Rilevazione e identificazione della preeclampsia tramite biomarcatori volatili (DIP)

La preeclampsia è una forma di ipertensione che è unica per la gravidanza umana. I reperti clinici della preeclampsia possono manifestarsi come sindrome materna (ipertensione e proteinuria con o senza altre anomalie multisistemiche) o come sindrome fetale (ritardo di crescita fetale, riduzione del liquido amniotico e anomala ossigenazione).

L'incidenza della preeclampsia varia tra il 2 e il 7 per cento nelle donne nullipare sane. In queste donne, la preeclampsia è generalmente lieve, con esordio a breve termine o durante il parto (75% dei casi) e la condizione comporta solo un aumento minimo del rischio di esiti avversi della gravidanza. Al contrario, l'incidenza e la gravità della preeclampsia sono sostanzialmente più elevate nelle donne con gestazione multifetale, ipertensione cronica, precedente preeclampsia, diabete mellito pregestazionale e in quelle con preesistenti trombofilie.

L'eziologia della preeclampsia è sconosciuta. Sono state suggerite molte teorie, ma la maggior parte di esse non ha resistito alla prova del tempo. Alcune di queste teorie: invasione anormale del trofoblasto, anomalie della coagulazione, danno endoteliale vascolare, disadattamento cardiovascolare, fenomeni immunologici, predisposizione genetica e carenze o eccessi dietetici.

La preeclampsia è una sindrome clinica che abbraccia un ampio spettro di segni e sintomi che è stato clinicamente osservato svilupparsi da soli o in combinazione. La classica triade della preeclampsia comprende: ipertensione, proteinuria ed edema. Tuttavia, vi è ora un accordo universale sul fatto che l'edema non dovrebbe essere considerato come parte della diagnosi di preeclampsia. La diagnosi di preeclampsia richiede la presenza di un'elevata pressione arteriosa (PA) con proteinuria,3 di solito a partire dalla 20a settimana di gravidanza, ma la gravità del processo patologico è generalmente basata sulla PA materna che è considerata il segno distintivo tradizionale per la diagnosi della malattia.

Le donne con preeclampsia possono presentare un complesso di sintomi che vanno da un minimo aumento della pressione arteriosa a squilibri di più sistemi di organi. È più probabile che siano coinvolti i sistemi renale, ematologico ed epatico.

La funzione renale è generalmente compromessa in quasi tutti i casi poiché si riscontra sempre proteinuria. Nella preeclampsia, il vasospasmo e il rigonfiamento endoteliale dei capillari glomerulari (endoteliosi glomerulare) portano a una riduzione media della velocità di filtrazione glomerulare (velocità di filtrazione glomerulare) del 25% al ​​di sotto del tasso della gravidanza normale. La creatinina sierica è raramente elevata nella preeclampsia, ma l'acido urico è comunemente aumentato. Nonostante il fatto che i livelli di acido urico siano elevati nelle donne con preeclampsia, questo test non è sensibile o specifico per la diagnosi della malattia.

Il fegato non è principalmente coinvolto nella preeclampsia e il coinvolgimento epatico si osserva solo nel 10% delle donne con preeclampsia grave. La deposizione di fibrina è stata riscontrata lungo le pareti dei sinusoidi epatici in pazienti preeclamptici senza evidenza di laboratorio o istologica di coinvolgimento epatico. Quando si verifica una disfunzione epatica nella preeclampsia, è più comune un lieve aumento delle transaminasi sieriche. La bilirubina è raramente aumentata nella preeclampsia, ma quando è elevata predomina la frazione indiretta. Gli enzimi epatici elevati fanno parte della sindrome di HELLP, una variante della preeclampsia grave.

La trombocitopenia è l'anomalia ematologica più comune nelle donne con preeclampsia. È correlato con la gravità del processo patologico e la presenza o l'assenza di distacco della placenta. Una conta piastrinica inferiore a 150.000/mm3 è stata riportata nel 32-50% delle donne con grave preeclampsia e nel 15% dei casi di donne con ipertensione durante la gravidanza.

La revisione della letteratura rivela che sono stati raccomandati più di 100 test clinici, biofisici e biochimici per prevedere o identificare il paziente a rischio per il futuro sviluppo della malattia.

I risultati dei dati raccolti per i vari test e la mancanza di accordo tra i test seriali suggeriscono che nessuno di questi test clinici è sufficientemente affidabile per essere utilizzato come test di screening nella pratica clinica. Di conseguenza c'è ovviamente un grande bisogno di sviluppare una nuova tecnologia per la diagnosi precoce di questa complicazione della gravidanza prima che compaiano le sue manifestazioni cliniche. Una diagnosi precoce può aiutare nel trattamento precoce per prevenire o almeno minimizzare il sequel di questa malattia.

Biomarcatori volatili della preeclampsia:

L'intensità dello stress ossidativo nelle donne con gravidanza normale, preeclampsia e donne non gravide, espressa da biomarcatori volatili attraverso il respiro esalato, è stata studiata mediante GC-Chromatography/Mass-Spectrometry (GC-MS) dal gruppo di Moretti e Phillips. Una visualizzazione 3-D dell'abbondanza di alcani C4-C20 e alcani monometilati ha mostrato che il volume medio sotto la curva era significativamente più alto nei pazienti con preeclampsia rispetto alle donne in gravidanza normali ( P <003) e ai soggetti di controllo non gravidi ( P <005). Un modello predittivo che impiega cinque biomarcatori volatili (undecano, 6-metiltridecano, 2-metilpentano, 5-metiltetradecano e 2-metilnonano) ha distinto la preeclampsia dalla gravidanza non complicata (sensibilità=92,3%, specificità=89,7%; sensibilità con convalida incrociata = 88,5%, specificità=79,3%). Sebbene promettente, il valore clinico di questo test del respiro come predittore di preeclampsia è ancora sconosciuto. Ciò potrebbe essere attribuito al fatto che lo studio si è concentrato solo sulla relazione dello stress ossidativo con la preeclampsia al momento in cui le vie metaboliche non possono essere ignorate.

