Ανάπτυξη ολιστικών αναλυτικών τεχνολογιών για την εύρεση βιοδεικτών σε βιολογικά δείγματα νεογνών

Abstract

Neonatal sepsis and necrotizing enterocolitis are major causes of morbidity and mortality in infants, especially premature ones. The current biomarkers provide relatively low diagnostic precision, resulting in the application of non-specific therapies to the infants. This inability to diagnose precisely delays their recovery and might affect their future health and survival. New biomarkers that have been introduced using classical approaches have not substantially contributed to preventing this situation timely. Holistic approaches are promising alternatives to the hereafter-studied diseases. The aim of this PhD dissertation was to improve the understanding of the biochemistry of the two diseases through holistic approaches and contribute to the extraction of potential biomarkers for their timely and selective diagnosis. For this purpose, metabolomics and proteomics approaches have been implemented applying the most powerful analytical technologies (NMR, LC-MS/MS, GC-MS), in order to obtain an integrated view of the diseases and biological pathways involved in them. Moreover, two biological substrates, urine and blood serum, were employed, as they are considered to provide a complementary image of the organism. Urine was the first choice of a matrix for this study, as it is the least invasive substrate. The study was expanded to small volumes of neonates’ blood. The studied cohorts were strictly structured (groups of patients and matched control neonates) in order to lead to as reliable as possible statistical conclusions. The longitudinal sample collection strategy contributed to the findings, giving the opportunity to evaluate the behavior of specific compounds during the course of the disease or rehabilitation of the newborns. In addition to the multiple analytical techniques and approaches followed, detailed data treatment and thorough statistical analysis were employed to highlight and evaluate the findings. All the individual studies of this PhD research confirmed the dynamics of the -omic technologies in diagnosing sepsis or NEC, highlighting variations between the studied populations in relation to the control populations and resulting in a number of potential metabolic or protein fingerprints associated with each of the two diseases. These findings may provide a starting point for further studies, in order to evaluate them in larger groups of neonates.

Η νεογνική σήψη και η νεκρωτική εντεροκολίτιδα αποτελούν δύο νεογνικές παθήσεις, που πλήττουν κυρίως τα πρόωρα νεογνά και σχετίζονται με υψηλά επίπεδα θνητότητας αυτών. Οι υπάρχοντες μη ειδικοί βιοδείκτες δυσχεραίνουν την έγκαιρη διάγνωση των παθήσεων αυτών, γεγονός που επηρεάζει την αποτελεσματική θεραπεία των ασθενών. Οι ολιστικές τεχνολογίες αποτελούν πολλά υποσχόμενη εναλλακτική προσέγγιση για τη μελέτη της βιοχημείας των ασθενειών και την αναγνώριση δυνητικών βιοδεικτών για την έγκαιρη και εκλεκτική διάγνωση των παθήσεων. Η εφαρμογή τους σε πληθυσμούς νεογνών είναι μέχρι και σήμερα αρκετά περιορισμένη και αποτέλεσε το στόχο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Προκειμένου να επιτευχθεί ο σκοπός της διατριβής, αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν βιο-αναλυτικές μέθοδοι μεταβολομικής και πρωτεομικής με τη χρήση των ισχυρότερων αναλυτικών τεχνολογιών (NMR, LC-MS, GC-MS). Οι μέθοδοι εφαρμόστηκαν σε κλινικά δείγματα (ούρα και ορός αίματος νεογνών) προκειμένου να προκύψει μια πιο ολοκληρωμένη θεώρηση των παθήσεων και των βιολογικών μονοπατιών που εμπλέκονται σε αυτές. Οι ομάδες νεογνών που μελετήθηκαν ήταν αυστηρά δομημένες (ομάδες ασθενών και αντιστοιχισμένων μαρτύρων), προκειμένου να οδηγηθεί η μελέτη σε όσο το δυνατόν πιο ασφαλή στατιστικά συμπεράσματα. Προς αυτή την κατεύθυνση, επίσης, συνέβαλλε και η συλλογή δειγμάτων σε τρεις διαφορετικές χρονικές στιγμές, παρέχοντας, με τον τρόπο αυτόν, τη δυνατότητα να αξιολογηθεί η συμπεριφορά συγκεκριμένων ενώσεων κατά την διάρκεια της εξέλιξης της πάθησης ή της αποκατάστασης των νεογνών. Επιπρόσθετα των πολλαπλών τεχνικών και προσεγγίσεων που εφαρμόστηκαν, ακολούθησε λεπτομερής επεξεργασία των δεδομένων και ενδελεχής στατιστική ανάλυση προκειμένου να αναδειχθούν και να αξιολογηθούν τα ευρήματα. Όλες οι επιμέρους μελέτες, επιβεβαίωσαν τη δυναμική των -ομικών τεχνολογιών, αναδεικνύοντας διαφοροποιήσεις μεταξύ των μελετώμενων πληθυσμών σε σχέση με τους πληθυσμούς ελέγχου και καταλήγοντας σε μια σειρά δυνητικών μεταβολικών ή πρωτεϊνικών αποτυπωμάτων που σχετίζονται με κάθε μία από τις δύο μελετώμενες παθήσεις. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να αποτελέσουν εφαλτήριο περαιτέρω μελετών για την αξιολόγηση τους σε ευρύτερες ομάδες νεογνών.