BiHiVE2-tutkimus. Hypoksis-iskeemisen enkefalopatian ennustavien biomarkkerien tutkiminen ja validointi. (BiHiVE2)

Alan tausta ja nykyinen tietämys:

Perinataalinen asfyksia on yksi yleisimmistä vastasyntyneiden kuoleman ja pitkäaikaisen työkyvyttömyyden syistä, ja sitä esiintyy 20:llä 1000 elävänä syntyneestä. Näistä noin 2–3:lle tuhannesta kehittyy hypoksis-iskeeminen enkefalopatia (HIE) (1). Irlannissa ja Yhdistyneessä kuningaskunnassa HIE on kolmanneksi yleisin vastasyntyneiden kuolleisuuden syy, ja se muodostaa 9 % kaikista kuolemista ja 21 % aikakautisista kuolemista, kun taas maailmanlaajuisesti sen arvioidaan aiheuttavan yli miljoona vastasyntyneiden kuolemaa vuosittain. Eloonjääneille liittyy merkittävää toissijaista sairastuvuutta, mukaan lukien aivohalvaus (15 %), vakava kognitiivinen viive (11 %), kohtaushäiriöt (8 %), sensori-neuraalinen kuurous (7 %) ja näönmenetys (3 %). 2).

HIE on kehittyvä prosessi, joka voidaan yksinkertaistaa kahdeksi loukkaukseksi. Alkuperäinen vamma on merkittävä aivojen hypoksia ja/tai iskemia, jota seuraa energian väheneminen, joka johtuu anaerobisesta aineenvaihdunnasta, joka johtaa laktaatin kertymiseen, ja solujen eheyden menettämiseen. Tämä käynnistää tapahtumien sarjan, jonka seurauksena muodostuu vapaita radikaaleja, proteaaseja ja kaspaaseja, jotka johtavat soluvaurioon ja apoptoosiin, sekundaariseen loukkaukseen (3). Toissijaisen energiakatkoksen on osoitettu tapahtuvan 6-48 tunnin kuluttua ensimmäisestä loukkauksesta.

Viime aikoihin asti ei ollut olemassa terapeuttisia toimenpiteitä, jotka voisivat vähentää siihen liittyvää sairastuvuutta tai kuolleisuutta. Useiden kansainvälisten tutkimusten äskettäiset julkaisut ja niiden myöhemmät meta-analyysit ovat kuitenkin osoittaneet, että varhain aiheutettu hypotermia on hyödyllinen HIE:ssä, mikä parantaa eloonjäämistä ja vähentää neurologista vammaa (4-5). Indusoidusta hypotermiasta on nyt tullut hoidon standardi kohtalaisen/vaikean HIE:n hoidossa. Tehokas se on kuitenkin aloitettava 6 tunnin sisällä toimituksesta, ennen kuin sekundäärinen energiakatko tapahtuu. Tässä kapeassa aikaikkunassa hoidosta hyötyvä väestö on tunnistettava, elvytettävä, vakautettava ja jäähdytettävä.

Valitettavasti kyky tunnistaa ja diagnosoida niitä, jotka hyötyisivät hoidosta, ei ole aina mahdollista tässä ajassa. Olemme osoittaneet, että nykyiset standardimenetelmät HIE-riskissä olevien tunnistamiseksi, kuten happo-emästasapaino, laktaatti- ja Apgar-pisteet ja alkuperäinen neurologinen arviointi, ovat epäluotettavia (6). Vastasyntyneiden elektroenkefalografia (EEG) on hyödyllinen enkefalopatian luokittelussa ja se on erinomainen pitkän aikavälin lopputuloksen ennustaja. Erityisesti sen kehitys ensimmäisten 24 tunnin aikana synnytyksen jälkeen korreloi voimakkaasti lopputuloksen kanssa (7). Se vaatii kuitenkin erittäin erikoistuneita taitoja, jotka ovat harvoin neonatologin käytettävissä akuutissa tilanteessa. Kliinikot käyttävät laajemmin amplitudiintegroitua EEG:tä, mutta sen tulkinta riippuu käyttäjästä, ja suurin osa neonatologeista ilmoittaa, etteivät he ole varmoja omasta tulkintakykystään (8). Tarve varhaiseen ja luotettavaan lopputuloksen ennustamiseen HIE:ssä ei ole koskaan ollut suurempi. Nopea, halpa, toistettava, käyttäjästä riippumaton menetelmä HIE:n vakavuuden ja todennäköisen ennusteen kvantifioimiseksi on kiireellinen tarve. Monia biokemiallisia ja hematologisia markkereita on ehdotettu perinataaliseen asfyksiaan, mutta mikään niistä ei ole johtanut kliiniseen edistykseen tai kaupallisesti kannattaviin vuodetesteihin (9).

Viimeisten kahden vuoden aikana olemme Corkin yliopistollisessa äitiyssairaalassa BIHIVE-tutkimuksen (Biomarkers in Hypoxic-Ischaemic Encephalopathy -tutkimuksen) kautta tunnistaneet napanuoraverestä mahdollisia biokemiallisia markkereita, jotka voivat tunnistaa tarkasti ne vauvat, jotka etenevät kohtalaiseen/vaikeaan. enkefalopatia (10,11). BIHIVE-tutkimuksessa on otettu käyttöön monitahoinen lähestymistapa veren välityksellä leviävien biomarkkerien tunnistamiseen HIE:ssä 1) kohdistetun proteomisen profiloinnin avulla Luminex-tekniikalla 2) miRNA-profiloinnin 3) veren metabolomin kattavan kartoituksen avulla sekä massaspektrometrialla että ydinmagneettisella resonanssilla.

