Background. Preterm birth is associated with an increased risk of brain injuries, which may present with a broad spectrum of clinical features, depending on the severity and the gestational age. The early identification of risk factors for neurological damage in the preterm population is important to improve the perinatal care and to guide the subsequent follow-up. While several studies have highlighted a significant role of early postnatal factors on the development of these lesions, the possible role of the intrauterine environment and the placental pathology has not yet been fully clarified. Placental histological analysis can provide valuable information on the etiopathogenesis of neonatal brain lesions and, in its fetal component, it represents an valuable tissue for the identification of new biomarkers. Methods. The study, which involved 289 preterm infants <32 gestational weeks admitted at birth at our Neonatal Intensive Care Unit between January 2012 and October 2017, evaluated the role of numerous perinatal risk factors on the development of brain lesions of prematurity (intraventricular haemorrhage, cerebellar haemorrhage, white matter lesions), diagnosed by MRI at corrected age. A research project was also carried out to find an association between these lesions and placental histopathological characteristics, re-evaluated according to the recent Amsterdam classification. Furthermore, proteomic analysis with mass spectrometry of the amniotic fluid and amnion was performed on a subgroup of these subjects, analyzed by Weight Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA). For the statistical analysis of risk factors, a descriptive analysis of the data was carried out using the Student's t test for continuous variables and the χ2 test or Fisher's exact test for categorical variables. A univariate analysis of the factors considered and subsequently multivariate was also carried out considering only the statistically significant or borderline variables in the univariate analysis. Results. The study highlighted a significant correlation between brain lesions and some perinatal characteristics, confirming the observations of previous studies (presence of cerebellar hemorrhage [OR: 8.14], mechanical ventilation in the first 72 hours [OR: 2.67] and patency of the Botallo duct treated pharmacologically [OR: 2.6]. After correction for gestational age, one of the most important independent risk factors in determining the neurological risk, and specifically, of intraventricular hemorrhage, was stage 1 chorioamnionitis involving the maternal side [OR : 2.92] and stage 3 [OR: 4], while no correlation emerged between placental findings and other brain lesions. The proteomics study revealed a pattern of protein co-expression characteristic in case of chorioamnionitis involving the fetal side of the placenta [ ME brown: Pearson index 0.9; p <0.05] The identification of the protein components present in this pool could b lead to the identification of one or more new markers of chorioamnionitis which, when measured in neonatal blood, or possibly, in maternal blood, could be used to guide an early assessment of the risk of brain injury in the preterm infant. Conclusions. The hystopatogenesis of the inflammation of the mother / fetus dyad consisting of histological chorioamnionitis (only recently defined) and the less objectified, often only suspected, clinical chorioamnionitis (maternal fever) is complex. The most important factor to understand the involvement of the future newborn, of his being more or less "pre-conditioned" by the maternal state, more or less prone to developing neonatal brain complications, is the presence of FIRS (Fetal Inflammatory Response Syndrome) which shows significantly altered proteomic values on the fetal side. The multifactoriality of brain lesions and the preponderant role of gestational age in their onset remains indisputable. These observations, together with the necessary continuous search for plausible biomarkers as our study tried to demonstrate, underline the importance of optimizing the timing of premature birth, in which the balance between the risks of a preterm birth and the benefits of excluding the fetus / newborn from a hostile environment, such as that of pregnancy in the course of inflammation, must be weighed with extreme caution.

