Συμβολή της μεταβολομικής ανάλυσης γαστρικού υγρού, ούρων και αμνιακού υγρού προώρων νεογνών στην πρώιμη πρόβλεψη επιπλοκών της προωρότητας

Abstract

Prematurity and associated respiratory conditions, particularly respiratory distress syndrome (RDS), are the most common reasons for the hospitalization of preterm neonates in neonatal intensive care units and are the leading cause of early neonatal morbidity and mortality. The prediction of survival and the development of RDS requiring the administration of exogenous surfactant (SF) in very preterm neonates is crucial for everyday clinical practice and parental counseling. The use of advanced bioanalytical approaches, such as metabolomics, may play a key role in identifying biomarkers that enable the early prediction of significant medical issues, such as RDS, and the likelihood of survival. In this context, two prospective studies were conducted in very premature newborns (< 32 weeks of gestation) as part of this PhD thesis. The first study, involving 96 neonates, assessed the role of untargeted metabolomic analysis of gastric fluid and urine using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) obtained soon after birth in predicting survival at days 3 and 15 of life (DOL), as well as overall survival until discharge from the hospital. The second study, a case-control study, involved 43 neonates with RDS who received exogenous SF (patients) and 30 neonates with mild or no RDS (controls) who did not require SF. It evaluated whether targeted gastric fluid metabolomic analysis (GC-MS), obtained in the first hour of life, could predict the need for SF replacement therapy in RDS. Demographic, perinatal, and neonatal characteristics were recorded, and both univariate and multivariate statistical analyses were performed to identify significant metabolites and assess their prognostic value. The study on the prognosis of survival identified differences in various metabolites between survivors and non-survivors at the specified study time points. Binary logistic regression showed that certain metabolites in the gastric fluid including arabitol as well as succinic, erythronic and threonic acids were associated with DOL 15 and overall survival. Gastric glyceric acid was also associated with DOL 15 survival. Urine glyceric acid could predict survival on DOL 3 and overall survival. In the case-control study on predicting the need for exogenous SF using non-targeted analysis of gastric fluid (GC-MS), the analysis revealed significant differences between the two groups in gastric fluid metabolites (L-glycine and acetyl-L-serine) and clinical parameters (gestational age, 1- and 5-minute Apgar scores, and intubation in the delivery room). Moreover, multivariate analysis identified intubation in the delivery room as the strongest clinical predictor of SF administration [AUC 0.69 (95% CI 0.57-0.81)]. The combination of metabolomic and clinical data enabled the construction of a model with good accuracy [AUC 0.76 (95% CI 0.64-0.86)] in predicting the need for SF replacement therapy. In conclusion, non-surviving preterm neonates exhibit a different metabolic profile compared to survivors, enabling their differentiation through GC-MS-based metabolomic analysis of gastric fluid and urine. The results of this study support the use of metabolomics in developing survival biomarkers for very preterm infants. In contrast, gastric fluid metabolite profiling alone was insufficient to predict which preterm neonates with RDS would require exogenous SF as rescue therapy. However, the integration of metabolic and clinical data improved the accuracy of predicting the need for exogenous SF. Despite the encouraging results of the two studies, further research is necessary to explore the role of metabolomic analysis of gastric fluid in predicting important medical conditions and outcomes in very preterm infants. With the future development of diagnostic tests that are easily applicable in the NICU setting, metabolomics holds the potential for significant advancements in the optimal and individualized management of sick neonates.

