Уникальная среда, похожая на матку, разработанная педиатрическими исследователями, может изменить уход за чрезвычайно недоношенными детьми, имитируя среду, наполненную внутриутробной жидкостью, чтобы дать самым маленьким новорожденным драгоценные несколько недель для развития своих легких и других органов.
"Наша система может предотвратить тяжелую заболеваемость крайне недоношенных детей, потенциально предлагая медицинскую технологию, которой в настоящее время не существует," сказал руководитель исследования Алан В. Флаке, доктор медицины, фетальный хирург и директор Центра исследований плода в Центре диагностики и лечения плода Детской больницы Филадельфии (CHOP).
Флаке и его коллеги сообщают о доклинических исследованиях своего внематочного поддерживающего устройства сегодня в Nature Communications. Они тестировали и контролировали воздействие на плод ягнят, у которых пренатальное развитие легких очень похоже на развитие у людей.
В инновационной системе используется уникальный наполненный жидкостью контейнер, прикрепленный к специально разработанным машинам, которые обеспечивают физиологическую поддержку. Плод ягнята растут в почти стерильной среде с контролируемой температурой, дышат околоплодными водами, как обычно в утробе матери, их сердца перекачивают кровь через пуповину в газообменную машину вне мешка. Электронные мониторы измеряют жизненно важные функции, кровоток и другие важные функции.
Один из десяти U.S. преждевременные роды (гестационный возраст менее 37 недель), около 30 000 в год являются критически преждевременными – моложе 26 недель. Крайняя недоношенность является основной причиной младенческой смертности и заболеваемости в стране, на которую приходится треть всех младенческих смертей и половина всех случаев церебрального паралича, приписываемых недоношенным.
Практика неонатальной помощи повысила общую выживаемость недоношенных детей и подтолкнула пределы жизнеспособности до 22–23 недель беременности. В этом возрасте младенец весит менее 600 граммов – немногим больше фунта – и имеет 30–50 процентов шансов на выживание. Но это выживание обходится дорого с точки зрения качества жизни, с 90-процентным риском заболеваемости от хронических заболеваний легких или других осложнений незрелости органов. Выжившие сталкиваются с пожизненной инвалидностью.
"Этим младенцам срочно нужен мост между маткой матери и внешним миром," сказал Flake. "Если мы сможем разработать внематочную систему для поддержки роста и созревания органов всего на несколько недель, мы сможем значительно улучшить результаты для крайне недоношенных детей." Цель состоит в том, чтобы поддерживать младенцев от 23 недель до 28 недель гестационного возраста; на 28 неделе они переступают порог от самых тяжелых исходов.
В текущем исследовании исследователи описывают эволюцию своей системы за три года с помощью серии из четырех прототипов, начиная со стеклянного резервуара-инкубатора и заканчивая современным устройством. Восемь недоношенных ягнят, протестированных в самом последнем прототипе, были физиологически эквивалентны человеческому младенцу на сроке 23 или 24 недели беременности.
Нынешняя система максимально точно имитирует жизнь в матке, опираясь на знания из предыдущих исследований новорожденных. Нет внешнего насоса для управления кровообращением, потому что даже легкое искусственное давление может фатально перегрузить недоразвитое сердце, и нет вентилятора, потому что незрелые легкие еще не готовы выполнять свою работу по вдыханию атмосферного кислорода. Вместо этого сердце ребенка перекачивает кровь через пуповину во внешний оксигенатор с низким сопротивлением, который заменяет плаценту матери при обмене кислорода и углекислого газа.
Кроме того, околоплодные воды, произведенные в лаборатории, перетекают в мешок и из него. "Легкие плода предназначены для функционирования в жидкости, и мы моделируем эту среду здесь, позволяя легким и другим органам развиваться, обеспечивая при этом питательные вещества и факторы роста," сказал физиолог плода Маркус Джи. Дэйви, доктор философии, который разработал и модернизировал устройства притока и оттока системы.
Герметичная стерильная среда внутри системы изолирована от перепадов температуры, давления и света и, в частности, от опасных инфекций.
Предыдущие исследователи изучали варианты искусственной плаценты на животных моделях, но безнасосные системы достигли максимальной продолжительности 60 часов, а животные получили повреждение головного мозга. Новая система, напротив, проработала до 670 часов (28 дней) с некоторыми животными, которые остались здоровыми. Ягнята показали нормальное дыхание и глотание, открыли глаза, отрастили шерсть, стали более активными, имели нормальный рост, неврологическую функцию и созревание органов.
Команда программы объединяет широкий круг экспертов CHOP, включая неонатологов, специалистов по фетальной медицине, респираторных терапевтов, перфузиологов и других. Первоначальный импульс для программы был дан научным сотрудником CHOP Эмили Партридж, доктором медицинских наук, которая столкнулась с проблемами ухода за критически недоношенными детьми. "Эти младенцы действительно поразили меня," она сказала. Она исследовала существующую научную литературу и пять лет назад предложила Flake пилотный проект, который стал нынешним устройством.
Исследователи будут продолжать оценивать и совершенствовать систему, и им необходимо будет уменьшить ее размеры для младенцев, размер которых составляет одну треть от размера детенышей ягнят, использованных в текущем исследовании.
Если их результаты на животных будут переведены в клиническую практику, Флейк предполагает, что через десять лет крайне недоношенные дети будут продолжать развиваться в камерах, заполненных околоплодными водами, а не лежать в инкубаторах, подключенных к вентиляторам. В дополнение к желаемой пользе для здоровья это также может иметь большой экономический эффект, сократив ежегодные медицинские расходы на недоношенность на 43 миллиарда долларов в США.S.
Флаке подчеркивает, что команда не стремится продлить жизнеспособность на более ранний период, чем текущая отметка в 23 недели. До этого момента ограничения физического размера и физиологического функционирования создавали неприемлемо высокие риски. Однако он добавил, "Эта система потенциально намного превосходит то, что в настоящее время могут сделать больницы для 23-недельного ребенка, родившегося на пороге жизнеспособности. Это могло бы установить новый стандарт ухода за этой подгруппой крайне недоношенных детей."