使用近红外光谱分析的怀孕中期羊水评估早产

文摘

这个试点研究调查的可能性,代谢组学差异存在于怀孕中期的女性提供术语(≥37周,)和早产(≤35周,)。房颤回顾性研究,生物样品进行近红外(NIR)光谱分析使用波长从700年到1050海里。光谱数据压缩然后由多重线性回归优化创建一个校准模型。合成模型能够分类术语和基于不同早产AF代谢组学概要文件的敏感性和特异性为100%。当组分类使用早产指数(PI),有统计学差异(预测早产组(π之间)集团(PI)和术语)。总之,怀孕房颤患者样本显示不同的代谢组学概要文件之间的差异提供早产儿比那些在官能团的术语相关的蛋白质,碳水化合物,脂肪,多元醇,和水。

1。介绍

早产、出生定义为妊娠37周之前,是全球婴儿发病率和死亡率的主要原因(1和一直在增加2,3]。自1990年以来,早产的数量上升了20%4),甚至更重要,当与早产妊娠相关的成本的增加被认为是(5]。然而,尽管进步识别一些早产的原因(6),我们对生理过程的理解导致早产是知之甚少7]。

越来越多的文献已经检查可能的蛋白质组标记为早产和宫内感染、早产的主要原因(6],孕产妇血清[8,9]在羊水[9,10]。没有产生显著阳性预测值为早产。另一方面,代谢组学,这是正在进行的细胞活动的总结和下游蛋白质代谢的9,11),可以提供另一个有趣的方法。

代谢组学是多个小分子的测量各组织和体液。这些小分子蛋白质代谢和细胞功能的产品在一个有机体。当检查作为一个整体,这些代谢产物可以被视为生物标记功能表型(12]。在早产的情况下,代谢组学概要文件的差异中发现羊水被认为是可能的因为生物过程的胎儿和母亲都对它的生化成分的影响。

一个成功的方法来测量代谢组学概要文件使用近红外(NIR)光谱。使用近红外光谱振动光谱学保存矩阵组成的代谢物,并提供重要的信息各种原位成分之间的交互。这可以提供洞察新陈代谢,基于关系属性,当测量单个组件无法捕捉到的。代谢物分析使用近红外光谱被用来检测疾病组之间在不同的场景中,歧视是一个客观的(13]。具体来说,近红外光谱法的应用羊水已经被用于预测胎儿肺成熟度(14,15]。差异在这些代谢组学概要文件获得的近红外光谱还采用多元回归模型和优化功能(16,17]。

试点研究是测试假设,利用近红外光谱分析,代谢组学概要文件的差异存在在怀孕中期羊水样本期内(≥37周)相比,早产(≤35周)。我们建议,识别存在的代谢指纹早产在怀孕早期可以适当的持续监测的重大高危妊娠和更好的理解的发展的生物基础早产。

2。材料和方法

这是一个回顾性队列研究中,麦吉尔的机构审查委员会批准和圣玛丽医院中心(加拿大蒙特利尔)。人口包括227名受试者招募了2000年和2003年之间提供了一个体积小的羊水使用近红外光谱分析。妇女被细分为术语和早产类别。入选标准术语出生()包括与年龄相关的基因检测羊膜穿刺术和没有胎儿的单例妊娠并发症。早产组只包括患者早破的成员(舞会)和/或早产和自发的阴道分娩;患者诱导或剖腹产被排除在外。人口研究的参与者表中列出1。这两个学习小组是类似的关于母亲的年龄和孕产妇BMI。获得的AF样本后在−80°C基因检测和存储;有最小的生化误差产生的来源从反复冻融羊水18,19]。

确定的可行性评估的真实使用光谱分析早产二三个月羊水收集在怀孕12-20周之久,校准模型构造使用一组房颤样本与已知出生结果在近红外区域的光谱(700 - 1050海里)。这个光谱区域含有官能团的信息泛音的CH, NH,哦(半个20.]。葡萄糖、蛋白质、脂肪酸、油脂和肌红蛋白已经被确定为导致吸光度在近红外光谱区域(21- - - - - -23]。

