BiHiVE2-onderzoek. Het onderzoek en de validatie van voorspellende biomarkers bij hypoxisch-ischemische encefalopathie. (BiHiVE2)

Achtergrond en actuele kennis op het gebied:

Perinatale asfyxie is een van de meest voorkomende oorzaken van neonatale sterfte en langdurige invaliditeit en komt voor bij 20 op de 1000 levendgeborenen. Hiervan zullen ongeveer 2-3 op de 1000 doorgaan met het ontwikkelen van hypoxisch-ischemische encefalopathie (HIE) (1). In Ierland en het VK is HIE de op twee na meest voorkomende oorzaak van neonatale sterfte, goed voor 9% van alle sterfgevallen en 21% van de aterme sterfgevallen, terwijl het wereldwijd naar schatting meer dan 1 miljoen neonatale sterfgevallen per jaar veroorzaakt. Voor de overlevenden is er significante secundaire morbiditeit geassocieerd, waaronder cerebrale parese (15%), ernstige cognitieve achterstand (11%), convulsies (8%), sensorisch-neurale doofheid (7%) en visusverlies (3%)( 2).

HIE is een evoluerend proces, dat kan worden vereenvoudigd tot twee beledigingen. De aanvankelijke belediging is significante cerebrale hypoxie en/of ischemie die wordt gevolgd door energiedepletie, van anaëroob metabolisme leidend tot de accumulatie van lactaat en verlies van cellulaire integriteit. Dit zet een cascade van gebeurtenissen in gang met als resultaat de vorming van vrije radicalen, proteasen en caspasen die leiden tot celbeschadiging en apoptose, de secundaire belediging(3). Het is aangetoond dat de secundaire energiestoring optreedt tussen 6-48 uur na de eerste aanval.

Tot voor kort bestond er geen therapeutische interventie die de bijbehorende morbiditeit of mortaliteit kon verminderen. De recente publicaties van verschillende internationale onderzoeken en hun daaropvolgende meta-analyse hebben echter aangetoond dat vroeg geïnduceerde hypothermie gunstig is bij HIE, de overleving verbetert en neurologische invaliditeit vermindert (4-5). Geïnduceerde hypothermie is nu een standaardbehandeling geworden bij matige/ernstige HIE. Om effectief te zijn, moet het echter binnen 6 uur na levering worden gestart, voordat de secundaire energiestoring optreedt. In dit krappe tijdsbestek moet de populatie die baat zou hebben bij behandeling worden geïdentificeerd, gereanimeerd, gestabiliseerd en afgekoeld.

Helaas is het niet altijd mogelijk om binnen deze periode degenen die baat zouden hebben bij therapie te herkennen en te diagnosticeren. We hebben aangetoond dat de huidige standaardmethoden om diegenen te identificeren die risico lopen op HIE, zoals zuur-base-evenwicht, lactaat- en Apgar-score en initiële neurologische beoordeling, onbetrouwbaar zijn (6). Neonatale elektro-encefalografie (EEG) is nuttig voor het beoordelen van encefalopathie en is een uitstekende voorspeller van het resultaat op de lange termijn. Met name de evolutie ervan gedurende de eerste 24 uur na de bevalling hangt sterk samen met het resultaat (7). Het vereist echter zeer gespecialiseerde vaardigheden die zelden beschikbaar zijn voor de neonatoloog in de acute setting. Amplitude-geïntegreerde EEG wordt op grotere schaal gebruikt door clinici, maar de interpretatie ervan is afhankelijk van de gebruiker en de meerderheid van de neonatologen meldt dat ze geen vertrouwen hebben in hun eigen interpretatievermogen (8). De behoefte aan vroege en betrouwbare voorspelling van de uitkomst bij HIE is nog nooit zo groot geweest. Er is dringend behoefte aan een snelle, goedkope, reproduceerbare, niet-gebruikersafhankelijke methode voor het kwantificeren van de ernst van HIE en de waarschijnlijke prognose. Er zijn veel biochemische en hematologische markers voorgesteld voor perinatale asfyxie, maar geen enkele heeft geleid tot klinische vooruitgang of commercieel levensvatbare tests aan het bed (9).

In de afgelopen 2 jaar hebben we hier in het Kraamkliniek van de Universiteit van Cork via de BIHIVE-studie (Biomarkers in Hypoxic-Ischaemic Encephalopathy study) potentiële biochemische markers in navelstrengbloed geïdentificeerd die nauwkeurig die baby's kunnen identificeren die zullen evolueren naar matige/ernstige encefalopathie (10,11). De BIHIVE-studie heeft een veelzijdige benadering gekozen voor het identificeren van door bloed overgedragen biomarkers in HIE door 1) gerichte proteomische profilering met behulp van Luminex-technologie 2) miRNA-profilering 3) uitgebreide mapping van het bloedmetaboloom met behulp van zowel massaspectrometrie als nucleaire magnetische resonantietechnieken.