Background. La nascita pretermine si accompagna ad un aumentato rischio di sviluppare un danno neurologico, che può presentarsi con diversi quadri patologici, in relazione all’entità del danno e all’età gestazionale del neonato. L’identificazione precoce dei fattori di rischio di danno neurologico nella popolazione dei nati prematuri è di fondamentale importanza per migliorare l’assistenza al neonato sia durante il ricovero in Terapia Intensiva Neonatale, sia per guidare e personalizzare il follow-up post-dimissione. Mentre diversi studi hanno evidenziato un significativo ruolo dei fattori postnatali precoci sullo sviluppo di tali lesioni, il ruolo dell’ambiente intrauterino e della patologia placentare sullo sviluppo di tali lesioni non è ancora stato del tutto chiarito. L’analisi istologica placentare può fornire indicazioni preziose circa la possibile eziopatogenesi delle lesioni cerebrali neonatali e, nella sua componente fetale, rappresenta un ottimo tessuto di partenza per l’identificazione di nuovi biomarker. Metodi. Lo studio, che ha interessato 289 neonati pretermine < 32 settimane gestazionali ricoverati alla nascita presso la U.O. Terapia Intensiva Neonatale tra gennaio 2012 e ottobre 2017, ha valutato il ruolo di numerosi fattori di rischio perinatali sullo sviluppo di lesioni cerebrali della prematurità (emorragia intraventricolare, emorragia cerebellare, lesioni della sostanza bianca), diagnosticate mediante RM al termine di età corretta. È stata inoltre effettuata la ricerca di un’associazione tra tali lesioni e le caratteristiche istopatologiche placentari, rivalutate secondo la recente classificazione di Amsterdam. Inoltre, su un sottogruppo di tali soggetti è stata eseguita l’analisi proteomica con spettrometria di massa del liquido amniotico e dell’amnion prelevati alla nascita, analizzata tramite Weight Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA). Per l’analisi statistica dei fattori di rischio è stata effettuata una analisi descrittiva dei dati mediante l’utilizzo del t test di Student per le variabili continue e il test χ2 o il Fisher's exact test per le variabili categoriche. È stata inoltre effettuata una analisi univariata dei fattori considerati e successivamente multivariata considerando unicamente le variabili statisticamente significative o borderline all’analisi univariata. Risultati. Lo studio ha evidenziato una significativa correlazione tra lesioni cerebrali e alcune caratteristiche perinatali, confermando le osservazioni di studi precedenti (presenza di emorragia cerebellare [OR: 8.14], ventilazione meccanica nelle prime 72 ore [OR: 2.67] e pervietà del dotto di Botallo trattata farmacologicamente [OR: 2.6]. Dopo correzione per l’età gestazionale, uno dei fattori di rischio indipendenti più importanti nel determinare il rischio neurologico, e nello specifico, di emorragia intraventricolare è risultata essere la corioamnionite coinvolgente il versante materno di stadio 1 [OR: 2.92] e stadio 3 [OR: 4], mentre non emersa alcuna correlazione tra reperti placentari e altre lesioni cerebrali. Dallo studio di proteomica è emerso un pattern di co-espressione proteica caratteristico in caso di corioamnionite interessante il versante fetale della placenta [ME brown: indice di Pearson 0.9; p < 0.05]. L’identificazione delle componenti proteiche presenti in tale pool potrebbe portare all’identificazione di uno o più nuovi marker di corioamnionite che dosato nel sangue neonatale, o possibilmente, in quello materno potrebbe essere utilizzato per guidare una precoce valutazione del rischio di lesione cerebrale nel neonato pretermine. Conclusioni. Dalla combinazione di entrambi gli studi emerge la evidente complessità del quadro di infiammazione della diade madre/feto che consta della corioamnionite istologica (solo di recente definita) e della meno oggettivabile, addirittura se non solo sospetta, corioamnionite clinica (febbre materna). Il fattore più importante per capire il coinvolgimento del futuro neonato, del suo essere più o meno “pre-condizionato” dallo stato materno, più o meno prono a sviluppare patologie neonatali, è la presenza di FIRS (Fetal Inflammatory Response Syndrome) che è verosimile debba prevedere l’infiammazione della membrana amniotica e presentare valori di proteomica significativamente alterati sul versante fetale a dimostrazione del coinvolgimento di questa componente. Rimane indiscutibile la multifattorialità delle lesioni cerebrali ed il preponderante ruolo dell’età gestazionale nella loro insorgenza. Tali osservazioni, insieme alla doverosa continua ricerca di biomarker plausibili come il nostro studio ha cercato di dimostrare, sottolineano l’importanza della ottimizzazione del timing del parto prematuro, nel quale il bilancio tra rischi di una nascita troppo pretermine ed i benefici dall’escludere il feto/neonato da un ambiente ostile, quale quello gravidico in corso di infiammazione, vanno ponderati con estrema accortezza.

