BiHiVE2-Studie. Die Untersuchung und Validierung prädiktiver Biomarker bei hypoxisch-ischämischer Enzephalopathie. (BiHiVE2)

Hintergrund und aktuelles Wissen im Bereich:

Perinatale Asphyxie ist mit 20 von 1000 Lebendgeburten eine der häufigsten Ursachen für den Tod von Neugeborenen und langfristige Behinderungen. Von diesen entwickeln ungefähr 2-3 von 1000 eine hypoxisch-ischämische Enzephalopathie (HIE) (1). In Irland und im Vereinigten Königreich ist HIE die dritthäufigste Ursache für die Sterblichkeit von Neugeborenen und macht 9 % aller Todesfälle und 21 % der termingerechten Todesfälle aus, während es weltweit schätzungsweise über 1 Million Todesfälle bei Neugeborenen pro Jahr verursacht. Für die Überlebenden ist eine signifikante sekundäre Morbidität verbunden, einschließlich Zerebralparese (15 %), schwere kognitive Verzögerung (11 %), Anfallsleiden (8 %), sensorineurale Taubheit (7 %) und Sehverlust (3 %) ( 2).

HIE ist ein sich entwickelnder Prozess, der in zwei Beleidigungen vereinfacht werden kann. Die anfängliche Beleidigung ist eine signifikante zerebrale Hypoxie und/oder Ischämie, die von einer Energieverarmung gefolgt wird, da der anaerobe Metabolismus zur Akkumulation von Laktat und zum Verlust der Zellintegrität führt. Dies setzt eine Kaskade von Ereignissen mit der daraus resultierenden Bildung von freien Radikalen, Proteasen und Caspasen in Gang, die zu Zellschäden und Apoptose, dem sekundären Insult, führt(3). Es wurde gezeigt, dass der sekundäre Energieausfall zwischen 6 und 48 Stunden nach der anfänglichen Belastung auftritt.

Bis vor kurzem gab es keine therapeutische Intervention, die die damit verbundene Morbidität oder Mortalität verringern könnte. Die jüngsten Veröffentlichungen mehrerer internationaler Studien und ihre anschließende Metaanalyse haben jedoch gezeigt, dass eine früh induzierte Hypothermie bei HIE vorteilhaft ist, das Überleben verbessert und neurologische Behinderungen reduziert (4-5). Die induzierte Hypothermie ist mittlerweile ein Behandlungsstandard bei mittelschwerer/schwerer HIE geworden. Um wirksam zu sein, muss sie jedoch innerhalb von 6 Stunden nach der Lieferung begonnen werden, bevor der sekundäre Energieausfall auftritt. In diesem engen Zeitfenster muss die Bevölkerung, die von einer Behandlung profitieren würde, identifiziert, wiederbelebt, stabilisiert und gekühlt werden.

Leider ist es innerhalb dieses Zeitraums nicht immer möglich, diejenigen zu erkennen und zu diagnostizieren, die von einer Therapie profitieren würden. Wir haben gezeigt, dass die aktuellen Standardmethoden zur Identifizierung von HIE-Risikogruppen wie Säure-Basen-Gleichgewicht, Laktat- und Apgar-Score und anfängliche neurologische Beurteilung unzuverlässig sind (6). Die neonatale Elektroenzephalographie (EEG) ist nützlich für die Einstufung der Enzephalopathie und ein ausgezeichneter Prädiktor für das Langzeitergebnis. Insbesondere seine Entwicklung in den ersten 24 Stunden nach der Entbindung korreliert stark mit dem Outcome (7). Es erfordert jedoch hochspezialisierte Fähigkeiten, die dem Neonatologen im Akutbereich selten zur Verfügung stehen. Das amplitudenintegrierte EEG wird von Ärzten häufiger verwendet, aber seine Interpretation ist benutzerabhängig, und die Mehrheit der Neonatologen gibt an, dass sie sich nicht auf ihre eigene Interpretationsfähigkeit verlassen (8). Der Bedarf an einer frühen und zuverlässigen Vorhersage des Ergebnisses bei HIE war noch nie größer. Ein schnelles, billiges, reproduzierbares, nicht anwenderabhängiges Verfahren zur Quantifizierung des Schweregrades von HIE und der wahrscheinlichen Prognose ist ein dringender Bedarf. Viele biochemische und hämatologische Marker wurden bei perinataler Asphyxie vorgeschlagen, aber keiner hat zu klinischen Fortschritten oder kommerziell tragfähigen Tests am Krankenbett geführt (9).

In den letzten 2 Jahren haben wir hier im Cork University Maternity Hospital durch die BIHIVE-Studie (Biomarkers in Hypoxic-Ischaemic Encephalopathy study) potenzielle biochemische Marker im Nabelschnurblut identifiziert, die genau jene Säuglinge identifizieren können, die einen mittelschweren/schweren Verlauf nehmen Enzephalopathie (10,11). Die BIHIVE-Studie verfolgt einen facettenreichen Ansatz zur Identifizierung von durch Blut übertragenen Biomarkern bei HIE durch 1) gezielte proteomische Profilerstellung mit Luminex-Technologie 2) miRNA-Profilerstellung 3) umfassende Kartierung des Blutmetaboloms unter Verwendung sowohl von Massenspektrometrie- als auch Kernspinresonanztechniken.

