COVID-19 zur Genexpression und Pathologie der Plazenta (PROSPER)

Der aktuelle Ausbruch von COVID-19, der Krankheit, die durch das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) verursacht wird, weist Ähnlichkeiten mit dem Ausbruch der schweren akuten respiratorischen Syndrom (SARS)-Krankheit (2002–2003) und der anhaltenden Atemwegserkrankung im Nahen Osten auf Ausbruch des MERS-Syndroms (MERS), der im Jahr 2012 begann. Alle drei Infektionen gehen mit Husten, Fieber und der Möglichkeit einer Erkrankung der unteren Atemwege einher. Während SARS und MERS eine höhere Fallsterblichkeitsrate (CFR) aufweisen, führt die höhere Übertragbarkeit von COVID-19 zu einer größeren Anzahl von Fällen und Todesfällen. Schwere Atemwegsinfektionen, die häufig zu einer Lungenentzündung führen, wie SARS und Influenza A H1N1, sind mit einem erhöhten Risiko für Müttersterblichkeit und Totgeburten verbunden. Obwohl die aktuellen Erkenntnisse nicht darauf hindeuten, dass das Infektionsrisiko der Mutter höher ist als das der Allgemeinbevölkerung, ist wenig über die Auswirkungen der Infektion auf die Schwangerschaft und ungünstige Folgen für das Neugeborene bekannt. Eine systematische Überprüfung von Infektionen mit dem Coronavirus-Spektrum ergab einen Anstieg der perinatalen Sterblichkeitsrate um 11 %. Die genauen Mechanismen perinataler Todesfälle sind nicht genau geklärt.

Während es bisher kaum Hinweise darauf gibt, dass eine SARS-CoV-2-Infektion vertikal auf den Fötus übertragbar ist, wurde das Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2), der bestätigte Rezeptor für SARS-CoV-2, in der Frühphase in hohen Konzentrationen nachgewiesen menschliche Plazenta und weist gewebespezifische Aktivitätsmuster auf. Zottenzytotrophoblasten- und Synzytiotrophoblastenzellen weisen im ersten Trimester ein hohes Maß an ACE2-Expression auf, während die Expression in der extravillösen Trophoblastenschicht in der frühen Schwangerschaft niedrig beginnt und dann etwa in der 24. Schwangerschaftswoche ihren Höhepunkt erreicht. Eine Störung der Vaskularisation und/oder der Stoffwechselkapazität der Plazenta könnte zu einer Plazentainsuffizienz und einem suboptimalen fetoplazentaren Wachstum und einer suboptimalen fetoplazentaren Entwicklung führen. Eine frühere Studie zu Plazentabefunden von Patienten mit COVID-19 zeigte eine Zunahme der dezidualen Arteriopathie und Muster mütterlicher vaskulärer Malperfusion (MVM), von denen viele aufgrund von COVID-19 asymptomatisch waren. Darüber hinaus kommt es bei einem Teil der Patientinnen mit COVID-19 während der Schwangerschaft zu einer Lungenentzündung und anschließender Hypoxie. Wir gehen davon aus, dass die Exposition gegenüber Hypoxämie und mütterlichem Atemversagen den Stoffwechselbedarf der fetoplazentaren Einheit während der Schwangerschaft weiter gefährden kann.

Unsere primäre Forschungshypothese ist, dass die COVID-19-Erkrankung die Entwicklung und Funktion der Plazenta beeinflusst und durch den Schweregrad und die Dauer der Erkrankung beeinflusst wird. Wir gehen davon aus, dass die Auswirkungen auf die Plazentaentwicklung in der Folge zu ungünstigeren fetalen Ergebnissen führen werden.

Hierbei handelt es sich um ein Forschungsprojekt zur Fallkontrolle, das Patientendaten (einschließlich Krankengeschichte) und Plazentaproben nutzt, die zwischen Juni 2020 und Juni 2021 während des COVID-19-Ausbruchs im Greenville Memorial Hospital gesammelt wurden. Die Kontrollen werden anhand von Plazenta- und Nabelschnurblutproben abgeglichen, die vor Ausbruch des COVID-19-Ausbruchs zwischen März 2017 und Dezember 2019 im Greenville Memorial Hospital oder im Gesundheitssystem der Northshore University entnommen wurden. Angesichts der potenziell hohen Rate an asymptomatischen Fällen planen wir, Proben aus der Datenbank zu verwenden. Am Ende der Studie werden die im Greenville Memorial Hospital gesammelten Proben und Daten anonymisiert und mit den im NorthShore University Health Center gesammelten Proben zur anschließenden Analyse und Veröffentlichung kombiniert.