Valutazione dei fattori di rischio precoci di patologia cerebrale nel neonato prematuro: fattori perinatali e nuovi biomarkers su liquido amniotico e amnion

DE ANGELIS, LAURA COSTANZA
2021-05-26

Abstract

Background. La nascita pretermine si accompagna ad un aumentato rischio di sviluppare un danno neurologico, che può presentarsi con diversi quadri patologici, in relazione all’entità del danno e all’età gestazionale del neonato. L’identificazione precoce dei fattori di rischio di danno neurologico nella popolazione dei nati prematuri è di fondamentale importanza per migliorare l’assistenza al neonato sia durante il ricovero in Terapia Intensiva Neonatale, sia per guidare e personalizzare il follow-up post-dimissione. Mentre diversi studi hanno evidenziato un significativo ruolo dei fattori postnatali precoci sullo sviluppo di tali lesioni, il ruolo dell’ambiente intrauterino e della patologia placentare sullo sviluppo di tali lesioni non è ancora stato del tutto chiarito. L’analisi istologica placentare può fornire indicazioni preziose circa la possibile eziopatogenesi delle lesioni cerebrali neonatali e, nella sua componente fetale, rappresenta un ottimo tessuto di partenza per l’identificazione di nuovi biomarker. Metodi. Lo studio, che ha interessato 289 neonati pretermine < 32 settimane gestazionali ricoverati alla nascita presso la U.O. Terapia Intensiva Neonatale tra gennaio 2012 e ottobre 2017, ha valutato il ruolo di numerosi fattori di rischio perinatali sullo sviluppo di lesioni cerebrali della prematurità (emorragia intraventricolare, emorragia cerebellare, lesioni della sostanza bianca), diagnosticate mediante RM al termine di età corretta. È stata inoltre effettuata la ricerca di un’associazione tra tali lesioni e le caratteristiche istopatologiche placentari, rivalutate secondo la recente classificazione di Amsterdam. Inoltre, su un sottogruppo di tali soggetti è stata eseguita l’analisi proteomica con spettrometria di massa del liquido amniotico e dell’amnion prelevati alla nascita, analizzata tramite Weight Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA). Per l’analisi statistica dei fattori di rischio è stata effettuata una analisi descrittiva dei dati mediante l’utilizzo del t test di Student per le variabili continue e il test χ2 o il Fisher's exact test per le variabili categoriche. È stata inoltre effettuata una analisi univariata dei fattori considerati e successivamente multivariata considerando unicamente le variabili statisticamente significative o borderline all’analisi univariata. Risultati. Lo studio ha evidenziato una significativa correlazione tra lesioni cerebrali e alcune caratteristiche perinatali, confermando le osservazioni di studi precedenti (presenza di emorragia cerebellare [OR: 8.14], ventilazione meccanica nelle prime 72 ore [OR: 2.67] e pervietà del dotto di Botallo trattata farmacologicamente [OR: 2.6]. Dopo correzione per l’età gestazionale, uno dei fattori di rischio indipendenti più importanti nel determinare il rischio neurologico, e nello specifico, di emorragia intraventricolare è risultata essere la corioamnionite coinvolgente il versante materno di stadio 1 [OR: 2.92] e stadio 3 [OR: 4], mentre non emersa alcuna correlazione tra reperti placentari e altre lesioni cerebrali. Dallo studio di proteomica è emerso un pattern di co-espressione proteica caratteristico in caso di corioamnionite interessante il versante fetale della placenta [ME brown: indice di Pearson 0.9; p < 0.05]. L’identificazione delle componenti proteiche presenti in tale pool potrebbe portare all’identificazione di uno o più nuovi marker di corioamnionite che dosato nel sangue neonatale, o possibilmente, in quello materno potrebbe essere utilizzato per guidare una precoce valutazione del rischio di lesione cerebrale nel neonato pretermine. Conclusioni. Dalla combinazione di entrambi gli studi emerge la evidente complessità del quadro di infiammazione della diade madre/feto che consta della corioamnionite istologica (solo di recente definita) e della meno oggettivabile, addirittura se non solo sospetta, corioamnionite clinica (febbre materna). Il fattore più importante per capire il coinvolgimento del futuro neonato, del suo essere più o meno “pre-condizionato” dallo stato materno, più o meno prono a sviluppare patologie neonatali, è la presenza di FIRS (Fetal Inflammatory Response Syndrome) che è verosimile debba prevedere l’infiammazione della membrana amniotica e presentare valori di proteomica significativamente alterati sul versante fetale a dimostrazione del coinvolgimento di questa componente. Rimane indiscutibile la multifattorialità delle lesioni cerebrali ed il preponderante ruolo dell’età gestazionale nella loro insorgenza. Tali osservazioni, insieme alla doverosa continua ricerca di biomarker plausibili come il nostro studio ha cercato di dimostrare, sottolineano l’importanza della ottimizzazione del timing del parto prematuro, nel quale il bilancio tra rischi di una nascita troppo pretermine ed i benefici dall’escludere il feto/neonato da un ambiente ostile, quale quello gravidico in corso di infiammazione, vanno ponderati con estrema accortezza.
