La nuova unità può riflettere i mitocondri nel cuore per predire l'arresto cardiaco

Una nuova unità può valutare in tempo reale se i tessuti dell'organismo stanno ricevendo abbastanza ossigeno e, collocato sul cuore, può predire l'arresto cardiaco nei pazienti di cuore criticamente malati, nei ricercatori di rapporto all'ospedale pediatrico di Boston ed in scienziati dalle tecnologie di Pendar del creatore dell'unità di Cambridge. I loro studi, intrapresi nei modelli animali, sono l'articolo di coperchio nell'odierna emissione della medicina di traduzione di scienza.

“Con le tecnologie correnti, non possiamo predire quando il cuore di un paziente si fermerà,„ diciamo John Kheir, MD del centro del cuore dei bambini di Boston, che guidato co lo studio. “Possiamo esaminare la funzione del cuore sulla pressione sanguigna della misura e dell'ecocardiogramma, ma fino all'ultimo secondo, il cuore può compensare abbastanza bene gli stati bassi dell'ossigeno. Una volta che l'arresto cardiaco accade, le sue conseguenze possono essere tutta la vita, anche quando i pazienti recuperano.„

L'unità usa una tecnologia chiamata la spettroscopia di Raman di risonanza per misurare se abbastanza ossigeno sta raggiungendo i mitocondri, gli organelli che forniscono alle celle energia. In pazienti criticamente malati con circolazione compromessa o nella respirazione, la consegna dell'ossigeno è alterata spesso, rendente la dura affinchè i mitocondri faccia il loro processo. Ciò è particolarmente un problema per il cuore, che ha bisogni di alta energia costanti.

Lo standard corrente per l'ossigenazione di misurazione del tessuto, conosciuto come saturazione venosa mista (SvO2), richiede il sangue ripetuto ritira, aggiungendo il rischio extra in pazienti criticamente malati. Più d'importanza, SvO2 non può dire se il rifornimento di ossigeno è sufficiente per rispondere alle esigenze dinamiche del muscolo di cuore.

“Abbiamo voluto creare una lettura organo-specifica, continua, affidabile di quanto i mitocondri stanno alimentandi adeguatamente l'ossigeno,„ diciamo Kheir. “Questa è la prima dimostrazione di un'unità che può riflettere i mitocondri in tessuti viventi per predire l'errore imminente dell'organo.„

Facendo uso di indicatore luminoso per riflettere i mitocondri

Questa tecnologia è il prodotto di una collaborazione fra il laboratorio di ricerca di traduzione nel centro del cuore dei bambini di Boston, guidato co da Kheir e da Brian Polizzotti, PhD e le tecnologie di Pendar (Cambridge, Massachusetts). “Al lato del letto, abbiamo veduto i pazienti che hanno presentati una limitazione a flusso coronarico ed abbiamo voluto un'unità che potrebbe fornire un segno di allarme immediato,„ Kheir diciamo.

Il gruppo ha creato un metrico essi chiama 3RMR che usa le letture leggere generate dalla spettroscopia di Raman di risonanza per quantificare l'ossigenazione e la funzione mitocondriale in tempo reale.

Quando i livelli dell'ossigeno delle cellule sono troppo bassi, il suo bilancio energetico cambia. Gli elettroni cominciano accumularsi in determinate proteine cellulari -- emoglobina, mioglobina e citocromi mitocondriali. Questo spostamento di energia diminuisce o interrotto la produzione di energia mitocondriale e può anche avviare la morte delle cellule. Tutto il questo insiemi la fase per la lesione dell'organo o disfunzione e, nel peggiore dei casi, arresto cardiaco, dice Kheir.

La risonanza Raman che la spettroscopia quantifica la frazione delle proteine mitocondriali con gli elettroni su loro ha basato su come l'indicatore luminoso è sparso quando un laser è spleso su loro. Negli stati dell'basso ossigeno, l'aumento di elettroni induce queste molecole a distorcere e, di conseguenza, il loro spettro cambia.

“Questo sistema ci dice che come soddisfatto i mitocondri sia con il loro rifornimento di ossigeno,„ Kheir spiega.

Il gruppo ha usato un laser preciso e un algoritmo complesso per distillare le informazioni in tempo reale.

“Distinguere i segnali mitocondriali da altri segnali biologici con velocità accuratezza ed era l'avanzamento scientifico più significativo qui,„ dice il CEO Daryoosh Vakhshoori, PhD di Pendar, che ha sorvegliato l'aspetto meccanico del progetto.

Arresto cardiaco di predizione

Joshua Salvin, MD, MPH e Dorothy Perry, MBChB del centro del cuore, i co-primi autori dello studio, ha collaudato l'unità nei modelli del ratto. Hanno trovato che l'ossigenazione diminuita del cuore ha corrisposto alle elevazioni in 3RMR, indipendentemente dalla causa della consegna diminuita dell'ossigeno. Elevazioni di più di 40 per cento, misurate dopo 10 minuti dei termini dell'basso ossigeno, della contrattilità diminuita preveduta del cuore e dell'arresto cardiaco successivo con la sensibilità di specificità di 97 per cento e di 100 per cento, superante tutte le altre tecniche di misura.

Il gruppo ulteriore ha collaudato l'unità durante la cardiochirurgia congenita simulata in un modello del maiale. Potevano misurare come soddisfatto il muscolo di cuore era con il suo rifornimento di ossigeno, qualcosa che non potesse corrente essere fatto.

“La nostra prima applicazione probabile di questa unità sarà di riflettere la consegna dell'ossigeno durante e dopo cardiochirurgia,„ dice Kheir. La sonda corrente è la dimensione di una penna, ma finalmente, il gruppo vorrebbe sviluppare una più piccola sonda che potrebbe essere lasciata dentro il torace, in modo dai pazienti potrebbero essere riflessi nel ICU durante i periodi più ad alto rischio.

Applicazioni future

Kheir ed i colleghi egualmente credono che la tecnologia potrebbe essere usata per riflettere l'attuabilità del tessuto in altre operazioni in cui i tessuti e gli organi sono esposti. Le applicazioni potenziali hanno potuto comprendere gli organi di video destinati a trapianto ed a rilevazione di flusso sanguigno pericolosamente diminuito in arti.

“Penso che ci siano stati molti usi chirurgici,„ dice Vakhshoori, autore co-corrispondente sullo studio. “Non realmente c'è corrente la tecnologia che può valutare, in tempo reale, se la consegna dell'ossigeno ad un tessuto è adeguata al livello del mitocondrio.„

Kheir egualmente pensa che lo strumento potrebbe essere utile nella ricerca sul cancro, poiché la funzione mitocondriale è centrale a biologia del cancro.

Lo scopo del gruppo è di cercare l'approvazione di FDA e di commercializzare un video del lato del letto dell'ossigenazione mitocondriale. Nel frattempo, Kheir ed i colleghi pianificazione cercare l'approvazione per collaudare l'unità per riflettere i pazienti di cuore.