Ons doel is om een ​​cohort van baby's te rekruteren met duidelijk gedefinieerde perinatale asfyxie en HIE, geclassificeerd met behulp van zowel herhaalde neurologische beoordeling als meerkanaals EEG. Bij de geboorte wordt navelstrengbloed afgenomen, verwerkt en opgeslagen volgens strikte standaardwerkwijzen (SOP's) die we voor dit doel hebben ontwikkeld. Deze procedures zorgen ervoor dat alle monsters geschikt zijn voor latere proteomische, metabolomische, transcriptomische en genomische analyse. Met behulp van een systeembiologische benadering hebben we meerdere voorgestelde markers bestudeerd in het opgeslagen navelstrengbloed uit ons ontdekkingscohort, in eerste instantie gericht op het proteoom en metaboloom. Door dit werk hebben we al een aantal biomarkers geïdentificeerd die aanwezig zijn in navelstrengbloed en die de mogelijkheid hebben om de ontwikkeling van matige/ernstige HIE te voorspellen. Onze vroege gegevens zijn buitengewoon veelbelovend. Onze initiële metabolomische analyse heeft aangetoond dat we onderscheid kunnen maken tussen HIE en controles met een oppervlakte onder de curve (AUROC) van 0,92. Verdere analyse zal nodig zijn om de exacte metabolietpieken die deze differentiatie produceren te identificeren en te kwantificeren. We willen deze bevindingen nu valideren in een volgend cohort van baby's met perinatale asfyxie en HIE, en ons vermogen om neurologische uitkomsten op langere termijn te voorspellen valideren. Ons pilotwerk waarin microRNA-veranderingen in het navelstrengbloed van baby's met matige/ernstige HIE worden onderzocht, is ook zeer bemoedigend met significante opwaartse regulatie van een meervoudig bestudeerde miRNA's in zowel asfyxie als HIE. De meest veelbelovende miRNA's worden nu gekwantificeerd met behulp van polymerasekettingreactie (PCR) -amplificatie en zullen worden gevalideerd in het ontdekkingscohort.

Toekomstig cohort-BIHIVE2: om deze markers verder te ontwikkelen tot het punt waarop we een marker met >90% sensitiviteit en specificiteit voor matige/ernstige HIE hebben gevalideerd, zullen we een extra cohort van zorgvuldig gerekruteerde baby's moeten rekruteren met hoogwaardige biobanking bij de geboorte en gedetailleerde klinische fenotypering. Dit is het belangrijkste werk van deze huidige applicatie. We hebben nog een cohort nodig van 300 baby's met perinatale asfyxie, van wie er 60 HIE zullen ontwikkelen en 30 matige tot ernstige HIE. We zullen ook 300 hedendaagse controlebaby's moeten rekruteren. Om dit aantal baby's met perinatale asfyxie te rekruteren, zullen we 30.000 levendgeborenen moeten bestuderen. Daarom hebben we onze studiecentra uitgebreid met het Karolinska Universitair Ziekenhuis in Stockholm, een groot modern kraamkliniek met 10.000 levendgeborenen per jaar.

Verdere validatie zal ons in staat stellen om een ​​algoritme van klinische en biochemische markers te ontwikkelen dat een gevoelige en specifieke voorspellende test zal bieden voor matige/ernstige HIE. Neurologische follow-up van beide cohorten zal ons in staat stellen ons vermogen om neurologische ontwikkelings- en gedragsresultaten na 2 jaar te voorspellen, te beoordelen.

Ten slotte zullen we de exacte timing van biomarkerverandering onderzoeken met behulp van een getimed diermodel van hypoxisch-ischemisch letsel (HI). In klinische studies is hypoxisch-ischemisch letsel onvoorspelbaar en de timing ervan is vaak onmogelijk in te schatten. Dr. Tracey Bjorkmann van de Queen's University in Brisbane heeft een biggenmodel van HI ontwikkeld dat HI produceert en epileptische aanvallen en een letselniveau veroorzaakt dat overeenkomt met matige tot ernstige HIE (12). Ze heeft ermee ingestemd om samen te werken met ons programma en zal biggenmonsters van serum leveren die 0,1,2 en 12 uur na HI zijn genomen. Deze monsters zullen van onschatbare waarde zijn bij het onderzoeken van de progressie van biomarkerverstoring en zullen ons helpen om hersenletsel bij pasgeborenen na de bevalling te timen.