Nieinwazyjna diagnostyka mózgu noworodka

Badacze z Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego zadali sobie pytanie, czy zwykły mocz, pobierany w nieinwazyjny sposób, może powiedzieć nam, co dzieje się w mózgu noworodka.

Okazało się, że tak – i to w zaskakująco dużym stopniu.

– „Badania metabolomiczne i proteomiczne w połączeniu z nowoczesnymi technikami obrazowania rezonansem magnetycznym w poszukiwaniu mechanizmów uszkodzenia mózgu u noworodków urodzonych przedwcześnie i w fizjologicznym terminie porodu” to tytuł projektu, który przez ostatnie pięć lat realizowany był na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Jagiellońskiego i w Uniwersyteckim Szpitalu Dziecięcym w zespole prof. Przemko Kwinty, kierownika Katedry Pediatrii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego.

W trakcie tych kilku lat przeanalizowano próbki moczu ponad 120 noworodków – zarówno wcześniaków, jak i dzieci urodzonych o czasie – wykorzystując najnowocześniejsze techniki proteomiki i metabolomiki w laboratoriach CDT-CARD. Pozwoliło to zajrzeć w głąb procesów biologicznych zachodzących w pierwszych dniach życia.

Wyniki pokazały, że:

• Wcześniaki różnią się od dzieci donoszonych już od pierwszych dni po urodzeniu pod względem składu białek i metabolitów w moczu, co odzwierciedla niedojrzałość ich układu odpornościowego, krzepnięcia i metabolizmu.
• U dzieci z uszkodzeniem mózgu zachodzą trwałe i charakterystyczne zmiany w moczu, m.in. spada poziom białek budujących macierz mózgową (neurokan, agrekan, brewikan), a rośnie poziom cząsteczek związanych ze stresem komórkowym i stanem zapalnym (FABP),
• U noworodków z niedotlenieniem okołoporodowym w moczu pojawia się prawdziwa „burza biochemiczna” związana ze stresem oksydacyjnym i masywnym uszkodzeniem komórek. Równocześnie aktywują się naturalne procesy naprawcze, takie jak neutralizacja hemu uwalnianego z krwinek.

Jednym z najbardziej istotnych wniosków projektu było odkrycie, że między trzecią a szóstą dobą życia w moczu wcześniaków pojawiają się wyjątkowo specyficzne markery biologiczne. To właśnie wtedy metabolizm dziecka zdradza najwięcej na temat późniejszych uszkodzeń mózgu. Z pomocą zaawansowanych modeli matematycznych udało się przewidzieć ciężkie uszkodzenie mózgu z dokładnością niemal 100 proc., bazując wyłącznie na danych z tego krótkiego okresu życia. Dla neonatologii może to mieć duże znaczenie, stwarza bowiem możliwość wczesnej identyfikacji dzieci szczególnie zagrożonych, szybszego wdrażania terapii mogących chronić mózg czy też indywidualizować plan dalszej opieki.

Jednym z najbardziej obiecujących biomarkerów okazał się stosunek mleczanu do kreatyniny w moczu (ULCR) – u wcześniaków z ciężkim uszkodzeniem mózgu jego wartość gwałtownie rosła już w drugiej i trzeciej dobie życia i wskaźnik ten silnie korelował z nieprawidłowościami widocznymi później w badaniu rezonansu magnetycznego mózgu i spektroskopii rezonansu magnetycznego.

Tak proste i tanie badanie mogłoby w przyszłości trafić do rutynowej diagnostyki na oddziałach intensywnej terapii noworodków.

Projekt pokazał również wyraźnie, że mózg wcześniaka choruje inaczej niż mózg noworodka z niedotlenieniem. Wcześniaki z uszkodzeniem mózgu wykazują metabolizm wskazujący na wieloetapowe, przewlekłe zaburzenia, w tym długotrwały stres energetyczny i nieprawidłową mielinizację, a dzieci po niedotlenieniu mają z kolei bardziej „nagłą”, burzliwą reakcję związaną ze stresem oksydacyjnym.
Różnice te były uchwytne nie tylko w moczu, ale też w badaniach spektroskopii rezonansu magnetycznego, które ujawniły charakterystyczne odchylenia w metabolizmie wzgórza – kluczowej struktury pełniącej rolę centrum przekaźnikowego mózgu.

Projekt pozwala na stworzenie nowej generacji biomarkerów pozwalających przewidywać uszkodzenia mózgu, jeszcze zanim staną się widoczne w badaniu rezonansem magnetycznym, a to w przyszłości może pomóc we wdrażaniu terapii w najbardziej wrażliwym okresie.

To jeden z pierwszych tak kompleksowych projektów, łączących metabolomikę, proteomikę i obrazowanie mózgu, w badaniach nad najmłodszymi i najbardziej wrażliwymi pacjentami.

Projekt realizowany był w latach 2021–2026 w ramach umowy z Narodowym Centrum Nauki (nr umowy: 2020/37/B/NZ5/01099).