Pediatrics

Una herramienta basada en inteligencia artificial puede predecir las trayectorias médicas de recién nacidos prematuros de forma individual, a partir de muestras de sangre obtenidas poco después del nacimiento, según ha demostrado un estudio liderado por Stanford Medicine.

La investigación, que se publicará el 21 de enero en Science Translational Medicine, ofrece una nueva comprensión de la complejidad del parto prematuro, no como un único problema definido por el nacimiento temprano, sino como varias condiciones distintas. El estudio es un paso hacia la predicción y prevención de las complicaciones de la prematuridad mediante tratamientos adaptados a cada paciente, según el equipo de investigación.

«Es muy común ver pacientes que luchan con una complicación de la prematuridad, pero no con todas ellas», afirmó el coautor principal Nima Aghaeepour, PhD, profesor de Anestesiología, Medicina Perioperatoria y del Dolor II, así como profesor de pediatría y de ciencias de datos biomédicos.

«No podemos simplemente englobar a todos los nacidos prematuramente en una única categoría ‘premátura'», añadió. «Utilizando mediciones biológicas recogidas al nacer, pudimos llegar a una nueva definición de prematuridad que se basa en los resultados reales de estos bebés».

El estudio también ofrece un punto de partida para comprender la biología de por qué se desarrollan diferentes complicaciones de la prematuridad, así como oportunidades para interrumpir vías biológicas específicas antes de que se deterioren lo suficiente como para producir una complicación completa de la prematuridad.

Analizando datos de más de 13.000 bebés prematuros de California, el algoritmo de IA encontró patrones en las muestras de sangre que se correlacionaban con la salud de los bebés más adelante en la infancia. El estudio incluyó bebés que desarrollaron una o más complicaciones de la prematuridad en las semanas posteriores al nacimiento, así como bebés nacidos igualmente prematuramente que se mantuvieron sin complicaciones.

«El objetivo es tener una taxonomía completamente nueva de la prematuridad, para que se pueda ver hacia dónde se dirige un niño y comprender qué está causando las diferencias en sus trayectorias de salud», dijo el coautor del estudio David Stevenson, MD, el profesor Harold K. Faber de Pediatría. «Eso nos permitirá intervenir, prevenir y tratar las complicaciones».

Los coautores principales del estudio son el científico investigador Alan Chang, PhD, y Jonathan Reiss, MD, instructor de pediatría. Los coautores principales también incluyen a Gary Shaw, DrPH, el profesor Rosemarie Hess y profesor de pediatría, y a Karl Sylvester, MD, profesor de cirugía pediátrica.

Complicaciones difíciles de predecir

Se considera prematuro a los bebés que nacen más de tres semanas antes de tiempo. En los días y semanas posteriores al nacimiento, algunos bebés prematuros desarrollan complicaciones que pueden dañar el cerebro, los ojos, los pulmones o el sistema digestivo. En general, los bebés nacidos antes y más pequeños se enfrentan a más complicaciones, pero los individuos nacidos en la misma etapa y con el mismo peso pueden tener trayectorias médicas muy diferentes.

Actualmente, los médicos tienen dificultades para predecir quién se recuperará bien o mal.

Para desentrañar esta cuestión, el equipo de investigación utilizó datos recogidos durante el cribado neonatal rutinario. A todos los bebés, incluidos los prematuros, se les toman muestras de sangre al nacer en una pequeña tarjeta para detectar moléculas que señalen enfermedades metabólicas raras y graves. California también ofrece estas muestras para la investigación.

Los científicos analizaron los datos de las muestras de sangre de 13.536 bebés prematuros nacidos en California entre 2005 y 2010 que llegaron más de 10 semanas antes de su fecha prevista, ya que este grupo tiene la mayor cantidad de complicaciones. Los investigadores también contaban con códigos de diagnóstico de los registros médicos de cada bebé: los datos incluían a bebés con una o más de las cuatro complicaciones principales de la prematuridad: enterocolitis necrotizante, una complicación intestinal; retinopatía de la prematuridad, una enfermedad ocular; displasia broncopulmonar, un problema pulmonar; y hemorragia intraventricular, una forma de hemorragia cerebral. El grupo también incluía a bebés prematuros nacidos más de 10 semanas antes que no desarrollaron complicaciones. El algoritmo de IA se validó con datos de un grupo adicional de 3.299 bebés prematuros nacidos en Ontario, Canadá.

Los datos de las muestras de sangre incluyen mediciones de moléculas que señalan enfermedades metabólicas, como los niveles de diferentes aminoácidos (bloques de construcción de proteínas) y de moléculas generadas cuando las grasas se descomponen para obtener energía.

El algoritmo de IA encontró patrones en estas moléculas que se correlacionaban con el desarrollo posterior de una o más de las cuatro complicaciones principales de la prematuridad en un bebé.

A partir de esto, los científicos construyeron un conjunto de seis mediciones de sangre que forman la base de un índice de salud metabólica que muestra qué bebés prematuros están y no están en riesgo de complicaciones. El equipo añadió factores clínicos básicos al índice, como la etapa del embarazo en el momento del nacimiento, el peso al nacer, el sexo del bebé y las puntuaciones de Apgar. Con los datos de las muestras de sangre y los factores clínicos, el índice podía predecir el desarrollo de cada una de las cuatro complicaciones principales de la prematuridad con una precisión superior al 85%.

Los investigadores están ampliando el modelo de IA incorporando datos adicionales, como información sobre el embarazo de la madre, datos del historial médico electrónico del bebé y otras mediciones biológicas.

Predecir las complicaciones de la prematuridad podría tener muchas ventajas prácticas, como guiar a qué bebés prematuros deben ser trasladados a hospitales con unidades de cuidados intensivos neonatales de alto nivel y ayudar a los médicos a proporcionar a los padres una mejor información sobre el pronóstico de su bebé.

«Es un cambio completo en la forma en que pensamos sobre la prematuridad», dijo Stevenson.

Añadió Aghaeepour: «La oportunidad de crear valor para la sociedad es realmente excepcional. Cada bebé prematuro que salvamos crea toda una vida de años de vida saludables».

Además de la capacidad de los hallazgos para predecir las complicaciones de la prematuridad, el equipo de investigación está entusiasmado con la posibilidad de ampliar la comprensión de los científicos sobre cómo se producen las complicaciones de la prematuridad.

Aunque ciertos factores clínicos generalmente están vinculados a más complicaciones, «Nunca supimos lo que había debajo del capó, por así decirlo», dijo Stevenson. «Ahora estamos mirando literalmente la maquinaria biológica y cómo está funcionando».

Investigadores de la Universidad de California, San Diego; la Universidad de Ottawa; y el Instituto de Investigación en Salud Bruyère contribuyeron al estudio.