Background. Preterm birth is associated with an increased risk of brain injuries, which may present with a broad spectrum of clinical features, depending on the severity and the gestational age. The early identification of risk factors for neurological damage in the preterm population is important to improve the perinatal care and to guide the subsequent follow-up. While several studies have highlighted a significant role of early postnatal factors on the development of these lesions, the possible role of the intrauterine environment and the placental pathology has not yet been fully clarified. Placental histological analysis can provide valuable information on the etiopathogenesis of neonatal brain lesions and, in its fetal component, it represents an valuable tissue for the identification of new biomarkers. Methods. The study, which involved 289 preterm infants <32 gestational weeks admitted at birth at our Neonatal Intensive Care Unit between January 2012 and October 2017, evaluated the role of numerous perinatal risk factors on the development of brain lesions of prematurity (intraventricular haemorrhage, cerebellar haemorrhage, white matter lesions), diagnosed by MRI at corrected age. A research project was also carried out to find an association between these lesions and placental histopathological characteristics, re-evaluated according to the recent Amsterdam classification. Furthermore, proteomic analysis with mass spectrometry of the amniotic fluid and amnion was performed on a subgroup of these subjects, analyzed by Weight Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA). For the statistical analysis of risk factors, a descriptive analysis of the data was carried out using the Student's t test for continuous variables and the χ2 test or Fisher's exact test for categorical variables. A univariate analysis of the factors considered and subsequently multivariate was also carried out considering only the statistically significant or borderline variables in the univariate analysis. Results. The study highlighted a significant correlation between brain lesions and some perinatal characteristics, confirming the observations of previous studies (presence of cerebellar hemorrhage [OR: 8.14], mechanical ventilation in the first 72 hours [OR: 2.67] and patency of the Botallo duct treated pharmacologically [OR: 2.6]. After correction for gestational age, one of the most important independent risk factors in determining the neurological risk, and specifically, of intraventricular hemorrhage, was stage 1 chorioamnionitis involving the maternal side [OR : 2.92] and stage 3 [OR: 4], while no correlation emerged between placental findings and other brain lesions. The proteomics study revealed a pattern of protein co-expression characteristic in case of chorioamnionitis involving the fetal side of the placenta [ ME brown: Pearson index 0.9; p <0.05] The identification of the protein components present in this pool could b lead to the identification of one or more new markers of chorioamnionitis which, when measured in neonatal blood, or possibly, in maternal blood, could be used to guide an early assessment of the risk of brain injury in the preterm infant. Conclusions. The hystopatogenesis of the inflammation of the mother / fetus dyad consisting of histological chorioamnionitis (only recently defined) and the less objectified, often only suspected, clinical chorioamnionitis (maternal fever) is complex. The most important factor to understand the involvement of the future newborn, of his being more or less "pre-conditioned" by the maternal state, more or less prone to developing neonatal brain complications, is the presence of FIRS (Fetal Inflammatory Response Syndrome) which shows significantly altered proteomic values on the fetal side. The multifactoriality of brain lesions and the preponderant role of gestational age in their onset remains indisputable. These observations, together with the necessary continuous search for plausible biomarkers as our study tried to demonstrate, underline the importance of optimizing the timing of premature birth, in which the balance between the risks of a preterm birth and the benefits of excluding the fetus / newborn from a hostile environment, such as that of pregnancy in the course of inflammation, must be weighed with extreme caution.
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