Разработка и внедрение малоинвазивных диагностических мероприятий на основе хромато-масс-спектрометрии в качестве критерия для терапевтической гипотермии при проведении ранней дифференциальной диагностики острого повреждения головного мозга новорожденных, родившихся в тяжелой асфиксии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-15-00454

НазваниеРазработка и внедрение малоинвазивных диагностических мероприятий на основе хромато-масс-спектрометрии в качестве критерия для терапевтической гипотермии при проведении ранней дифференциальной диагностики острого повреждения головного мозга новорожденных, родившихся в тяжелой асфиксии

Руководитель Эльдаров Чупалав Максудович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И.Кулакова» Министерства здравоохранения Российской Федерации , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова масс-спектрометрия, метаболомика, протеомика, диагностика, асфиксия новорожденных, гипотермия

Код ГРНТИ34.15.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Гипоксически-ишемическая энцефалопатия (ГИЭ) вследствие перенесённой интранатальной гипоксии остаётся одной из важных проблем неонатологии и педиатрии. Всемирная организация здравоохранения и Организация Объединённых Наций внесли интранатальную гипоксию плода в перечень патологий, влияющих на младенческую заболеваемость и смертность наряду с такими патологиями, как недоношенность и внутриутробные инфекции. ГИЭ - приобретенный синдромом с клиническими и лабораторными показателями острого поражения головного мозга вследствие перенесенной асфиксии. Несмотря на наличие множества клинико-лабораторных методов исследований определение степени тяжести гипоксии при диагностике ГИЭ, специфического теста способного подтвердить или исключить ГИЭ не существует. Наиболее изученным и доказанным методом лечения при ГИЭ является терапевтическая гипотермия (ТГ). Ключевым является проведение ТГ в условиях «терапевтического окна» которое составляет 6 часов после перенесенной асфиксии. Последние исследования показывают зависимость от времени начала ТГ. Охлаждение, начатое через 1,5-2 часа от момента воздействия гипоксии, снижает количество погибших нейральных клеток на 70%, при более позднем старте гипотермии (до 5,5 часов) оно уменьшается лишь на 50%, а при ее начале после 6 часов – уже статистически незначимо. Существует прямая зависимость времени начала терапевтической гипотермии и долгосрочным неврологическим исходом, чем раньше начата терапевтическая гипотермия, тем лучший прогноз для пациента. Для ранней дифференциальной диагностики ГИЭ новорожденных могут быть применимы подходы по диагностике метаболический изменений в крови как пуповинной, так и новорожденных с использованием хромато-масс-спектрометрии с выявлением метаболитов-кандидатов, имеющих высокий диагностический потенциал при ГИЭ. Однако, данная научная задача по поиску метаболических маркеров развития ГИЭ осложняется небольшим количеством пациентов с данной нозологий, влиянием асфиксии на другие органы и системы помимо головного мозга, также как наличие сочетанных патологий (например, сепсиса), что находит отражение в изменении интегрального метаболического профиля плазмы крови. Таким образом, в большинстве случаем при анализе плазмы крови пациентов возможно получить набор метаболитов, отражающих различные патологические процессы в организме новорождённого. Учитывая, что целью проекта является поиск маркеров для дифференциальной диагностики ГИЭ, мы планируем дополнительно провести исследования на модельных системах, которые позволят нам смоделировать только гипоксическое повреждение головного мозга и проанализировать метаболические изменения, связанные с данным патологическим состоянием. В качестве модельных систем будут использована модель гипоксии на органоидах головного мозга человека и крысиная модель неонатальной гипоксии/ишемии. Полученные паттерны метаболических изменений в моделях будут сравниваться с клиническим данными с целью идентификации метаболитов, ассоциированных с гипоксическим повреждением головного мозга. Таким образом, при реализации данного Проекта впервые будут изучены и разработаны современные методы дифференциальной диагностики ГИЭ у новорожденных, перенесших асфиксию при рождении. Своевременное, лабораторное подтверждение гипоксического повреждения головного мозга на основе метаболических маркеров позволит в кратчайшие сроки начать нейропротективную терапию тем самым снизить заболеваемость, инвалидизацию и смертность у данной категории пациентов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Новейшие достижения в диагностике гипоксической ишемической энцефалопатии новорожденных Н. Л. Стародубцева, Ч. М. Эльдаров, А. Р. Киртбая, Е. Н. Балашова, А. С. Грызунова, О. В. Ионов, В. В. Зубков, Д. Н. Силачев Вестник РГМУ, 2022. №4. С. 5–18. (год публикации - 2022)
10.24075/vrgmu.2022.038

2. Юлия Шевцова, Чупалав Эльдаров, Наталья Стародубцева, Кирилл Горюнов, Виталий Чаговец, Олег Ионов, Егор Плотников, Денис Силачев Identification of Metabolomic Signatures for Ischemic Hypoxic Encephalopathy Using a Neonatal Rat Model MDPI, Children 2023, 10, 1693. https://doi.org/10.3390/children10101693 (год публикации - 2023)
10.3390/children10101693

3. Шевцова Ю.А., Стародубцева Н.Л., Tокарева А., Горюнов К.В., Садекова А.А., Ведихина И.А., Иванец Т.Ю., Ионов О.В., Франкевич В.Е., Плотников Е.Ю., Сухих Г.Т., Зоров Д.Б., Силачев Д.Н. Metabolite Biomarkers for Early Ischemic–Hypoxic Encephalopathy: An Experimental Study Using the NeoBase 2 MSMS Kit in a Rat Model International journal of molecular sciences, 2024 Feb 7;25(4):2035 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25042035

