Badanie stanu zdrowia mózgu niemowląt
U niemowląt z wrodzoną wadą serca(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (CHD) często konieczne okazuje się przeprowadzenie skomplikowanych operacji w pierwszych miesiącach życia. Choć zabiegi te ratują życie, niosą ze sobą duże ryzyko uszkodzenia mózgu ze względu na wahania przepływu krwi i dostarczaniu tlenu. Stosowane dotychczas monitory dostarczają jedynie ograniczonych informacji, przez co lekarzom trudno jest zrozumieć, jak mózg reaguje w trakcie i po operacji.
Monitorowanie mózgu niemowlęcia
Zespół finansowanego ze środków UE projektu TinyBrains(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postawił sobie za cel zmianę tej sytuacji poprzez opracowanie nowych narzędzi, które łączą pomiary oparte na świetle i elektryczności, umożliwiając badanie zdrowia mózgu z niespotykaną dotąd szczegółowością. „Chcieliśmy opracować nieinwazyjny system, który umożliwi monitorowanie w czasie rzeczywistym funkcji mózgu, zużycia tlenu i przepływu krwi u noworodków z wrodzoną wadą serca”, wyjaśnia koordynator projektu Turgut Durduran. „Pozwoli to dostarczać lekarzom lepszych danych, które pomogą im podejmować decyzje ratujące życie”. Zespół TinyBrains opracował dwa innowacyjne prototypy: narzędzie do neuroobrazowania oraz neuromonitor, które łączą w jednym kompaktowym urządzeniu trzy zaawansowane technologie: spektroskopię bliskiej podczerwieni (NIRS), dyfuzyjną spektroskopię korelacyjną (DCS) i elektroencefalografię (EEG). NIRS i DCS wykorzystują nieszkodliwe światło bliskiej podczerwieni do pomiaru przepływu krwi w mózgu i metabolizmu tlenu, natomiast EEG pozwala rejestrować aktywność elektryczną mózgu. Łącznie sygnały te pokazują, w jaki sposób neurony, naczynia krwionośne i tlen, zwane zbiorczo jednostką neuronaczyniową, oddziałują na siebie w mózgu. System TinyBrains w wyjątkowy sposób umożliwia jednoczesne wykonywanie pomiarów w jednym miejscu, pozwalających określić, jak dobrze funkcjonuje mózg i czy otrzymuje wystarczającą ilość tlenu, aby podtrzymać swoją aktywność. Specjalnie dopasowany czepek i hybrydowe czujniki sprawiają, że urządzenie nadaje się do stosowania nawet u noworodków.
Z laboratorium do kliniki
Aby potwierdzić skuteczność systemu, naukowcy najpierw opracowali przedkliniczny model symulujący skomplikowaną operację serca u noworodków z wykorzystaniem prosiąt, które stanowią sprawdzony model do badania funkcji mózgu noworodków. Dzięki temu mogli symulować zabiegi z zastosowaniem takich rozwiązań jak płucoserce czy techniki głębokiej hipotermii z całkowitym zatrzymaniem krążenia, a także monitorować zmiany aktywności mózgu i natlenienia w trakcie całego procesu. Platforma wykazała wysoką wrażliwość na zmiany dotyczące dostarczania tlenu i reakcji neuronalnej. Następnie zespół TinyBrains przetestował swoje urządzenia na 29 niemowlętach przechodzących operację serca. Neuromonitor pozwolił skutecznie uchwycić zmiany natlenienia mózgu i jego aktywności elektrycznej w różnych fazach operacji – od początku krążenia pozaustrojowego do przywrócenia naturalnego krążenia. Z kolei narzędzie do neuroobrazowania wykorzystano do badania reakcji mózgów niemowląt na proste dźwięki, co pozwoliło na pogłębienie wiedzy na temat sprzężenia neuronaczyniowego i funkcji rozwojowych przed i po operacji. „Wyniki te pokazały, że nasza platforma pozwala śledzić subtelne zmiany w funkcjonowaniu mózgu, których nie dostrzegają inne monitory kliniczne. „To kluczowy krok w zapobieganiu powikłaniom neurologicznym u tych niemowląt”, podkreśla Durduran.
Rewolucja w opiece neonatologicznej
Najważniejszym osiągnięciem projektu jest stworzenie kompleksowego, nieinwazyjnego i multimodalnego narzędzia do badania mózgu niemowlęcego. Po raz pierwszy lekarze mogą jednocześnie oceniać aktywność neuronów, zużycie tlenu i przepływ krwi, co pozwala im uzyskać pełny obraz zdrowia mózgu, znany „wskaźnikiem zdrowia mózgu”. Możliwość łatwej integracji danych w platformie TinyBrains sprawiają, że technologia ta jest kompatybilna ze środowiskami szpitalnymi, a jej wdrażanie przez zespoły kliniczne nie sprawia trudności. Zespół pracuje obecnie nad planem badań klinicznych, który ma na celu rozwój prototypów, tak aby były bliższe zastosowaniom w świecie rzeczywistym. Obejmuje to wieloośrodkowe badania kliniczne, współpracę z twórcami technologii i dalsze badania dotyczące neurologii rozwojowej.
