BiHiVE2-studie. Undersøkelsen og valideringen av prediktive biomarkører i hypoksisk-iskemisk encefalopati. (BiHiVE2)

Bakgrunn og nåværende kunnskap på området:

Perinatal asfyksi er en av de vanligste årsakene til neonatal død og langvarig funksjonshemming, og forekommer hos 20 av 1000 levendefødte. Av disse vil ca. 2-3 per 1000 fortsette å utvikle hypoksisk-iskemisk encefalopati (HIE) (1). I Irland og Storbritannia er HIE den tredje vanligste årsaken til nyfødtdødelighet, og står for 9 % av alle dødsfall og 21 % av termindødsfall, mens det globalt er anslått å forårsake over 1 million neonatale dødsfall hvert år. For de overlevende er det signifikant sekundær sykelighet assosiert, inkludert cerebral parese (15 %), alvorlig kognitiv forsinkelse (11 %), anfallsforstyrrelser (8 %), sensorisk-nevral døvhet (7 %) og synstap (3 %)( 2).

HIE er en prosess i utvikling, som kan forenkles til to fornærmelser. Den første fornærmelsen er betydelig cerebral hypoksi og/eller iskemi som følges av energiutarming, fra anaerob metabolisme som fører til akkumulering av laktat og tap av cellulær integritet. Dette setter i gang en kaskade av hendelser med resulterende dannelse av frie radikaler, proteaser og kaspaser som fører til celleskade og apoptose, den sekundære fornærmelsen(3). Den sekundære energisvikten har vist seg å oppstå mellom 6-48 timer etter den første fornærmelsen.

Inntil nylig eksisterte ingen terapeutisk intervensjon som kunne redusere den tilhørende sykelighet eller dødelighet. Imidlertid har de nylige publikasjonene av flere internasjonale studier og deres påfølgende meta-analyse vist at tidlig indusert hypotermi er gunstig ved HIE, forbedrer overlevelse og reduserer nevrologisk funksjonshemming (4-5). Indusert hypotermi har nå blitt en standard behandling ved moderat/alvorlig HIE. For å være effektiv må den imidlertid startes innen 6 timer etter levering, før den sekundære energisvikten oppstår. I dette smale tidsvinduet må befolkningen som vil ha nytte av behandling identifiseres, gjenopplives, stabiliseres og avkjøles.

Dessverre er evnen til å gjenkjenne og diagnostisere de som vil ha nytte av terapi ikke alltid mulig innenfor denne tidsperioden. Vi har vist at dagens standardmetoder for å identifisere de som er i fare for HIE, som syre-basebalanse, laktat- og Apgar-score og innledende nevrologisk vurdering er upålitelige (6). Neonatal elektroencefalografi (EEG) er nyttig for gradering av encefalopati og er en utmerket prediktor for langsiktig utfall. Spesielt dens utvikling i løpet av de første 24 timene etter fødselen korrelerer sterkt med utfallet (7). Det krever imidlertid et høyt spesialisert ferdighetssett som sjelden er tilgjengelig for neonatologen i akutte omgivelser. Amplitudeintegrert EEG er mer utbredt av klinikere, men tolkningen er brukeravhengig, og flertallet av neonatologer rapporterer at de ikke er trygge på sin egen tolkningsevne (8). Behovet for tidlig og pålitelig prediksjon av utfall i HIE har aldri vært større. En rask, billig, reproduserbar, ikke-brukeravhengig metode for å kvantifisere alvorlighetsgraden av HIE og sannsynlig prognose er et presserende behov. Mange biokjemiske og hematologiske markører har blitt foreslått ved perinatal asfyksi, men ingen har ført til kliniske fremskritt, eller kommersielt levedyktige sengekanttester (9).

I løpet av de siste 2 årene, her på Cork University Maternity Hospital, har vi gjennom BIHIVE-studien (Biomarkers in Hypoxic-Ischaemic Encephalopathy study) identifisert potensielle biokjemiske markører i navlestrengsblod som nøyaktig kan identifisere de spedbarn som vil utvikle seg til moderat/alvorlig encefalopati (10,11). BIHIVE-studien har tatt i bruk en mangefasettert tilnærming for å identifisere blodbårne biomarkører i HIE gjennom 1) målrettet proteomisk profilering ved bruk av Luminex-teknologi 2) miRNA-profilering 3) omfattende kartlegging av blodmetabolomet ved bruk av både massespektrometri og kjernemagnetisk resonansteknikker.

