Caratteristiche del metaboloma urinario di neonati con asfissia perinatale sottoposti ad ipotermia terapeutica

Background: Perinatal asphyxia, the condition of compromise equilibrium of exchange of fetal-placental gases, is one of the greatest causes of mortality and morbidity in the neonatal age. Its biggest complication is hypoxic-ischemic encephalopathy, which can significantly affect the newborn’s short- and long-term prognosis. To date, the only therapeutic option that can improve the prognosis of these newborns is therapeutic hypothermia. However, the choice of whether to use it is based only on clinical criteria and there are currently no biomarkers that can guide the clinical choice. Metabolomics is a field of research that is proving extremely promising in the area of perinatal asphyxia and that could allow identifying metabolites or metabolic pathways that can guide future research that could change the clinical approach in this pathology. Methods: Newborns with more than 35 gestational weeks, with signs and symptoms of perinatal asphyxia at birth, undergoing therapeutic hypothermia (IT) were enrolled in the study. Urine samples were collected between 6 and 24 hours of life, between 24 and 48 hours of life, and between 48 and 72 hours of life during the IT phase. The samples were analyzed using untargeted metabolomics techniques using a high-performance liquid chromatography system coupled to a mass spectrometer. The derived data were analyzed using univariate and multivariate statistical analysis techniques. Results: Urine samples were collected for 12 subjects before hypothermia (T0), during hypothermia (IPO), and after hypothermia (PT). The combination of the univariate and multivariate analysis revealed 31 relevant metabolites in describing the changes during the three phases. The pathway analysis has made it possible to identify the metabolic pathways disrupted in the three phases: of particular importance are the pathway of steroidogenesis and the pathway of lysine degradation. The energy metabolism associated with β-oxidation and the metabolism of tryptophan were also disrupted. Discussion: In this study, untargeted metabolomics analysis has allowed us to describe the relevant metabolites in describing the change of urinary metabolome during hypothermia and to highlight the pathways disruption.

Introduzione: L’asfissia perinatale, ossia la condizione di compromesso equilibrio di scambio di gas feto-placentare, è ad oggi una delle maggiori cause di mortalità e morbidità in epoca neonatale. La sua complicanza più temibile è l’encefalopatia ipossico ischemica che può influenzare in maniera importante la prognosi a breve e a lungo termine del neonato. Ad oggi l’unica opzione terapeutica che sia in grado di migliorare la prognosi di questi neonati è l’ipotermia terapeutica. La scelta se utilizzarla o meno è però basata solamente su criteri clinici e non esistono ad oggi biomarcatori che possano guidare la scelta clinica. La metabolomica è un campo di ricerca che si sta dimostrando estremamente promettente in ambito di asfissia perinatale e che potrebbe permettere di identificare metaboliti o pathway metabolici in grado di guidare ricerche future che potrebbero cambiare l’approccio clinico in questa patologia. Metodi: Sono stati arruolati neonati con più di 35 settimane gestazionali, con segni e sintomi di asfissia perinatale alla nascita, sottoposti ad ipotermia terapeutica (IT). Sono stati raccolti campioni di urine tra le 6 e le 24 ore di vita, tra le 24 e 48 ore di vita e tra le 48 e le 72 ore di vita durante la fase di IT. I campioni sono stati analizzati con tecniche di metabolomica untargeted utilizzando un sistema di cromatografia liquida ad alte prestazioni accoppiato ad uno spettrometro di massa. I dati derivati sono stati analizzati con tecniche di analisi statistica univariate e multivariate, nonché metodiche di over-representation pathway analysis. Risultati: Per 12 soggetti sono stati collezionati campioni di urina prima della fase di ipotermia (T0), durante la fase di ipotermia (IPO) e dopo ipotermia (PT). La combinazione di analisi univariata e multivariata ha messo in luce 31 metaboliti rilevanti nel descrivere le modificazioni nelle tre fasi. La pathway analysis ha permesso di identificare le vie metaboliche perturbate nelle tre fasi: di particolare importanza sono il pathway di steroidogenesi ed il pathway di degradazione della lisina. Sono risultati perturbati anche il metabolismo energetico associato alla βossidazione ed il metabolismo del triptofano. Discussione e conclusioni: In questo studio l’analisi metabolomica untargeted ha permesso di caratterizzare i metaboliti rilevanti nel descrivere il cambiamento del metaboloma urinario durante l’ipotermia e di mettere in luce i pathway perurbati.