Detectie en identificatie van pre-eclampsie via vluchtige biomarkers (DIP)

Pre-eclampsie is een vorm van hypertensie die uniek is voor zwangerschap bij de mens. De klinische bevindingen van pre-eclampsie kunnen zich manifesteren als een maternale syndroom (hypertensie en proteïnurie met of zonder andere multisysteemafwijkingen) of als een foetaal syndroom (foetale groeivertraging, verminderd vruchtwater en abnormale oxygenatie).

De incidentie van pre-eclampsie varieert tussen 2 en 7 procent bij gezonde nulliparae vrouwen. Bij deze vrouwen is pre-eclampsie over het algemeen mild, met het begin op korte termijn of tijdens de bevalling (75 procent van de gevallen), en de aandoening brengt slechts een minimaal verhoogd risico op een ongunstige zwangerschapsuitkomst met zich mee. Daarentegen zijn de incidentie en ernst van pre-eclampsie aanzienlijk hoger bij vrouwen met een multifoetale zwangerschap, chronische hypertensie, eerdere pre-eclampsie, pregestationele diabetes mellitus en bij vrouwen met reeds bestaande trombofilie.

De etiologie van pre-eclampsie is onbekend. Er zijn veel theorieën geopperd, maar de meeste hebben de tand des tijds niet doorstaan. Enkele van deze theorieën: Abnormale trofoblastinvasie, stollingsafwijkingen, vasculaire endotheliale schade, cardiovasculaire maladaptatie, immunologische verschijnselen, genetische aanleg en voedingsdeficiënties of excessen.

Pre-eclampsie is een klinisch syndroom dat een breed spectrum van tekenen en symptomen omvat waarvan klinisch is waargenomen dat ze zich alleen of in combinatie ontwikkelen. De klassieke triade van pre-eclampsie omvat: hypertensie, proteïnurie en oedeem. Er is nu echter algemene overeenstemming dat oedeem niet mag worden beschouwd als onderdeel van de diagnose van pre-eclampsie. De diagnose van pre-eclampsie vereist de aanwezigheid van een verhoogde bloeddruk (BP) met proteïnurie,3 meestal beginnend na de 20e week van de zwangerschap, maar de ernst van het ziekteproces is over het algemeen gebaseerd op de maternale BP die wordt beschouwd als het traditionele kenmerk voor de diagnose van de ziekte.

Vrouwen met pre-eclampsie kunnen een symptoomcomplex vertonen dat varieert van minimale bloeddrukverhoging tot stoornissen van meerdere orgaansystemen. De nier-, hematologische en leversystemen zijn het meest waarschijnlijk betrokken.

De nierfunctie is meestal in bijna alle gevallen aangetast, omdat er altijd proteïnurie wordt gevonden. Bij pre-eclampsie leiden vasospasme en glomerulaire capillaire endotheelzwelling (glomerulaire endotheliose) tot een gemiddelde vermindering van de GFR (glomerulaire filtratiesnelheid) van 25 procent onder de snelheid voor een normale zwangerschap. Serumcreatinine is zelden verhoogd bij pre-eclampsie, maar urinezuur is vaak verhoogd. Ondanks het feit dat de urinezuurspiegel verhoogd is bij vrouwen met pre-eclampsie, is deze test niet gevoelig of specifiek voor de diagnose van de ziekte.

De lever is niet in de eerste plaats betrokken bij pre-eclampsie en leveraandoening wordt waargenomen bij slechts 10 procent van de vrouwen met ernstige pre-eclampsie. Fibrine-afzetting is gevonden langs de wanden van hepatische sinusoïden bij pre-eclampsiepatiënten zonder laboratorium- of histologisch bewijs van leverbetrokkenheid. Wanneer leverdisfunctie optreedt bij pre-eclampsie, komt lichte verhoging van serumtransaminase het meest voor. Bilirubine is zelden verhoogd bij pre-eclampsie, maar wanneer het verhoogd is, overheerst de indirecte fractie. Verhoogde leverenzymen maken deel uit van het HELLP-syndroom, een variant van ernstige pre-eclampsie.