分析之前,冷冻AF样本在室温下解冻(25°C) 30分钟。NIR概要分析了用CCD探测器使用反射摄谱仪(黑白TEK,纽瓦克德)在随机顺序。流样品室10 mm路径长度充满了15μl样本媒体。光谱被记录在700 - 1050海里在室温(25°C±1°C)。设定的分光光度计测量吸光度相对于空气,和信号平均200年测量的积分时间为每个测量使用100 ms。这个测量过程涉及清洗样品室1毫升为0.1 M氢氧化钠后跟5毫升的蒸馏,去离子水。最后注入的水是用来记录光谱的引用。

量化样本属性的NIR光谱包括确定最吝啬的组合的变量选择波长域利用遗传算法优化(16]。在这种基于Haar小波预处理方法,类似于jpeg压缩图像,用来客观地选择波长区域。结合波长区域最吝啬地估计早产指数由逆最小二乘回归,利用遗传算法优化。表单的模型研究 在哪里是因变量或早产指数(PI),(即是独立的变量。,integrated wavelength region), and从一组系数确定校准。许多模型筛选使用的遗传算法基于遗传原理如交配,交叉,变异,选择最佳的波长区域分离和早产组(这个词16]。

每个样本估计独立使用分析连续多重线性模型的交叉验证方法。为每个单独的人群中,系数来(1)被逆最小二乘回归计算使用一个独立的校准。估计早产指数是通过应用(1)确定参数和值的一个监测集。健身为每个选定的波长区域模型的计算的平方项的均值差异和早产组除以汇集方差之和。健身对应更高更好的分离这两组学生的计算t以及。后续估计早产指数(PI)优化,取得盒阴谋,学生的t以及结果,接收器运营商曲线(ROC)分别被用来确定的统计特征组。敏感性和特异性决定的最优值从中华民国24,25]。

此外,光谱检测使用的主要化学组出现在700 - 1050海里近红外光谱区域。分子相关的近红外光谱吸光度地区H₂O,卢武铉,CH₂,NH₃定义使用已知的标准(20.]。计算均值和标准差被正常(≥37周内)和早产(≤35周内)使用这些集成区域。同样,选择双官能团(NH的比率₃/ CH₂,在北半球₃/卢武铉,CH₂/卢武铉CH₂/卢武铉,NH₃/小时₂O, CH₂/小时₂O)测定葡萄糖浓度变化特征,蛋白质脂肪和油相对于水以及多元醇,在保持ATP浓度可能发挥着重要作用,细胞的氧化还原电位,在画水和溶质在胎盘(26]。

统计分析是通过使用MATLAB(数学作品Inc . MA)编程方案。

3所示。结果

人口特征描述在表1。正如所料,胎龄和出生体重不同。图1描述为每个单独的NIR光谱差异在700 - 1050纳米的范围。所有可能的子波的组合,只需要两个小波区域发展的最佳模式区分早产和出生。这些小波区域选择的遗传算法是在872 - 879海里(地区)和943 - 954 nm(地区B),分别。第一个波长区域与第三泛音CH₃和第二次泛音NH组振动(21]。这小波与浓度负相关的化学物质吸收在这个地区。小波B选定一个吸光度地区以脂肪醇官能团和第三色彩从943到954纳米的CH振动波长范围。这些都是与早产负相关。

吝啬的校准模型与选择的2小波构造遗传算法。使用这些区域,早产指数(PI)进行了计算。每个数据点代表一个盲估计的最优分离值使用其余的校准数据。结果在图表示2切口箱形图显示每个群分类样本的统计分布(25]。相对早熟指数(RPI)的比例计算法线的中值。每个盒子的大小是由四分位数分布数据的中位数。组中值的术语并为早产组为0.78±0.08。级盒子的情节,不重叠,有不同的中位数在5%的置信水平25]。

此外,早产和术语早产指数的平均值和标准偏差分别为0.77±0.08分别为(P< 0.001)。表2总结了模型的验证结果。只使用2组件的校准模型,房颤样本分为早产和术语组有100%敏感性和特异性由ROC曲线。阳性和阴性预测值分别为100%(表2)。

