Le dispositif neuf peut surveiller des mitochondries au coeur pour prévoir l'arrêt cardiaque

Un dispositif neuf peut évaluer en temps réel si les tissus du fuselage reçoivent assez d'oxygène et, mis sur le coeur, peut prévoir l'arrêt cardiaque dans les patients cardiaques en critique mauvais, les chercheurs d'état à l'hôpital pour enfants de Boston et les scientifiques des technologies de Pendar de fabricant de périphériques de Cambridge. Leur étude, entreprise dans des modèles animaux, est l'article de panneau dans l'édition d'aujourd'hui du médicament de translation de la Science.

« Avec des technologies actuelles, nous ne pouvons pas prévoir quand le coeur d'un patient s'arrêtera, » dit John Kheir, la DM du centre du coeur des enfants de Boston, qui dirigé par Co l'étude. « Nous pouvons examiner la fonction cardiaque sur la pression sanguine d'écho-cardiogramme et de mesure, mais jusqu'au dernier deuxième, le coeur peut compenser bien bien des conditions à faible teneur en oxygène. Une fois que l'arrêt cardiaque se produit, ses conséquences peuvent être toute la vie, même lorsque les patients récupèrent. »

Le dispositif emploie une spectroscopie appelée de Raman de résonance de technologie pour mesurer si assez d'oxygène atteint les mitochondries, les organelles qui fournissent à des cellules l'énergie. Dans les patients en état critique avec la circulation compromise ou la respiration, la distribution de l'oxygène est souvent nuie, la rendant dure pour que des mitochondries réalisent leur fonction. C'est particulièrement un problème pour le coeur, qui a les besoins continuels de haute énergie.

La norme de courant pour l'oxygénation de mesure de tissu, connue sous le nom de saturation veineuse mélangée (SvO2), exige le sang répété entraîne, ajoutant le risque supplémentaire dans les patients en état critique. D'une manière primordiale, SvO2 ne peut pas indiquer si l'approvisionnement en oxygène est suffisant pour satisfaire les exigences dynamiques du muscle cardiaque.

« Nous avons voulu produire un organe-détail, lecture continue et fiable de la façon dont adéquat des mitochondries sont alimentées l'oxygène, » dit Kheir. « C'est la première démonstration d'un dispositif qui peut surveiller des mitochondries en tissus vivants pour prévoir l'échec imminent d'organe. »

Utilisant la lumière pour surveiller des mitochondries

Cette technologie est le produit d'une collaboration entre les laboratoires de recherche de translation au centre du coeur des enfants de Boston, dirigé par Co par Kheir et Brian Polizzotti, PhD, et technologies de Pendar (Cambridge, Massachusetts). « Au chevet, nous avons vu les patients qui ont eu une limitation au flux sanguin coronaire, et avons voulu un dispositif qui pourrait fournir une alerte précoce, » Kheir dit.

L'équipe a produit un métrique ils appellent 3RMR qui emploie les relevés légers produits par la spectroscopie de Raman de résonance pour mesurer l'oxygénation et le fonctionnement mitochondrial en temps réel.

Quand les niveaux de l'oxygène des cellules sont si bas, sa balance énergétique change. Les électrons commencent à s'accumuler en certaines protéines cellulaires -- hémoglobine, myoglobine et cytochromes mitochondriaux. Cette commande des vitesses d'énergie réduit ou a arrêté la production d'énergie mitochondriale et peut également déclencher la mort cellulaire. Toute la ceci prépare le terrain pour des blessures d'organe ou le dysfonctionnement et, dans le pire des cas, l'arrêt cardiaque, indique Kheir.

La résonance Raman que la spectroscopie mesure la fraction des protéines mitochondriales avec des électrons sur eux a basé sur la façon dont la lumière est dispersée quand un laser est brillé sur eux. Dans des conditions à faible teneur en oxygène, le gain dans les électrons fait déformer ces molécules et, comme résultat, leur spectre change.

« Ce système nous indique que que répondu les mitochondries soyez avec leur approvisionnement en oxygène, » Kheir explique.

L'équipe avait l'habitude un laser précis et un algorithme complexe pour distiller l'information en temps réel.

« Discerner les signes mitochondriaux d'autres signes biologiques avec l'exactitude et la vitesse était l'avance scientifique la plus significative ici, » dit le Président Daryoosh Vakhshoori, le PhD de Pendar, qui a surveillé l'aspect de bureau d'études du projet.

Arrêt cardiaque de prévision

Joshua Salvin, DM, M/H et Dorothy Perry, MBChB du centre de coeur, les Co-premiers auteurs de l'étude, a vérifié le dispositif dans des modèles de rat. Ils ont constaté que l'oxygénation réduite du coeur a correspondu aux élévations dans 3RMR, indépendamment de la cause de la distribution réduite de l'oxygène. Les élévations de plus de 40 pour cent, mesurées après 10 mn de conditions à faible teneur en oxygène, ont prévu la contractilité réduite de coeur et l'arrêt cardiaque suivant avec la sensibilité de spécificité de 97 pour cent et de 100 pour cent, surpassant toutes autres techniques de mesure.

L'équipe autre a vérifié le dispositif pendant la chirurgie cardiaque congénitale simulée dans un modèle de porc. Ils pouvaient mesurer comment répondu le muscle cardiaque était avec son approvisionnement en oxygène, quelque chose qui ne peut pas actuel être faite.

« Notre première application susceptible de ce dispositif sera de surveiller la distribution de l'oxygène pendant et après la chirurgie cardiaque, » dit Kheir. La sonde actuelle est la taille d'un crayon lecteur, mais éventuellement, l'équipe voudrait développer une plus petite sonde qui pourrait être laissée à l'intérieur de la poitrine, ainsi des patients pourraient être surveillés dans l'ICU pendant les périodes les plus à haut risque.

Futures applications

Kheir et collègues croient également que la technologie pourrait être employée pour surveiller la viabilité de tissu dans d'autres fonctionnements dans lesquels des tissus et les organes sont exposés. Les applications possibles pourraient comprendre des organes de surveillance destinés à la greffe et au dépistage du flux sanguin dangereusement réduit dans des membres.

« Je pense qu'il y aurait beaucoup d'utilisations chirurgicales, » indique Vakhshoori, auteur Co-correspondant sur l'étude. « N'y a il réellement aucune technologie actuel qui peut évaluer, en temps réel, si la distribution de l'oxygène à un tissu est adéquate au niveau de la mitochondrie. »

Kheir pense également que l'outil pourrait être utile dans la cancérologie, puisque le fonctionnement mitochondrial est central à la biologie de cancer.

L'objectif de l'équipe est de demander l'approbation de FDA et de commercialiser un moniteur de chevet d'oxygénation mitochondriale. Dans le même temps, Kheir et collègues planification pour demander l'approbation pour vérifier le dispositif pour surveiller des patients cardiaques.