Vårt mål er å rekruttere en kohort av spedbarn med klart definert perinatal asfyksi og HIE, klassifisert ved bruk av både gjentatt nevrologisk vurdering og flerkanals EEG. På fødselstidspunktet vil navlestrengsblod bli tappet, behandlet og banket ved hjelp av strenge standard operasjonsprosedyrer (SOPs) som vi har utviklet for dette formålet. Disse prosedyrene vil sikre at alle prøver vil være egnet for senere proteomisk, metabolomisk, transkriptomisk og genomisk analyse. Ved å bruke en systembiologisk tilnærming har vi studert flere foreslåtte markører i det lagrede navlestrengsblodet fra vår oppdagelseskohort, i utgangspunktet med fokus på proteomet og metabolomet. Gjennom dette arbeidet har vi allerede identifisert en rekke biomarkører som finnes i navlestrengsblod med potensial til å forutsi utviklingen av moderat/alvorlig HIE. Våre tidlige data er ekstremt lovende. Vår innledende metabolomiske analyse har vist at vi kan skille mellom HIE og kontroller med et areal under kurven (AUROC) på 0,92. Ytterligere analyse vil være nødvendig for å identifisere og kvantifisere de eksakte metabolitttoppene som produserer denne differensieringen. Vi ønsker nå å validere disse funnene i en ytterligere kohort av spedbarn med perinatal asfyksi og HIE, og å validere vår evne til å forutsi langsiktig nevrologisk utfall. Pilotarbeidet vårt med å undersøke mikroRNA-endringer i navlestrengsblodet til spedbarn med moderat/alvorlig HIE er også veldig oppmuntrende med betydelig oppregulering av flere studerte miRNA-er i både asfyksi og HIE. De mest lovende miRNA-ene blir nå kvantifisert ved bruk av polymerasekjedereaksjon (PCR)-amplikasjon og vil bli validert i oppdagelseskohorten.

Fremtidig kohort-BIHIVE2: For å utvikle disse markørene videre til det punktet hvor vi har validert en markør med >90 % sensitivitet og spesifisitet for moderat/alvorlig HIE, må vi rekruttere en ytterligere kohort av nøye rekrutterte spedbarn med høykvalitets biobanking ved fødsel og detaljert klinisk fenotyping. Dette er hovedarbeidet til denne gjeldende applikasjonen. Vi vil kreve ytterligere en kohort på 300 spedbarn med perinatal asfyksi, hvorav 60 vil utvikle HIE og 30 vil utvikle moderat til alvorlig HIE. Vi vil også trenge å rekruttere 300 moderne kontrollspedbarn. For å rekruttere dette antallet spedbarn med perinatal asfyksi må vi studere 30 000 levendefødte. Vi har derfor utvidet studiesentrene våre til å inkludere Karolinska Universitetssykehuset, Stockholm, et stort toppmoderne fødesykehus med 10 000 levendefødte per år.

Ytterligere validering vil tillate oss å utvikle en algoritme av kliniske og biokjemiske markører som vil gi en sensitiv og spesifikk prediktiv test for moderat/alvorlig HIE. Nevroutviklingsoppfølging av begge kohorter vil tillate oss å vurdere vår evne til å forutsi nevroutviklings- og atferdsmessig utfall etter 2 år.

Til slutt vil vi undersøke det nøyaktige tidspunktet for biomarkørendring ved å bruke en tidsbestemt dyremodell av hypoksisk-iskemisk skade (HI). I kliniske studier er hypoksisk-iskemisk skade uforutsigbar, og tidspunktet er ofte umulig å estimere. Dr. Tracey Bjorkmann ved Queen's University, Brisbane har utviklet en smågrismodell av HI som produserer HI induserer anfall og et skadenivå som tilsvarer moderat til alvorlig HIE (12). Hun har sagt ja til å samarbeide med programmet vårt og vil gi smågrisprøver av serum tatt 0,1,2 og 12 timer etter HI. Disse prøvene vil være uvurderlige for å undersøke progresjonen av biomarkørforstyrrelser og vil hjelpe oss med å tidfeste neonatal hjerneskade etter fødsel.