Η προωρότητα και οι αναπνευστικές παθήσεις που τη συνοδεύουν, με κύριο εκπρόσωπο το σύνδρομο αναπνευστικής δυσχέρειας (ΣΑΔ), αποτελούν τη συχνότερη αιτία εισαγωγής των προώρων σε Μονάδα Εντατικής Νοσηλείας Νεογνών και παράλληλα σημαντική αιτία πρώιμης νεογνικής νοσηρότητας και θνησιμότητας. Η πρόβλεψη της επιβίωσης στα πολύ πρόωρα νεογνά και της εμφάνισης σε αυτά ΣΑΔ για το οποίο απαιτείται χορήγηση εξωγενούς επιφανειοδραστικού παράγοντα (ΕΔΠ) είναι ιδιαίτερα σημαντική για την καθημερινή κλινική πράξη και τη συμβουλευτική των γονέων. Η χρήση προηγμένων βιοαναλυτικών τεχνικών, όπως της μεταβολομικής, μπορεί, ενδεχόμενα, να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην ανεύρεση βιοδεικτών που θα συμβάλλουν στην έγκαιρη πρόβλεψη σοβαρών προβλημάτων και εκβάσεων στα πολύ πρόωρα νεογνά. Στο πλαίσιο αυτό, στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκαν δύο προοπτικές μελέτες σε πολύ πρόωρα νεογνά (< 32 εβδομάδων κύησης). Στην πρώτη, στην οποία συμμετείχαν 96 νεογνά, εκτιμήθηκε ο ρόλος της μη στοχευμένης μεταβολικής ανάλυσης με αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας (GC-MS) του γαστρικού υγρού και των ούρων που λήφθησαν σύντομα μετά τη γέννηση στην πρόβλεψη της επιβίωσης τις ημέρες ζωής (ΗΖ) 3 και 15, καθώς και τη συνολική επιβίωση μέχρι την έξοδο από το νοσοκομείο. Στη δεύτερη, που αποτέλεσε μια μελέτη ασθενών-μαρτύρων, συμμετείχαν 43 νεογνά με ΣΑΔ στα οποία χορηγήθηκε ΕΔΠ (ασθενείς) και 30 νεογνά με ήπιο ή καθόλου ΣΑΔ (μάρτυρες) που δεν έλαβαν θεραπεία με ΕΔΠ. Αξιολογήθηκε εάν η στοχευμένη μεταβολική ανάλυση του γαστρικού υγρού (GC-MS) που λήφθηκε την πρώτη ώρα ζωής θα μπορούσε να προβλέψει την ανάγκη για εξωγενή ΕΔΠ για τη θεραπεία του ΣΑΔ. Καταγράφηκαν δημογραφικά-περιγεννητικά και νεογνικά χαρακτηριστικά ενώ πραγματοποιήθηκαν μονο- και πολυπαραγοντικές στατιστικές αναλύσεις για την αξιολόγηση των σημαντικών μεταβολιτών και την εκτίμηση της προγνωστικής τους αξίας. Στη μελέτη που αφορούσε στην πρόγνωση της επιβίωσης εντοπίστηκαν διαφορές σε διάφορους μεταβολίτες μεταξύ επιζήσαντων και μη επιζήσαντων στα χρονικά σημεία της μελέτης. Η δυαδική λογιστική παλινδρόμηση έδειξε ότι ορισμένοι μεταβολίτες στο γαστρικό υγρό, συμπεριλαμβανομένης της αραβιτόλης καθώς και των οξέων του οξικού, του ερυθρονικού και του θρεονικού οξέος, σχετίζονταν με την επιβίωση την 15η ΗΖ και τη συνολική επιβίωση. Το γλυκερικό οξύ στο γαστρικό υγρό συσχετίστηκε, επίσης, με την επιβίωση την 15η ΗΖ. Το γλυκερικό οξύ των ούρων μπορούσε να προβλέψει την επιβίωση την 3η ΗΖ όπως και τη συνολική επιβίωση. Στη μελέτη για την πρόβλεψη της ανάγκης χορήγησης εξωγενούς ΕΔΠ μετά τη μη στοχευμένη ανάλυση του γαστρικού υγρού (GC-MS), η μονο-παραγοντική ανάλυση έδειξε σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο ομάδων στους μεταβολίτες του γαστρικού υγρού (L-γλυκίνη και ακετυλο-L-σερίνη) και στις κλινικές παραμέτρους (ηλικία κύησης, βαθμολογία Apgar score στο 1ο και 5ο λεπτό και διασωλήνωση στην αίθουσα τοκετού). Επιπλέον, η πολυπαραγοντική ανάλυση ανέδειξε τη διασωλήνωση στην αίθουσα τοκετού ως τον πιο ισχυρό κλινικό προγνωστικό παράγοντα χορήγησης ΕΔΠ [AUC 0,69 (95% CI 0,57-0,81)]. Μάλιστα, ο συνδυασμός μεταβολικών και κλινικών δεδομένων επέτρεψε την κατασκευή ενός μοντέλου με καλή ακρίβεια [AUC 0,76 (95% CI 0,64-0,86)] στην πρόβλεψη της θεραπείας με ΕΔΠ. Συμπερασματικά, τα πρόωρα νεογνά που δεν επιβίωσαν εμφάνιζαν διαφορετικό μεταβολικό προφίλ σε σύγκριση με εκείνα που επιβίωσαν, επιτρέποντας τον διαχωρισμό τους μετά τη μεταβολομική ανάλυση του γαστρικού υγρού και των ούρων με βάση τη GC-MS. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης υποστηρίζουν τη χρησιμότητα της μεταβολικής στην ανάπτυξη βιοδεικτών επιβίωσης σε πολύ πρόωρα νεογνά. Αντίθετα, το προφίλ μεταβολιτών του γαστρικού υγρού δεν ήταν από μόνο του επαρκές για την πρόβλεψη των πρόωρων νεογνών με ΣΑΔ που χρειάστηκαν εξωγενή χορήγηση ΕΔΠ ως θεραπεία διάσωσης. Ωστόσο, η ενσωμάτωση μεταβολικών και κλινικών δεδομένων βελτίωσε την ακρίβεια στην πρόβλεψη της ανάγκης για ΕΔΠ. Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα των δύο μελετών, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για τη διερεύνηση του ρόλου της μεταβολομικής ανάλυσης του γαστρικού υγρού στην πρόβλεψη σημαντικών ιατρικών καταστάσεων και εκβάσεων στα πρόωρα νεογνά. Με τη μελλοντική ανάπτυξη διαγνωστικών δοκιμασιών που θα είναι εύχρηστες στο περιβάλλον της ΜΕΝΝ, η μεταβολική υπόσχεται σημαντική πρόοδο στη βέλτιστη και εξατομικευμένη διαχείριση των άρρωστων νεογνών.