Un supporto per quest'ultimo viene dal coinvolgimento di molti disturbi (ad esempio, renale, ematologico ed epatico), che è stato scoperto che emettono biomarcatori volatili, durante la preeclampsia.

Mettendo questo studio preliminare in una prospettiva più ampia, sono necessari studi longitudinali per determinare se l'aumento dei biomarcatori del respiro dello stress ossidativo e, inoltre, le vie metaboliche durante le prime fasi della gravidanza possono prevedere l'insorgenza della preeclampsia. Mentre parte della conoscenza richiesta potrebbe essere acquisita mediante tecniche di spettrometria di massa, l'uso di queste tecniche è ostacolato dalla necessità di apparecchiature costose, dagli alti livelli di competenza richiesti per far funzionare tali strumenti, dalla velocità richiesta per il campionamento e l'analisi, e la necessità di tecniche di preconcentrazione (una tecnica che consente di rilevare solo una parte (15-20%) dei biomarcatori volatili trovati nel reale respiro espirato).

Affinché il test sui biomarcatori volatili della preeclampsia diventi una realtà clinica, è necessario che si verifichino numerosi progressi nella conoscenza di specifici biomarcatori volatili della preeclampsia e nello sviluppo di sensori. Le matrici di sensori chimici, basate su nanomateriali, hanno maggiori probabilità di diventare uno strumento diagnostico clinico e di laboratorio, perché sono significativamente più piccole, più facili da usare e meno costose. Un sensore chimico ideale per l'analisi di biomarcatori volatili dovrebbe essere sensibile a concentrazioni di analita molto basse in presenza di vapore acqueo (poiché i campioni di respiro contengono l'80-90% di umidità relativa). Inoltre, dovrebbe rispondere rapidamente e in modo diverso a piccoli cambiamenti di concentrazione e fornire un output coerente specifico per una data esposizione.

Obiettivi:

Lo scopo di questo progetto è la diagnosi precoce della "preeclampsia" e di altre complicanze della gravidanza utilizzando biomarcatori volatili che compaiono nel respiro espirato e/o nei campioni di sangue, utilizzando un pedaggio semplice ed economico chiamato NA-NOSE.

Fase I: la fase principale di questo progetto è il confronto tra i modelli di biomarcatori volatili di donne incinte affette da "preeclampsia", donne incinte che si ritiene abbiano una "gravidanza normale" e donne sane "non gravide".

Fase II: la fase secondaria di questo progetto è la capacità di predire la "preeclampsia", confrontandola, testa a testa, con altri potenziali predittori utilizzati nell'attuale pratica clinica.

Metodologia:

Disegno e struttura dello studio:

La fase I di questo studio si concentrerà su test del respiro trasversali di tre gruppi di giovani donne che hanno accettato di partecipare e hanno firmato un modulo di consenso informato che è stato approvato dal comitato istituzionale di Helsinki presso l'ospedale di Nazareth.

Gruppi:

• Preeclampsia: 30 donne in gravidanza preeclamptiche con età gestazionale > 24 settimane e senza disturbi medici cronici che non sono in travaglio e il loro feto è vivo. La preeclampsia è definita come una pressione arteriosa >140/90 mmHg in 2 occasioni separate a distanza di almeno 4 ore ma non più di una settimana con proteinuria. La proteinuria è definita come un valore del dipstick urinario >1+ ​​(30mg/dL) o una raccolta di urine delle 24 ore con un'escrezione proteica di >300mg.
• Gravidanza non complicata: 30 donne in gravidanza normotesi con età gestazionale >24 settimane e senza disturbi medici cronici che non hanno problemi ostetrici, non sono in travaglio e il loro feto è vivo.
• Controlli sani: 30 donne di controllo sane non gravide reclutate principalmente da dipendenti dell'ospedale di Nazareth che sono in buona salute, non assumono farmaci e non hanno partorito o concepito durante l'anno prima della raccolta del respiro.

Il campionamento del test del respiro per il NA-NOSE e i campioni di sangue verranno eseguiti nel Technion.

Analisi chimica:

Il gruppo LNBD (Technion) determinerà le caratteristiche elettriche più pronunciate per ciascun nanosensore funzionalizzato organicamente in risposta ai biomarcatori volatili (sia del respiro che dei campioni di sangue) e dell'intero array di sensori, utilizzando i classici modelli di regressione multi-lineare e la rete neurale Modelli. Verranno ricercati diversi algoritmi lineari e non lineari basati sull'analisi delle componenti principali e parametri caotici al fine di ridurre le dimensioni dei dati ed estrarre le informazioni più importanti. L'aria espirata sarà inoltre analizzata mediante gas-cromatografia/spettrometria di massa (GC-MS) in coniugazione con desorbimento termico per determinare la natura e la composizione dei biomarcatori volatili nei relativi campioni di respiro e sangue.