Potenziell geeignete Patienten werden während ihrer routinemäßigen Schwangerschaftsvorsorge im Prisma Health OB/GYN Center, über das Prisma Health COVID-19-Register oder bei ihrer Einlieferung ins Greenville Memorial Hospital zur Entbindung identifiziert. Die Eignung der Patienten wird anhand einer Überprüfung der Krankenakte beurteilt. Patienten, die vor der Krankenhauseinweisung identifiziert wurden, können bei ihrem nächsten Besuch in der Schwangerschaftsvorsorge im Gynäkologie-/Geburtshilfezentrum der Abteilung für Mütter- und Fetalmedizin oder bei ihrer Ankunft am Greenville Memorial zur Entbindung eingewilligt werden. Patienten, die vor der Krankenhauseinweisung zur Entbindung als geeignet identifiziert wurden, werden auf der Registerkarte „Forschung“ in ihrem Diagramm als geeignet markiert. Patienten, die vor der Krankenhauseinweisung identifiziert wurden, können bei ihrem nächsten Besuch in der Schwangerschaftsvorsorge im Zentrum für Geburtshilfe/Gynäkologie der Abteilung für mütterlich-fetale Medizin oder bei ihrer Ankunft am Greenville Memorial zur Entbindung eingewilligt und angemeldet werden.

Bei der Einschreibung beantworten die Patienten einen kurzen Fragebogen zu demografischen Daten und COVID-Symptomen. Zum Zeitpunkt der Entbindung werden Plazentaproben und Nabelschnurblut zur molekularen und histologischen Beurteilung der Entzündung entnommen. Geschultes Pflege-, Assistenz- und/oder Forschungspersonal wird diese Proben sammeln und verarbeiten. Da sich Zotten klonal entwickeln, kann die Genexpression räumlich gehäuft sein. Um den Einfluss dieser Schwankungen zu minimieren, entnimmt das Personal 0,4 cm3 Biopsien von vier separaten Keimblättern in jeder Plazenta und suspendiert das Gewebe in einem Stabilisierungsmittel (AllProtect Tissue Reagent, Qiagen). Nicht identifizierte Plazentabiopsien werden stapelweise an Dr. Greg Millers Labor an der NorthShore University in Chicago, Illinois, geschickt, wo sie für die Analyse im Zusammenhang mit der Plazenta-Transkriptionsregulation vorbereitet werden. Nicht identifizierte Plazentaproben werden an den UCLA Social Genomics Core geschickt, der die Transkriptionsregulation messen wird, die sich in der Expression von mRNA und miRNA widerspiegelt. Aus nicht identifizierten Proben extrahieren Core-Techniker RNA mit Qiagen RNeasy Mini Kits und führen QA/QC-Prüfungen mit einer Agilent TapeStation durch. 500 ng RNA werden in cDNA (Illumina TruSeq Stranded Total RNA RiboZero Globin) umgewandelt und auf einem Illumina HiSeq 4000-Instrument sequenziert, wobei Protokolle verwendet werden, die mRNA und miRNA optimal erkennen. > 50 Millionen Sequenzablesungen pro Probe werden auf das menschliche RefSeq-Genom (hisat2/stringtie) abgebildet und auf Transkriptzahlen pro Million kartierter Reads für jede aktuell annotierte mRNA und miRNA normalisiert. Ein ausgebildeter Pathologe am Greenville Memorial wird eine grobe Untersuchung der Plazenta durchführen und Kassetten für die spätere histologische Untersuchung vorbereiten. Nicht identifizierte Plazenta-Objektträger werden aus dem Pathologielabor entnommen und nach NorthShore geschickt, wo ein Perinatalpathologe die pathologischen Befunde bestätigt. Insbesondere werden mit Hämatoxylin und Eosin gefärbte, 5 μm dicke Abschnitte der Membranen, der Basalplatte und des Zottenparenchyms auf Hinweise auf akute und chronische entzündliche Läsionen in den drei Hauptkompartimenten der Plazenta untersucht: Membranen, Zottenparenchym und Basalplatte. Der Perinatalpathologe am Northshore wird zusätzlich das Plazentagewebe auf COVID untersuchen, indem er immunhistochemische Färbungen auf COVID-19 verwendet. Medizinische Diagramme werden für Schwangerschaftsergebnisse und -komplikationen abstrahiert. Insbesondere werden wir die geburtshilfliche und medizinische Vorgeschichte abstrahieren, einschließlich Parität, Vorgeschichte von Gesundheitsproblemen und Geburtsergebnissen, Body-Mass-Index vor der Schwangerschaft, Ergebnisse von oralen Glukosetoleranztests und Schwangerschaftsdiabetes-Screenings, Diagnosen von Diabetes, Bluthochdruck, Präeklampsie und Infektionskrankheiten während der aktuellen Schwangerschaft. Zu den Lieferdaten gehören die Art der Entbindung und die Dauer der Wehen sowie das Geschlecht, das Gewicht, die Länge und das Gestationsalter des Fötus. Zwei Programmierer, die gegenüber anderen Daten blind sind, abstrahieren jeden Datensatz und lösen Unstimmigkeiten im Konsens. Sobald die angegebenen Daten erfasst sind, werden keine weiteren Abfragen der Krankenakten durchgeführt. Mit anderen Worten: Wir planen nicht, im Laufe der Zeit weiterhin Informationen über die Gesundheit von Müttern oder Kindern zu sammeln. Sollten wir damit beginnen wollen, würden wir uns vom IRB beraten lassen, wie wir die ordnungsgemäße Zustimmung der Teilnehmer dazu einholen können. Wir gehen davon aus, dass die Studie über einen Zeitraum von einem Jahr stattfinden wird. Die Teilnehmer werden zum Zeitpunkt ihrer Entbindung einbezogen und ihre Krankenakten werden von der Schwangerschaft bis zu 6 Wochen nach der Entbindung überprüft.