Unser Ziel ist es, eine Kohorte von Säuglingen mit klar definierter perinataler Asphyxie und HIE zu rekrutieren, die sowohl durch wiederholte neurologische Beurteilung als auch durch Mehrkanal-EEG klassifiziert werden. Zum Zeitpunkt der Geburt wird Nabelschnurblut entnommen, verarbeitet und in einer Bank aufbewahrt, wobei strenge Standardarbeitsanweisungen (SOPs) angewendet werden, die wir für diesen Zweck entwickelt haben. Diese Verfahren stellen sicher, dass alle Proben für eine spätere proteomische, metabolomische, transkriptomische und genomische Analyse geeignet sind. Unter Verwendung eines systembiologischen Ansatzes haben wir mehrere vorgeschlagene Marker im gelagerten Nabelschnurblut aus unserer Entdeckungskohorte untersucht, wobei wir uns zunächst auf das Proteom und Metabolom konzentrierten. Durch diese Arbeit haben wir bereits eine Reihe von Biomarkern im Nabelschnurblut identifiziert, die das Potenzial haben, die Entwicklung einer mittelschweren/schweren HIE vorherzusagen. Unsere frühen Daten sind äußerst vielversprechend. Unsere anfängliche metabolomische Analyse hat gezeigt, dass wir mit einer Fläche unter der Kurve (AUROC) von 0,92 zwischen HIE und Kontrollen unterscheiden können. Weitere Analysen sind erforderlich, um die genauen Metabolitenpeaks zu identifizieren und zu quantifizieren, die diese Differenzierung hervorrufen. Wir möchten diese Ergebnisse nun in einer weiteren Kohorte von Säuglingen mit perinataler Asphyxie und HIE validieren und unsere Fähigkeit validieren, längerfristige neurologische Ergebnisse vorherzusagen. Unsere Pilotarbeit zur Untersuchung von mikroRNA-Veränderungen im Nabelschnurblut von Säuglingen mit mittelschwerer/schwerer HIE ist ebenfalls sehr ermutigend mit einer signifikanten Hochregulierung mehrerer untersuchter miRNAs sowohl bei Asphyxie als auch bei HIE. Die vielversprechendsten miRNAs werden nun mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR)-Amplifikation quantifiziert und in der Entdeckungskohorte validiert.

Zukünftige Kohorte – BIHIVE2: Um diese Marker bis zu dem Punkt weiterzuentwickeln, an dem wir einen Marker mit >90 % Sensitivität und Spezifität für mittelschwere/schwere HIE validiert haben, müssen wir eine weitere Kohorte sorgfältig rekrutierter Säuglinge mit qualitativ hochwertigen Biobanken bei der Geburt und rekrutieren detaillierte klinische Phänotypisierung. Dies ist die Hauptarbeit dieser aktuellen Anwendung. Wir benötigen eine weitere Kohorte von 300 Säuglingen mit perinataler Asphyxie, von denen 60 HIE und 30 mittelschwere bis schwere HIE entwickeln werden. Wir müssen auch 300 zeitgenössische Kontrollkinder rekrutieren. Um diese Anzahl von Säuglingen mit perinataler Asphyxie zu rekrutieren, müssen wir 30.000 Lebendgeburten untersuchen. Aus diesem Grund haben wir unsere Studienzentren um das Karolinska-Universitätskrankenhaus in Stockholm erweitert, eine große, hochmoderne Entbindungsklinik mit 10.000 Lebendgeburten pro Jahr.

Eine weitere Validierung wird es uns ermöglichen, einen Algorithmus klinischer und biochemischer Marker zu entwickeln, der einen empfindlichen und spezifischen Vorhersagetest für mittelschwere/schwere HIE liefert. Die neurologische Nachsorge beider Kohorten wird es uns ermöglichen, unsere Fähigkeit zu beurteilen, die neurologischen Entwicklungs- und Verhaltensergebnisse nach 2 Jahren vorherzusagen.

Schließlich werden wir den genauen Zeitpunkt der Biomarker-Änderung anhand eines zeitgesteuerten Tiermodells für hypoxisch-ischämische Verletzungen (HI) untersuchen. In klinischen Studien ist eine hypoxisch-ischämische Verletzung unvorhersehbar, und ihr Zeitpunkt ist oft nicht abzuschätzen. Dr. Tracey Bjorkmann von der Queen's University, Brisbane, hat ein HI-Ferkelmodell entwickelt, das HI erzeugt, das Krampfanfälle und ein Verletzungsniveau verursacht, das einer mittelschweren bis schweren HIE entspricht (12). Sie hat zugestimmt, mit unserem Programm zusammenzuarbeiten und wird Serumproben von Ferkeln zur Verfügung stellen, die 0, 1, 2 und 12 Stunden nach HI entnommen wurden. Diese Proben werden bei der Untersuchung des Fortschreitens der Biomarker-Störung von unschätzbarem Wert sein und uns helfen, die Gehirnverletzung des Neugeborenen nach der Entbindung zeitlich zu bestimmen.