Badanie pomoże opracować terapie poprawiające funkcjonowanie płuc u płodów z opóźnieniem wzrostu.

Jeśli płód rozwija się poniżej normalnego poziomu w czasie ciąży, ryzyko wzrasta z każdym tygodniem ciąży, że niektóre z jego organów mogą nie rozwijać się prawidłowo, co może negatywnie wpłynąć na zdrowie dziecka po urodzeniu. Długoterminowe skutki ograniczenia wzrostu płodu na rozwój mózgu i układu sercowo-naczyniowego były przedmiotem wielu badań, ale brakuje danych naukowych na temat jego wpływu na płuca.

Było to przedmiotem badania przeprowadzonego wspólnie przez BCNatal Fetal Medicine Research Centre (Clínic Barcelona i Sant Joan de Déu Hospitals) oraz Pompeu Fabra University (UPF), które zidentyfikowało różnice w rozwoju płuc u płodów z ograniczonym wzrostem i płodów normalnych pod względem oporu naczyniowego. Naukowcy badali to, mierząc prędkość przepływu krwi u płodu i analizując te dane przy wsparciu metod sztucznej inteligencji i modeli komputerowych.

Wyniki badań, opublikowane niedawno w czasopiśmie naukowym Scientific Reports, otwierają możliwość opracowania terapii mających na celu poprawę rozwoju płuc u płodów z zahamowaniem wzrostu i zapobieganie problemom układu oddechowego, które mogą utrzymywać się nie tylko w dzieciństwie, ale również w okresie dojrzewania i dorosłości.

Głównymi badaczami tego badania są Fátima Crispiel, badaczka BCNatal i Clínic-IDIBAPS w Fetal and Perinatal Medicine Group, oraz Bart Beijnens (ICREA, UPF), badacz w BCN MedTech Unit w UPF Engineering Department. Pozostali badacze należą do różnych służb i grup badawczych Clínic-IDIBAPS i są również związani z Uniwersytetem w Barcelonie i CIBER ds. chorób układu oddechowego i rzadkich chorób.

W badaniu wzięło udział ponad 200 kobiet w ciąży. W badaniu analizowano przepływ krwi płodu i jego zmiany przy dodatkowym tlenie u 208 kobiet w ciąży w okresie od 24 do 37 tygodnia ciąży. Wszystkie kobiety zostały przebadane w szpitalu kliniczym w Barcelonie, gdzie wykonano u nich wszystkie niezbędne testy do badania.

W 97 z tych przypadków płody miały ograniczone zahamowanie wzrostu, co skutkowało bardzo niską masą urodzeniową. Pozostałe 111 płodów miało prawidłowy wzrost. U każdego z tych płodów mierzono prędkość przepływu krwi w głównych tętnicach i naczyniach płucnych, a następnie porównywano ją za pomocą sztucznej inteligencji. Ponadto opór płuc obliczono za pomocą modelu komputerowego.

Ilustracyjne obrazy Dopplera głównej tętnicy płucnej płodu i tętnicy wewnątrzpłucnej. Źródło: Vellvé, K., Garcia-Canadilla, P., Nogueira, M., et al.

Prędkość przepływu krwi przez płuca płodu analizowano zarówno w warunkach normalnego oddychania matki, jak i po podaniu dodatkowego tlenu przez maskę (warunki hiperoksygenacji). Analizę tę przeprowadzono przy użyciu techniki opartej na emisji fal ultradźwiękowych do płodu w celu oszacowania prędkości przepływu krwi w całym jego krążeniu w oparciu o zasady Dopplera.

Natomiast oporu narządów, takich jak płuca, nie można zmierzyć bezpośrednio za pomocą ultradźwięków, dlatego do jego pomiaru wykorzystano komputerowy model przedstawiający serce i naczynia krwionośne. Dla porównania ten komputerowy model można porównać do symulacji obwodu elektronicznego. Naukowcy odtworzyli komputerową wersję układu naczyniowego płodu i, wykorzystując zmierzone wskaźniki przepływu krwi i modelując inne parametry, byli w stanie oszacować opór i elastyczność różnych narządów.

Na koniec zastosowano metody uczenia maszynowego bazujące na technikach sztucznej inteligencji, aby porównać wzorce przepływu krwi u płodów, co pozwoliło na ich pogrupowanie w różne kategorie na podstawie parametrów przepływu i wskaźników klinicznych.

Późniejsze badanie skutków hiperoksygenacji wykazało, że wiąże się ona ze zmianami oporu płuc na skutek dostarczania matce dodatkowego tlenu, a większa ilość tlenu poprawia przepływ krwi płucnej u płodów z zahamowanym wzrostem, nie wpływając na płody zdrowe.

„Zasadniczo wyniki badania pokazują, że płody z zahamowanym wzrostem mają inną średnią prędkość przepływu krwi, a także opór naczyniowy w płucach niż płody normalne, a można to znormalizować, zapewniając matce dodatkowy tlen” – wyjaśnia Beijnens (ICREA, UPF).

„Odkrycie tych różnic w naczyniach płucnych otwiera możliwość opracowania przyszłych strategii terapeutycznych w celu poprawy funkcji płuc u płodów z ograniczeniem wzrostu. Po urodzeniu te ulepszenia w rozwoju płodu mogą zmniejszyć ryzyko rozwoju chorób układu oddechowego w późniejszym życiu” – wyjaśnia dr Crispius (BCNatal, Clínic).