进一步理解早产的关系测量光谱,羊水代谢组学概要文件之间的差异引起的早产儿和足月婴儿的变化选择光谱区域检查。地区选择集成的各种官能团以及归一化光谱手段对正常和早产组如图3。有大量的代谢组学差异之间的光谱项和早产儿。,比率的综合信号从不同的官能团(表3)建议无意义的趋势官能团的浓度相对于水和/或多元醇。的浓度相对增加的蛋白质比碳水化合物和脂肪(NH / CH比率)尽管减少总浓度作为反映在theNH / H₂O和CH / H₂Oratios。还有无意义的NH /卢武铉比率增加和减少CH /卢武铉比率与早产有关。

4所示。讨论

先前的研究已经表明妊娠期长度很难预测(9]。基因组学、蛋白质组学、质谱分析和其他分析用于分析孕产妇和胎儿biofluids成功率较差(8,9,14,15]。相比之下,初步研究结果表明,近红外光谱波形明显不同范围700 - 1050 nm之间内和早产。不同浓度的多官能团导致这些光谱的变化分析,证实我们的假设,代谢组学差异存在在怀孕早期怀孕中期妊娠羊水的主题之间交付早产和交付期限。

尽管广泛的光谱特性,吸光度仍CH的浓度直接相关,NH,哦官能团在矩阵。这些差异在早产组与CH₃和NH(地区),脂肪族醇类和CH官能团(地区B)。存在的蛋白质,水,多元醇在房颤是众所周知的和可以不同浓度不同样本(26]。我们的研究结果是有趣的,因为它们表明底层过程最终导致早产存在12至20周的妊娠。之前的研究都集中在生物学标志物在羊水在早产的发生8,9,14,15]。同样,限制如房颤怀孕22周后采集的样本,破坏性的分析方法,和小种群瘟疫许多现有技术(6,9,10,14,15]。其他人认为无法区分早产和术语组(10)和较低的阳性预测值(9]。

从蛋白质组学和基因组学技术也有一些生物标志物特征AF,从而限制对生物处理的信息量可能与羊水关联矩阵(9- - - - - -11]。不同的代谢组学资料看到怀孕初期可能代表异常胎儿的代谢过程,最终致使怀孕的侮辱导致早产和交付。此外,许多最近使用蛋白质组学和基因组学技术依赖于侵入性程序,昂贵的设备,和专业技术6,8- - - - - -10]。代谢组学与近红外光谱的使用是相对便宜,易于使用和代谢组学指纹特征可以从多个生物过程产生的。

这些结果,然而,应该考虑preliminariy由于早产组的病人的数量很小。尽管如此,我们的数据使用光谱分析能够区分早产和交付100%的敏感性和特异性,支持这项技术的潜在诊断的可能性。即使我们不能够识别特定的官能团的比例上的差异,可能由于我们小样本大小,我们的结果的力量在于权力的光谱分析中提取有意义的信息代谢轮廓从第二学期AF矩阵与不同的代谢组学指纹在怀孕早期早产和交付。此外,建议代谢组学概要文件与之前的研究一致表明增加蛋白质在羊水的早产儿(27IUGR婴儿),改变多元醇(26),羊水过少的发生率更高(28]。

我们的结果提出的问题是否得到代谢组学的羊水怀孕初期将帮助产科医生识别那些怀孕注定要早产。此外,它有可能发展的调查分析羊水的近红外光谱在一个正在进行的基础上。如果未来的研究使用大样本大小确认这些发现,这条信息将显示一个“问题代谢组配置文件“出现在怀孕早期,可能导致早产的早期识别和早些时候决定潜在的治疗方法。

利益冲突

作者没有对这项工作有任何利益冲突。

确认

该项目资助自然科学和工程研究委员会的加拿大和加拿大健康研究所。j . e . Sanchez-Galan谢谢SENACYT IFARHU,巴拿马共和国的政府机构,麦吉尔大学赞助他的博士学位研究。

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