerer Organsysteme reicht. Am wahrscheinlichsten sind die renalen, hämatologischen und hepatischen Systeme beteiligt.

Die Nierenfunktion ist normalerweise in fast allen Fällen beeinträchtigt, da immer eine Proteinurie gefunden wird. Bei Präeklampsie führen Vasospasmus und glomeruläre kapillare Endothelschwellung (glomeruläre Endotheliose) zu einer durchschnittlichen Verringerung der GFR (glomeruläre Filtrationsrate) von 25 Prozent unter die Rate für eine normale Schwangerschaft. Das Serumkreatinin ist bei Präeklampsie selten erhöht, aber die Harnsäure ist häufig erhöht. Trotz der Tatsache, dass der Harnsäurespiegel bei Frauen mit Präeklampsie erhöht ist, ist dieser Test nicht sensitiv oder spezifisch für die Diagnose der Krankheit.

Die Leber ist nicht primär an der Präeklampsie beteiligt, und eine hepatische Beteiligung wird nur bei 10 Prozent der Frauen mit schwerer Präeklampsie beobachtet. Fibrinablagerungen wurden an den Wänden der Lebersinusoide bei präeklamptischen Patienten ohne Labor- oder histologische Hinweise auf eine Leberbeteiligung gefunden. Wenn bei Präeklampsie eine Leberfunktionsstörung auftritt, ist eine leichte Erhöhung der Serumtransaminase am häufigsten. Bilirubin ist bei Präeklampsie selten erhöht, aber wenn es erhöht ist, überwiegt die indirekte Fraktion. Erhöhte Leberenzyme sind Teil des HELLP-Syndroms, einer Variante der schweren Präeklampsie.

Thrombozytopenie ist die häufigste hämatologische Anomalie bei Frauen mit Präeklampsie. Es korreliert mit der Schwere des Krankheitsprozesses und dem Vorhandensein oder Fehlen einer Plazentalösung. Eine Thrombozytenzahl von weniger als 150.000/mm3 wurde bei 32 bis 50 Prozent der Frauen mit schwerer Präeklampsie und bei 15 Prozent der Frauen mit Bluthochdruck während der Schwangerschaft berichtet.

Die Durchsicht der Literatur zeigt, dass mehr als 100 klinische, biophysikalische und biochemische Tests empfohlen wurden, um den Risikopatienten für die zukünftige Entwicklung der Krankheit vorherzusagen oder zu identifizieren.

Die Ergebnisse der gepoolten Daten für die verschiedenen Tests und die fehlende Übereinstimmung zwischen seriellen Tests legen nahe, dass keiner dieser klinischen Tests ausreichend zuverlässig ist, um als Screening-Test in der klinischen Praxis verwendet zu werden. Folglich besteht offensichtlich ein großer Bedarf an der Entwicklung einer neuartigen Technologie zur Früherkennung dieser Schwangerschaftskomplikation, bevor ihre klinischen Manifestationen auftreten. Eine frühzeitige Erkennung kann bei einer frühzeitigen Behandlung helfen, die Folge dieser Erkrankung zu verhindern oder zumindest zu minimieren.

Flüchtige Biomarker der Präeklampsie:

Die Intensität des oxidativen Stresses bei Frauen mit normaler Schwangerschaft, Präeklampsie und nichtschwangeren Frauen, ausgedrückt durch flüchtige Biomarker durch die Ausatemluft, wurde durch GC-Chromatographie/Massenspektrometrie (GC-MS) von der Gruppe von Moretti und Phillips untersucht. Eine 3-D-Darstellung der Häufigkeit von C4-C20-Alkanen und monomethylierten Alkanen zeigte, dass das mittlere Volumen unter der Kurve bei Präeklampsie-Patienten signifikant höher war als bei normalen schwangeren Frauen (P < 003) und nicht schwangeren Kontrollpersonen (P < 005). Ein Vorhersagemodell mit fünf flüchtigen Biomarkern (Undecan, 6-Methyltridecan, 2-Methylpentan, 5-Methyltetradecan und 2-Methylnonan) unterschied zwischen Präeklampsie und unkomplizierter Schwangerschaft (Sensitivität = 92,3 %, Spezifität = 89,7 %; kreuzvalidierte Sensitivität = 88,5 %, Spezifität = 79,3 %). Obwohl vielversprechend, ist der klinische Wert dieses Atemtests als Prädiktor für Präeklampsie noch unbekannt. Dies könnte darauf zurückgeführt werden, dass sich die Studie nur auf die Beziehung zwischen oxidativem Stress und der Präeklampsie konzentrierte, da Stoffwechselwege nicht ignoriert werden konnten.

Eine Unterstützung für Letzteres ergibt sich aus der Beteiligung vieler Erkrankungen (z. B. renaler, hämatologischer und hepatischer), bei denen festgestellt wurde, dass sie während der Präeklampsie flüchtige Biomarker emittieren.