4. Стародубцева Н.Л., Tокарева А., Франкевич В.Е., Силачев Д.Н. Minimizing Cohort Discrepancies: A Comparative Analysis of Data Normalization Approaches in Biomarker Research Computation, 2024, 12(7), 137 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.3390/computation12070137

5. Эльдаров Ч.М., Стародубцева Н.Л., Шевцова Ю.А., Горюнов К.В., Ионов О.В., Франкевич В.Е., Плотников Е.Ю., Сухих Г.Т., Зоров Д.Б., Силачев Д.Н. Dried Blood Spot Metabolome Features of Ischemic-Hypoxic Encephalopathy: A Neonatal Rat Model International Journal of Molecular Sciences., 25(16):8903 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25168903

6. Лаврентьев С.Н., Петрова А.С., Серова О.Ф., Вишнякова П.А., Кондратьев М.В., Грызунова А.С., Захарова Н.И., Зубков В.В., Силачев Д.Н. Ultrasound Diagnosis and Near-Infrared Spectroscopy in the Study of Encephalopathy in Neonates Born under Asphyxia: Narrative Review Children (Basel), 2024 May 14;11(5):591. (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.3390/children11050591

7. Эльдаров Ч.М., Стародубцева Н.Л., Шевцова Ю.А., Горюнов К.В., Ионов О.В., Силачев Д.Н. Оценка эффекта гипотермии после моделированной гипоксической ишемической энфефалопатии по метаболому крови Вестник РГМУ (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В завершающий год выполнения проекта нами было проведено исследование изменений метаболома сухих пятен крови в динамике при развитии гипоксически-ишемической энцефалопатии ( ГИЭ) — через 3ч и 6ч на крысиной модели для идентификации биомаркеров и их изменений с течением времени. В ходе исследования была использована широко известная модель Райса–Ваннуччи для изучения гипоксически-ишемической энцефалопатии (ГИЭ). Исследование проводилось на сухих пятнах крови методами высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ВЭЖХ-МС) и выявило заметные различия между метаболомными профилями в динамике после ГИЭ. Так через три часа после гипоксии отмечено статистически значимое повышение уровней церамидов карнитинов, некоторых жирных кислот, а также фосфохолинов и фосфоэтаноламинов . Одновременно наблюдалось снижение уровней сфингомиелинов и N-ацилэтаноламинов. Через шесть часов после индукции повреждения изменения в метаболоме сухих пятен крови в основном затрагивали те же классы соединений, что и через три часа, включая церамиды, жирные кислоты и фосфолипиды. Также был исследован эффект терапевтической гипотермии на метаболом сухих пятен крови на крысиной модели с помощью ВЭЖХ-МС в двух полярностях. При гипотермии по сравнению с нормотермией наблюдалось статистически значимое снижение уровней N-ацилэтаноламинов и церамидов, а также сфингомиелина и триглицеридов по сравнению с нормотермической группой, а уровень жирных кислот повышался. Учитывая роль этих соединений в ответе организма на ишемическое повреждение, можно видеть, что терапевтическая гипотермия смягчала повреждения головного мозга и системную реакцию организма на травму. Выявленные липидные метаболиты представляют собой потенциальные маркеры повреждения мозга, которые могут быть использованы для диагностики ГИЭ в клинически значимые временные интервалы, такие как 3–6 часов после наступления повреждения. Параллельно с экспериментальной работой, в рамках Проекта было проведено методологическое исследование по сравнению методов нормализации при обработке метаболомных данных и выявлению оптимального метода, которым оказалась нормализация, стабилизирующая дисперсию. Для оптимизации методов диагностики и протоколов ведения пациентов с гипоксически-ишемической энцефалопатией, а так же для уточнения ее патогенеза, мы рассмотрели возможность включения в протокол исследования методов ультразвуковой диагностики в сочетании с спектроскопией в ближнем инфракрасном диапазоне(NIRS). Такое сочетание позволит исследовать как структурные, так и функциональные изменения мозга при ГИЭ . Кроме того, в рамках проекта было выполнено клиническое исследование метаболома сухих пятен крови с ГИЭ и без ГИЭ, через 6 и 24ч после рождения. Было измерено содержание 57 метаболитов: 14 аминокислот, 36 карнитинов, 2 нуклеозидов, сукцинилацетона и 4 лизофосфатидилхолинов с использованием тандемной масс-спектрометрии для анализа методом проточной инъекции (FIA-MS/МS) в рамках рутинного обследования новорожденных в клинико-диагностической лаборатории Национального медицинского исследовательского центра ФГБУ "НИИ акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова. Проведённый анализ позволил выявить ряд аминокислот, ацилкарнитинов и фосфатидилхолинов, которые демонстрируют разнонаправленную динамику с течением времени у новорождённых с ГИЭ по сравнению со здоровыми детьми. Эти метаболиты обладают потенциалом для использования в качестве биомаркеров ГИЭ и стали приоритетными объектами дальнейшего изучения. Особое внимание будет уделено установлению корреляции между концентрацией этих метаболитов в ключевые временные точки после рождения и степенью тяжести состояния, а также определению минимального временного интервала, достаточного для ранней диагностики ГИЭ. Таким образом, благодаря использованию NeoBase 2 MSMS, полученная нами диагностическая модель обладает высоким потенциалом для внедрения в клиническую практику, что, однако, требует проведения дополнительных исследований, основанных на собранной нами коллекции образцов.

Публикации