Technologia oparta na świetle pozwala na nieinwazyjne monitorowanie stanu zdrowia mózgu
Wyniki leczenia ciężkiego urazowego uszkodzenia mózgu (ang. traumatic brain injury, TBI) będącego skutkiem wypadku komunikacyjnego lub upadku z wysokości zależą od stopnia hipoksji i zaburzeń metabolicznych. Lepsze zrozumienie patofizjologii urazów czaszkowo-mózgowych i towarzyszących im zmian biochemicznych, komórkowych i cząsteczkowych mogłoby przyczynić się do poprawy skuteczności zaopatrzenia pacjenta krótko po wypadku.
Technologia monitorowania mózgu w bliskiej podczerwieni
Dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie” twórcy projektu BitMap opracowali urządzenia fotoniczne do monitorowania mózgu u przebywających na oddziałach intensywnej opieki neurologicznej pacjentów po urazowym uszkodzeniu mózgu oraz noworodków z niedotlenieniem mózgu. „Nasza koncepcja opiera się na mierzeniu klinicznie istotnych parametrów hemodynamicznych przy użyciu światła w zakresie bliskiej podczerwieni, które jest nieszkodliwe dla tkanek biologicznych”, wyjaśnia koordynator projektu Hamid Dehghani. Badacze opracowali techniki i metody analizy, które umożliwiają określenie specyficznych biomarkerów hipoksji tkanki, niedokrwienia i metabolizmu tlenu. Te standaryzowane wartości kliniczne zmierzono przy użyciu nieinwazyjnych metod optycznych, stwarzając możliwość ciągłego monitorowania zdrowia pacjenta przy łóżku szpitalnym. Technologia BitMap jest prosta: światłowodem na powierzchnię głowy podawane jest światło, które przenika przez powierzchnię w głąb mózgu i z powrotem, gdzie jest wykrywane przez inny światłowód. Ilość odbijanego światła oraz czas, w jakim światło pokonuje dany dystans dostarczają informacji na temat zdrowia tkanki, w szczególności ilości tlenu, a także wskazówek na temat przepływu krwi i aktywności metabolicznej.
Wydajność kliniczna BitMap
Naukowcy z projektu BitMap przetestowali swoją technologię, w szczególności ten jej aspekt, który dotyczy obrazowania dyfuzyjnego i dyfuzyjnej spektroskopii korelacyjnej, u pacjentów i zdrowych ochotników. Platformy opracowane w ramach projektu zostały wykorzystane w Szpitalu Uniwersyteckim Vall d’Hebron oraz w Instytucie Nauk Fotonicznych w Hiszpanii na tamtejszych oddziałach intensywnej terapii, dając obiecujące wyniki. Identyfikacja zbioru nowych biomarkerów pozwoli na ich zastosowane przy łóżku szpitalnym. Szpitale Uniwersyteckie w Birmingham oraz Uniwersytet w Birmingham otrzymały równie zachęcające wyniki u pacjentów z łagodną, umiarkowaną i ciężką postacią TBI, co pokazało zdolność technologii bifotonicznych do dostarczania informacji na temat urazowych uszkodzeń mózgu i poprawy jakości opieki. Ponadto w szpitalach londyńskiego University College zastosowanie technologii BitMap u noworodków z niedotlenieniem okołoporodowym – zespołem objawów towarzyszących niedotlenieniu organizmu dziecka podczas porodu – umożliwiło określenie stopnia uszkodzenia mózgu i pomogło przewidzieć wyniki neurobehawioralne.
Znaczenie projektu BitMap i dalsze plany
Wykorzystanie fizyki do pozyskiwania informacji morfologicznych i fizjologicznych na temat ludzkiego ciała nie jest nową koncepcją – znalazła ona już wiele zastosowań w medycynie. Jeżeli chodzi o monitorowanie mózgu, zdolność do pozyskiwania bezpośrednich wyników w czasie rzeczywistym w nieinwazyjny sposób ma znaczenie kluczowe. Urządzenia BitMap można wykorzystywać do wykrywania i określania stopnia TBI, wstrząsu mózgu doznanego podczas uprawiania sportu, jak również stopnia świadomości u pacjentów w stanie wegetatywnym, co pomaga klinicystom w ocenie indywidualnych reakcji pacjenta na leczenie i odpowiednim jego dostosowywaniu. Patrząc w przyszłość, Dehghani ma nadzieję, że „pozyskane w przyszłości fundusze zapewnią ciągłość w optymalizowaniu naszych technologii monitorowania stanu zdrowia mózgu w trakcie zabiegu operacyjnego, przyczyniając się do poprawy wyników leczenia”. Te środki finansowe w połączeniu ze szkoleniem badaczy na wczesnym etapie kariery w trakcie trwania projektu BitMap staną się paliwem napędzającym kolejne przełomowe kroki, jakie stawiają badacze rozwijający technologie wykorzystywane na oddziałach intensywnej opieki neurologicznej. W perspektywie długoterminowej przełoży się to na lepszą rekonwalescencję pacjentów oraz niższe koszty opieki zdrowotnej.
Słowa kluczowe
BitMap, urazowe uszkodzenie mózgu, bliska podczerwień, hipoksja, wstrząśnienie mózgu, niedotlenienie okołoporodowe