Trombocytopenie is de meest voorkomende hematologische afwijking bij vrouwen met pre-eclampsie. Het is gecorreleerd met de ernst van het ziekteproces en de aanwezigheid of afwezigheid van placenta-abruptie. Een aantal bloedplaatjes van minder dan 150.000/mm3 is gemeld bij 32 tot 50 procent van de vrouwen met ernstige pre-eclampsie en bij 15 procent van de vrouwen met hypertensie tijdens de zwangerschap.

Een overzicht van de literatuur laat zien dat meer dan 100 klinische, biofysische en biochemische tests zijn aanbevolen om de patiënt te voorspellen of te identificeren die risico loopt op de toekomstige ontwikkeling van de ziekte.

De resultaten van de gepoolde gegevens voor de verschillende tests en het gebrek aan overeenstemming tussen seriële tests suggereren dat geen van deze klinische tests voldoende betrouwbaar is voor gebruik als screeningstest in de klinische praktijk. Als gevolg hiervan is er duidelijk een grote behoefte aan de ontwikkeling van een nieuwe technologie voor de vroege detectie van deze zwangerschapscomplicatie voordat de klinische manifestaties optreden. Een vroege opsporing kan helpen bij een vroege behandeling om de gevolgen van deze ziekte te voorkomen of in ieder geval te minimaliseren.

Vluchtige biomarkers van pre-eclampsie:

De intensiteit van oxidatieve stress bij vrouwen met een normale zwangerschap, pre-eclampsie en niet-zwangere vrouwen, zoals uitgedrukt door vluchtige biomarkers via uitgeademde lucht, werd bestudeerd met GC-chromatografie/massaspectrometrie (GC-MS) door de groep van Moretti en Phillips. Een 3D-weergave van de overvloed aan C4-C20-alkanen en monomethylalkanen toonde aan dat het gemiddelde volume onder de curve significant hoger was bij pre-eclampsiepatiënten dan bij normale zwangere vrouwen (P<003) en niet-zwangere controlepersonen (P<005). Een voorspellend model met vijf vluchtige biomarkers (undecaan, 6-methyltridecaan, 2-methylpentaan, 5-methyltetradecaan en 2-methylnonaan) onderscheidde pre-eclampsie van ongecompliceerde zwangerschap (gevoeligheid = 92,3%, specificiteit=89,7%; kruisgevalideerde gevoeligheid = 88,5%, specificiteit=79,3%). Hoewel veelbelovend, is de klinische waarde van deze ademtest als voorspeller van pre-eclampsie nog onbekend. Dit kan worden toegeschreven aan het feit dat de studie zich alleen richtte op de oxidatieve stressrelatie met de pre-eclampsie op het moment dat metabole routes niet kunnen worden genegeerd.

Een ondersteuning voor dit laatste komt voort uit de betrokkenheid van vele aandoeningen (bijv. Nier-, hematologische en leveraandoeningen), waarvan is vastgesteld dat ze vluchtige biomarkers afgeven tijdens de pre-eclampsie.

Om deze voorstudie in een breder perspectief te plaatsen, zijn longitudinale studies nodig om te bepalen of verhoogde adembiomarkers van oxidatieve stress, en ook metabole routes tijdens eerdere stadia van de zwangerschap, het begin van pre-eclampsie kunnen voorspellen. Hoewel een deel van de vereiste kennis zou kunnen worden opgedaan door middel van massaspectrometrische technieken, wordt het gebruik van deze technieken belemmerd door de noodzaak van dure apparatuur, de hoge mate van expertise die nodig is om dergelijke instrumenten te bedienen, de snelheid die nodig is voor bemonstering en analyse, en de behoefte aan preconcentratietechnieken (een techniek waarmee slechts een deel (15-20%) van de vluchtige biomarkers die in de echte uitgeademde lucht worden aangetroffen, kan worden gedetecteerd.

