Fortificazione Individualizzata del latte umano in Terapia Intensiva Neonatale. Studio pilota sull'applicazione di uno spettrometro NIR portatile.

Breast milk is the first choice for neonatal feeding, for both full-term and preterm newborns. However, the nutritional supply of breast milk doesn’t satisfy the increased needs of preterm newborns. For the nutrition of the latter, breast milk must be supplemented, or fortified, of those components in which it is deficient, in particular proteins, calories, and mineral salts. Several methods have been proposed for the fortification of breast milk, including the "Targeted" method, based on the analysis of different samples of human milk in order to add the lacking quantities of each macro-nutrient to suit the needs of the individual newborn. Unfortunately, this strategy encounters various limits in the context of clinical practice, due to its laboriousness, the long times and the high costs it requires. The purpose of the study is to validate a new spectroscopic device, based on NIR technology, for the analysis of the composition of breast milk, with the aim of making available a new portable technology capable of real time, bedside, macronutrient analysis of the breast milk The validation of the system has required the collection and analysis of 397 milk samples (347 samples for system training and 50 for system validation), of 60 ml of human milk each. Each milk sample collected was scanned for the measurement of total protein, total lipids, total carbohydrates, lactose, and total oligosaccharides, using reference chemical methods for quantifying macronutrient content in milk. The spectroscopy device scanned the breast milk samples (<1 mL) and provided the user with a light absorbance curve for each sample. This curve was then correlated with the information on the composition of the milk obtained by analyzing the same milk sample using standard measurement techniques (gravimetric methods, Kjeldahl method, LC-MS / MS.). The study is still ongoing; a total of 131 milk donors were enrolled: 74 mothers of infants hospitalized at the Neonatal Intensive Care Unit of Sant’Anna Hospital and 57 donor mothers at the Human Milk Bank of Sant’Anna Hospital. The mothers involved in the study donated a total of 397 human milk samples: 197 samples were collected from the mothers of newborns hospitalized in the Neonatal Intensive Care Unit and 200 samples were collected from the Human Milk Bank. Of these, 300 have been analyzed and the results, both the NIR curves and the correlated composition data of each sample, were processed and interpreted in the artificial intelligence software. During this thesis project, the calibration of the Preemie system for the measurement of total lipids was obtained. The calibration curves of the instrument for lipids have shown to have high precision and accuracy; the system was able to analyze the lipid values with an R2 score of 0.92 and a mean square error of 0.30, with a concordance of 96% between the classical analysis method and the spectroscopic analyzes. The calibration is currently underway, through the same method, for the other macronutrients as well. If the preliminary results of our study are confirmed it will be possible, for the first time, to perform Targeted fortification directly bedside, quickly, and at low cost. This would allow for the deployment of Targeted Human Milk Fortification in Neonatal Intensive Care Units, to optimize the nutrition of preterm infants with individually fortified human milk.

Il latte materno è la prima scelta per l’alimentazione neonatale, sia per i neonati a termine sia per i neonati pretermine. Tuttavia l’apporto nutrizionale del latte materno non arriva a soddisfare le aumentate necessità dei neonati pretermine. Per la nutrizione di questi ultimi il latte materno deve pertanto essere supplementato, ovvero fortificato, di quelle componenti in cui risulta deficitario, in particolare proteine, calorie e sali minerali. Diverse metodologie sono state proposte per la fortificazione del latte materno, tra le quali il metodo “Targeted”, basato sull’analisi di diversi campioni del latte materno in modo da aggiungere le quantità carenti di ciascun macronutriente adeguatamente alle esigenze del singolo neonato. Purtroppo questa strategia incontra diversi limiti nel contesto della pratica clinica, per via della sua laboriosità, dei lunghi tempi e degli elevati costi che richiede. Lo scopo dello studio è quello di validare un nuovo device spettroscopico, basato su tecnologia NIR, per l’analisi della composizione del latte materno, proponendosi l’obiettivo di rendere disponibile una nuova tecnologia portatile in grado di provvedere all’analisi rapida dei componenti del latte direttamente bed-side. La convalida del sistema ha previsto la raccolta e la misurazione di 397 campioni (347 campioni per l'addestramento del sistema e 50 per la convalida del sistema), di cui ogni campione composto da 60 ml di latte materno. Ogni campione raccolto è stato sottoposto a scansione per la misurazione di proteine totali, lipidi totali, carboidrati totali, lattosio, ed oligosaccaridi totali, utilizzando metodi chimici di riferimento per la quantificazione del contenuto di macronutrienti. Il dispositivo scanner è stato utilizzato per scansionare campioni di latte (<1 ml) in modo da fornire una curva dell'assorbanza della luce di ciascun campione. Tale curva è stata quindi correlata con le informazioni sulla composizione del latte rilevate analizzando lo stesso campione di latte attraverso tecniche di misurazione standard (metodi gravimetrici, metodo Kjeldahl, LC-MS / MS.). Lo studio è tutt’ora in corso; sono state arruolate 74 madri i cui neonati erano ricoverati presso la Terapia Intensiva Neonatale dell’Ospedale Sant’Anna e 57 madri donatrici presso la Banca del Latte dell’Ospedale Sant’Anna, per un totale di 131 donatrici. Le madri coinvolte nello studio hanno donato un totale di 197 campioni dalla Terapia Intensiva Neonatale e 200 dalla Banca del Latte, per un totale di 397 campioni. 300 di questi sono stati analizzati ed i risultati, sia le curve NIR sia i dati di composizione correlati di ciascun campione, sono stati elaborati ed interpretati nel motore di intelligenza artificiale. Nell’ambito di questo progetto di tesi è stato possibile ottenere la calibrazione del sistema Preemie per la misura dei lipidi totali. Le curve di calibrazione dello strumento per i lipidi hanno dimostrato di possedere un’elevata precisione ed accuratezza; il sistema è stato in grado di analizzare i valori lipidici con un R2 score di 0.92 e un errore quadratico medio di 0.30, ovvero con una concordanza tra il metodo di analisi classica e le analisi spettroscopiche del 96%. È attualmente in corso il completamento della calibrazione, attraverso lo stesso metodo, anche per gli altri macronutrienti. Se i risultati preliminari del nostro studio saranno confermati sarà possibile, per la prima volta, effettuare una fortificazione Targeted direttamente a letto del paziente, rapidamente e a costi contenuti. Questo permetterebbe una diffusione della Fortificazione Targeted del latte umano nelle Unità di Terapia Intensiva Neonatale, per ottimizzare la nutrizione dei neonati pretermine con latte umano fortificato in modo individualizzato.