В исследовании, опубликованном в журнале Nature Biomedical Engineering , подробно описан новый метод визуализации плаценты у беременных, а также результаты пилотного клинического исследования. Комбинируя оптические измерения с ультразвуком, результаты показывают, как можно неинвазивно контролировать уровень кислорода, и дают новый способ лучше понять этот сложный и важный орган. Это исследование стало результатом сотрудничества групп Арджуна Йода и Надава Шварца из Пенсильванского университета с коллегами из Детской больницы Филадельфии (CHOP) под руководством постдока Лин Ван.
Шварц описывает плаценту как «двигатель» беременности, орган, играющий решающую роль в доставке питательных веществ и кислорода к плоду. Плацентарная дисфункция может привести к таким осложнениям, как задержка роста плода, преэклампсия и мертворождение. Чтобы расширить знания об этом важнейшем органе, Национальный институт детского здоровья и развития человека запустил проект «Человеческая плацента» в 2014 году. Одним из направлений программы является разработка инструментов для оценки структуры и функции плаценты человека в режиме реального времени, включая оптические устройства .
В течение трех лет исследователи оптимизировали конструкцию своего прибора и тестировали его в доклинических условиях. Процесс включал интеграцию оптических волокон с ультразвуковыми датчиками, исследование различных ультразвуковых преобразователей и улучшение мультимодальной технологии, чтобы измерения были стабильными, точными и воспроизводимыми при сборе данных у постели больного. Полученное в результате оборудование теперь позволяет исследователям изучать анатомию плаценты, а также собирать подробную функциональную информацию о плацентарном кровотоке и оксигенации — возможностях, которых нет у существующих коммерческих устройств, говорят исследователи.
Поскольку плацента расположена намного ниже поверхности тела, одной из ключевых технических проблем, решаемых Ваном, постдоком в лаборатории Йода, было уменьшение фонового шума в оптико-электронной системе. Йод говорит, что свет рассеивается и поглощается, когда проходит через толстые ткани, и ключом к успеху было уменьшение фоновых помех, чтобы небольшое количество света, проникающего глубоко в плаценту, а затем возвращающегося, все еще было достаточно большим для высококачественного исследования. измерение.
«Мы посылаем световой сигнал, который проходит через те же самые глубокие ткани, что и ультразвук. Чрезвычайно небольшое количество света, которое возвращается к поверхностному датчику, затем используется для точной оценки свойств ткани, что возможно только с очень стабильными лазерами, оптикой. и детекторы», — говорит Йод. «Лину пришлось преодолеть множество барьеров, чтобы улучшить отношение сигнал/шум до такой степени, что мы стали доверять нашим данным».
Примечательно, что в статье также описаны результаты пилотного исследования, в ходе которого 24 беременным пациенткам в третьем триместре в течение короткого периода времени давали дополнительный кислород, что вызывало плацентарную гипероксию. Используя устройство, команда собрала измерения концентрации оксигенированной и деоксигенированной крови в плаценте до и во время гипероксии; результаты показали, что устройство можно использовать для изучения функции плаценты в режиме реального времени. Исследование также позволило по-новому взглянуть на взаимосвязь между кровотоком и мальперфузией сосудов матери, которая возникает, когда кровоток в плаценту затруднен.
«Мы не только показываем, что уровень кислорода повышается, когда вы даете маме кислород, но когда мы анализируем данные, как по клиническим исходам, так и по патологии, у пациенток с материнской сосудистой мальперфузией не было такого значительного увеличения кислорода по сравнению с пациентами. с нормальными плацентами», — говорит Шварц. «Что было захватывающим, так это то, что мы не только получили инструмент для более глубокого исследования, чем коммерческие устройства, но мы также получили ранний сигнал о том, что эксперименты с гипероксигенацией могут отличить здоровую плаценту от больной плаценты».
Хотя устройство все еще находится в разработке, исследователи в настоящее время совершенствуют свой инструмент, чтобы сделать его более удобным для пользователя и позволить ему быстрее собирать данные. В настоящее время команда также работает над более крупными исследованиями, включая недавние данные пациентов во втором триместре, и они также заинтересованы в изучении различных областей плаценты. «С точки зрения инструментов мы хотим сделать операцию более удобной для пользователя, а затем мы хотим провести больше клинических исследований », — говорит Ван о будущем этой работы. «У нас много интересных идей».
И поскольку есть много нерешенных клинических вопросов о плаценте, для Шварца самый большой потенциал этой работы заключается в предоставлении способа начать отвечать на эти вопросы. «Не имея возможности изучать плаценту напрямую, мы полагаемся на очень косвенную науку», — говорит он. «Это инструмент, который помогает нам изучать основную физиологию беременности, чтобы мы могли более стратегически изучать вмешательства, которые могут помочь поддерживать хорошие результаты беременности».