Om het testen van vluchtige biomarkers van pre-eclampsie een klinische realiteit te laten worden, moeten er verschillende vorderingen worden gemaakt in de kennis van specifieke vluchtige biomarkers voor pre-eclampsie en de ontwikkeling van sensoren. Chemische sensormatrices, gebaseerd op nanomaterialen, zullen eerder een klinisch en laboratoriumdiagnostisch hulpmiddel worden, omdat ze aanzienlijk kleiner, gebruiksvriendelijker en goedkoper zijn. Een ideale chemische sensor voor analyse van vluchtige biomarkers zou gevoelig moeten zijn bij zeer lage analytconcentraties in aanwezigheid van waterdamp (aangezien ademmonsters 80-90% RH bevatten). Bovendien moet het snel en anders reageren op kleine concentratieveranderingen en een consistente output leveren die specifiek is voor een bepaalde blootstelling.

Doelstellingen:

Het doel van dit project is de vroege detectie van "Pre-eclampsie" en andere zwangerschapscomplicaties met behulp van vluchtige biomarkers die verschijnen in uitgeademde lucht en/of bloedmonsters, met behulp van een eenvoudige en goedkope tol genaamd NA-NOSE.

Fase I: De primaire fase van dit project is de vergelijking tussen vluchtige biomarkerspatronen van zwangere vrouwen die lijden aan "Pre-eclampsie", zwangere vrouwen die geacht worden "Normale zwangerschap" te hebben, en gezonde "niet-zwangere" vrouwen.

Fase II: De secundaire fase van dit project is het vermogen om "pre-eclampsie" te voorspellen, in vergelijking met andere potentiële voorspellers die in de huidige klinische praktijk worden gebruikt.

Methodologie:

Studieontwerp en overzicht:

Fase I van deze studie zal zich concentreren op een transversale ademtest van drie groepen jonge vrouwen die ermee instemden deel te nemen en een formulier voor geïnformeerde toestemming ondertekenden dat werd goedgekeurd door het institutionele Helsinki-comité in het Nazareth-ziekenhuis.

Groepen:

• Pre-eclampsie: 30 pre-eclamptische zwangere vrouwen met een zwangerschapsduur >24 weken en geen chronische medische aandoeningen die niet aan het bevallen zijn en hun foetus leeft. Pre-eclampsie wordt gedefinieerd als een bloeddruk van >140/90 mm Hg bij 2 afzonderlijke gelegenheden met een tussenpoos van ten minste 4 uur maar niet meer dan een week met proteïnurie. Proteïnurie wordt gedefinieerd als een peilstokwaarde in de urine >1+ (30 mg/dl), of een 24-uurs urineverzameling met een eiwituitscheiding van >300 mg.
• Ongecompliceerde zwangerschap: 30 normotensieve zwangere vrouwen met een zwangerschapsduur >24 weken en geen chronische medische aandoeningen die geen verloskundige problemen hebben, niet bevallen en hun foetus leeft.
• Gezonde controles: 30 gezonde, niet-zwangere controlevrouwen gerekruteerd voornamelijk uit medewerkers van het Nazareth Hospital die gezond zijn, geen medicijnen gebruiken en geen baby hebben gekregen of zijn verwekt in het jaar voorafgaand aan de ademverzameling.

Ademtest Sampling voor de NA-NEUS evenals de bloedmonsters zullen worden gedaan in de Technion.

Chemische analyse:

De LNBD-groep (Technion) zal de meest uitgesproken elektrische kenmerken bepalen voor elke organisch gefunctionaliseerde nanosensor in reactie op de vluchtige biomarkers (van zowel adem- als bloedmonsters) en van de gehele sensorarray, met behulp van klassieke multi-lineaire regressiemodellen en neuraal netwerk modellen. Verschillende lineaire en niet-lineaire algoritmen zullen worden gezocht op basis van hoofdcomponentenanalyse en chaotische parameters om de dimensies van de gegevens te verkleinen en de belangrijkste informatie te extraheren. De uitgeademde lucht zal ook worden geanalyseerd door middel van gaschromatografie/massaspectrometrie (GC-MS) in combinatie met thermische desorptie om de aard en samenstelling van de vluchtige biomarkers in de gerelateerde adem- en bloedmonsters te bepalen.