Tavoitteenamme on saada joukko vauvoja, joilla on selvästi määritelty perinataalinen asfyksia ja HIE, jotka luokitellaan käyttämällä sekä toistuvaa neurologista arviointia että monikanavaista EEG:tä. Syntyessä napanuoraveri otetaan, käsitellään ja tallennetaan käyttämällä tiukkoja standarditoimintamenetelmiä (SOP), jotka olemme kehittäneet tätä tarkoitusta varten. Nämä menettelyt varmistavat, että kaikki näytteet ovat sopivia myöhempään proteomiseen, metabolomiseen, transkriptomiseen ja genomiseen analyysiin. Systeemibiologisen lähestymistavan avulla olemme tutkineet useita ehdotettuja markkereita varastoidusta napanuoraverestä löytökohortissamme keskittyen aluksi proteomiin ja metabolomiin. Tämän työn avulla olemme jo tunnistaneet joukon napanuoraveressä olevia biomarkkereita, jotka voivat ennustaa kohtalaisen/vaikean HIE:n kehittymistä. Varhaiset tietomme ovat erittäin lupaavia. Alkuperäinen metabolominen analyysimme on osoittanut, että voimme erottaa HIE:n ja kontrollit, joiden pinta-ala on käyrän alla (AUROC) 0,92. Lisäanalyysiä tarvitaan, jotta voidaan tunnistaa ja kvantifioida tarkat metaboliittihuiput, jotka tuottavat tämän erilaistumisen. Haluamme nyt vahvistaa nämä löydökset toisessa kohortissa pikkulapsista, joilla on perinataalinen asfyksia ja HIE, ja vahvistaa kykymme ennustaa pitkän aikavälin neurologisia tuloksia. Pilottityömme, joka tutkii mikroRNA-muutoksia napanuoraveressä keskivaikeaa/vaikeaa HIE:tä sairastavien imeväisten napanuorassa, on myös erittäin rohkaisevaa, sillä useiden tutkittujen miRNA-molekyylien määrä lisääntyy merkittävästi sekä asfyksiassa että HIE:ssä. Lupaavimpia miRNA:ita kvantifioidaan nyt käyttämällä polymeraasiketjureaktion (PCR) monistusta, ja ne validoidaan löytökohortissa.

Tulevaisuuden kohortti-BIHIVE2: Kehittääksemme näitä markkereita edelleen siihen pisteeseen, jossa olemme validoineet markkerin, jonka herkkyys ja spesifisyys on >90 % keskivaikealle/vaikealle HIE:lle, meidän on rekrytoitava uusi kohortti huolellisesti rekrytoituja vauvoja, joilla on korkealaatuinen biopankki syntyessään ja yksityiskohtainen kliininen fenotyyppi. Tämä on tämän nykyisen sovelluksen päätyö. Tarvitsemme vielä 300 vauvan kohortin, joilla on perinataalinen asfyksia, joista 60:lle kehittyy HIE ja 30:lle kohtalainen tai vaikea HIE. Meidän on myös palkattava 300 nykyaikaista kontrollivauvaa. Jotta voimme saada tämän määrän perinataalista asfyksiaa sairastavia vauvoja, meidän on tutkittava 30 000 elävänä syntynyttä. Olemme siksi laajentaneet opintokeskuksiamme Tukholman Karolinska University Hospitaliin, joka on suuri huipputekninen synnytyssairaala, jossa syntyy 10 000 elävänä syntynyttä henkilöä vuodessa.

Lisävalidoinnin avulla voimme kehittää kliinisten ja biokemiallisten markkerien algoritmin, joka tarjoaa herkän ja spesifisen ennustavan testin kohtalaiselle/vaikealle HIE:lle. Molempien kohorttien neurokehityksen seuranta antaa meille mahdollisuuden arvioida kykyämme ennustaa hermoston kehitystä ja käyttäytymistä koskevia tuloksia kahden vuoden kuluttua.

Lopuksi tutkimme biomarkkerin muutoksen tarkkaa ajoitusta käyttämällä ajoitettua hypoksis-iskeemisen vaurion (HI) eläinmallia. Kliinisissä tutkimuksissa hypoksis-iskeeminen vaurio on arvaamaton ja sen ajoittuminen on usein mahdotonta arvioida. Tri Tracey Bjorkmann Queen's Universitystä Brisbanessa on kehittänyt HI:n porsasmallin, joka tuottaa HI:n aiheuttamia kohtauksia ja vamman tason, joka vastaa kohtalaista tai vaikeaa HIE:tä (12). Hän on suostunut yhteistyöhön ohjelmamme kanssa ja toimittaa porsaille seeruminäytteitä, jotka on otettu 0, 1, 2 ja 12 tuntia HI: n jälkeen. Nämä näytteet ovat korvaamattomia biomarkkerien poikkeaman etenemisen tutkimisessa ja auttavat meitä ajoittamaan vastasyntyneen aivovamman synnytyksen jälkeen.