Um diese vorläufige Studie in eine breitere Perspektive zu rücken, sind Längsschnittstudien erforderlich, um festzustellen, ob erhöhte Atembiomarker für oxidativen Stress und auch Stoffwechselwege in früheren Stadien der Schwangerschaft den Beginn einer Präeklampsie vorhersagen können. Während ein Teil des erforderlichen Wissens durch Massenspektrometrietechniken gewonnen werden könnte, wird die Verwendung dieser Techniken durch den Bedarf an teurer Ausrüstung, das hohe Maß an Fachwissen, das für den Betrieb solcher Instrumente erforderlich ist, die für die Probenahme und Analyse erforderliche Geschwindigkeit behindert. und die Notwendigkeit von Vorkonzentrationstechniken (eine Technik, die es ermöglicht, nur einen Teil (15-20 %) der flüchtigen Biomarker nachzuweisen, die in der echten Ausatemluft gefunden werden).

Damit das Testen flüchtiger Biomarker der Präeklampsie zu einer klinischen Realität wird, müssen einige Fortschritte im Wissen über spezifische flüchtige Biomarker der Präeklampsie und in der Sensorentwicklung erzielt werden. Chemische Sensormatrizen auf Basis von Nanomaterialien werden sich eher zu einem klinischen und labordiagnostischen Werkzeug entwickeln, da sie deutlich kleiner, einfacher zu handhaben und kostengünstiger sind. Ein idealer chemischer Sensor für die Analyse flüchtiger Biomarker sollte bei sehr niedrigen Analytkonzentrationen in Gegenwart von Wasserdampf empfindlich sein (da Atemproben 80–90 % relative Luftfeuchtigkeit enthalten). Darüber hinaus sollte es schnell und unterschiedlich auf kleine Konzentrationsänderungen reagieren und eine konsistente Ausgabe liefern, die für eine bestimmte Exposition spezifisch ist.

Ziele:

Das Ziel dieses Projekts ist die Früherkennung von "Präeklampsie" und anderen Schwangerschaftskomplikationen unter Verwendung flüchtiger Biomarker, die in ausgeatmeten Atem- und/oder Blutproben vorkommen, unter Verwendung eines einfachen und kostengünstigen Tools namens NA-NOSE.

Phase-I: Die erste Phase dieses Projekts ist der Vergleich zwischen flüchtigen Biomarkermustern von schwangeren Frauen, die an „Präeklampsie“ leiden, schwangeren Frauen, die als „normale Schwangerschaft“ gelten, und gesunden „nicht schwangeren“ Frauen.

Phase-II: Die zweite Phase dieses Projekts ist die Fähigkeit, „Präeklampsie“ im direkten Vergleich mit anderen potenziellen Prädiktoren, die in der aktuellen klinischen Praxis verwendet werden, vorherzusagen.

Methodik:

Studiendesign und Gliederung:

Phase I dieser Studie wird sich auf Querschnitts-Atemtests von drei Gruppen junger Frauen konzentrieren, die sich zur Teilnahme bereit erklärt und eine Einverständniserklärung unterzeichnet haben, die vom institutionellen Helsinki-Komitee im Nazareth-Krankenhaus genehmigt wurde.

Gruppen:

• Präeklampsie: 30 präeklamptische schwangere Frauen mit einem Gestationsalter von > 24 Wochen und ohne chronische medizinische Störungen, die keine Wehen haben und deren Fötus lebt. Präeklampsie ist definiert als Blutdruck von > 140/90 mm Hg bei 2 verschiedenen Gelegenheiten im Abstand von mindestens 4 Stunden, aber nicht mehr als einer Woche, mit Proteinurie. Proteinurie ist definiert als ein Urinteststreifenwert > 1+ (30 mg/dL) oder eine 24-Stunden-Urinsammlung mit einer Proteinausscheidung von > 300 mg.
• Unkomplizierte Schwangerschaft: 30 schwangere Frauen mit normalem Blutdruck und einem Gestationsalter von > 24 Wochen und ohne chronische medizinische Störungen, die keine geburtshilflichen Probleme haben, keine Wehen haben und ihr Fötus lebt.
• Gesunde Kontrollen: 30 gesunde, nicht schwangere Kontrollfrauen, rekrutiert hauptsächlich von Angestellten des Krankenhauses von Nazareth, die gesund sind, keine Medikamente einnehmen und im Jahr vor der Atementnahme kein Baby zur Welt gebracht oder empfangen haben.

Die Atemtestproben für die NA-NOSE sowie die Blutproben werden im Technion durchgeführt.

Chemische Analyse:

Die LNBD-Gruppe (Technion) wird die ausgeprägtesten elektrischen Merkmale für jeden organisch funktionalisierten Nanosensor als Reaktion auf die flüchtigen Biomarker (sowohl von Atem- als auch von Blutproben) und des gesamten Sensorarrays unter Verwendung klassischer multilinearer Regressionsmodelle und neuronaler Netzwerke bestimmen Modelle. Basierend auf der Hauptkomponentenanalyse und chaotischen Parametern werden verschiedene lineare und nichtlineare Algorithmen gesucht, um die Dimensionen der Daten zu reduzieren und die wichtigsten Informationen zu extrahieren. Die Ausatemluft wird auch durch Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC-MS) in Verbindung mit Thermodesorption analysiert, um die Art und Zusammensetzung der flüchtigen Biomarker in den entsprechenden Atem- und Blutproben zu bestimmen.