O dispositivo novo pode monitorar as mitocôndria no coração para prever a parada cardíaca

Um dispositivo novo pode avaliar no tempo real se os tecidos do corpo estão recebendo bastante oxigênio e, colocado no coração, pode prever a parada cardíaca em pacientes de coração crìtica doentes, em pesquisadores do relatório no hospital de crianças de Boston e em cientistas das tecnologias de Pendar do fabricante do dispositivo de Cambridge. Seu estudo, conduzido nos modelos animais, é o artigo de tampa na introdução de hoje da medicina Translational da ciência.

“Com tecnologias actuais, nós não podemos prever quando o coração de um paciente parará,” dizemos John Kheir, a DM do centro do coração das crianças de Boston, que co-conduziu o estudo. “Nós podemos examinar a função do coração na pressão sanguínea do ecocardiograma e da medida, mas até o último segundo, o coração pode compensar bastante bem para baixas condições do oxigênio. Uma vez que a parada cardíaca ocorre, suas conseqüências podem ser de vida, mesmo quando os pacientes recuperam.”

O dispositivo usa uma tecnologia chamada espectroscopia de Raman da ressonância para medir se bastante oxigênio está alcançando as mitocôndria, os organelles que fornecem pilhas a energia. Em pacientes crìtica doentes com circulação comprometida ou na respiração, a entrega do oxigênio é danificada frequentemente, fazendo a dura para que as mitocôndria façam seu trabalho. Este é especialmente um problema para o coração, que tem necessidades de alta energia constantes.

O padrão actual para o oxigenação de medição do tecido, conhecido como a saturação venosa misturada (SvO2), exige o sangue repetido desenha, adicionando o risco extra em pacientes crìtica doentes. Mais importante, SvO2 não pode dizer se o abastecimento de oxigénio é suficiente para encontrar as procuras dinâmicas do músculo de coração.

“Nós quisemos criar um readout órgão-específico, contínuo, seguro de como as mitocôndria estão sendo alimentadas adequadamente o oxigênio,” dizemos Kheir. “Esta é a primeira demonstração de um dispositivo que possa monitorar as mitocôndria em tecidos vivos para prever a falha iminente do órgão.”

Usando a luz para monitorar as mitocôndria

Esta tecnologia é o produto de uma colaboração entre o laboratório de pesquisa Translational no centro do coração das crianças de Boston, co-conduzido por Kheir e por Brian Polizzotti, PhD, e tecnologias de Pendar (Cambridge, massa.). “Na cabeceira, nós vimos os pacientes que tiveram uma limitação à circulação sanguínea coronária, e quisemos um dispositivo que poderia fornecer um sinal de aviso prévio,” Kheir dizemos.

A equipe criou um métrico eles chama 3RMR que usa as leituras claras geradas pela espectroscopia de Raman da ressonância para determinar o oxigenação e a função mitocondrial no tempo real.

Quando os níveis do oxigênio de uma pilha são demasiado baixos, seu balanço de energia muda. Os elétrons começam acumular-se em determinadas proteínas celulares -- hemoglobina, myoglobin e citocromo mitocondriais. Esta SHIFT da energia reduz ou fecha a produção energética mitocondrial e pode igualmente provocar a morte celular. Toda a esta ajusta a fase para ferimento do órgão ou a deficiência orgânica e, na pior das hipóteses, a parada cardíaca, dizem Kheir.

A ressonância Raman que a espectroscopia determina a fracção de proteínas mitocondriais com os elétrons neles baseou em como a luz é dispersada quando um laser é brilhado neles. Sob condições do baixo-oxigênio, o ganho nos elétrons faz com que estas moléculas distorçam e, em conseqüência, seu espectro muda.

“Este sistema diz-nos que como satisfeito as mitocôndria seja com seu abastecimento de oxigénio,” Kheir explica.

A equipe usou um laser preciso e um algoritmo complexo para destilar a informação no tempo real.

“Distinguir sinais mitocondriais de outros sinais biológicos com precisão e velocidade era o avanço científico o mais significativo aqui,” diz o CEO Daryoosh Vakhshoori de Pendar, o PhD, que vigiou o aspecto de engenharia do projecto.

Parada cardíaca de predição

Joshua Salvin, DM, MPH e Dorothy Perry, MBChB do centro do coração, co-primeiros autores do estudo, testou o dispositivo em modelos do rato. Encontraram que o oxigenação reduzido do coração correspondeu com as elevações em 3RMR, apesar da causa da entrega reduzida do oxigênio. Elevações de mais de 40 por cento, medidas após 10 minutos de condições do baixo-oxigênio, da contractibilidade reduzida prevista do coração e da parada cardíaca subseqüente com uma sensibilidade de uma especificidade de 97 por cento e de uns 100 por cento, outperforming todas técnicas de medida restantes.

A equipe mais adicional testou o dispositivo durante a cirurgia cardíaca congenital simulada em um modelo do porco. Podiam medir como satisfeito o músculo de coração era com seu abastecimento de oxigénio, algo que não pode actualmente ser feito.

“Nossa primeira aplicação provável deste dispositivo será monitorar a entrega do oxigênio durante e depois da cirurgia cardíaca,” diz Kheir. A ponta de prova actual é o tamanho de uma pena, mas eventualmente, a equipe gostaria de desenvolver uma ponta de prova menor que poderia ser deixada dentro da caixa, assim que os pacientes poderiam ser monitorados no ICU durante as épocas as mais de alto risco.

Aplicações futuras

Kheir e os colegas igualmente acreditam que a tecnologia poderia ser usada para monitorar a viabilidade do tecido em outras operações em que os tecidos e os órgãos são expor. As aplicações potenciais puderam incluir os órgãos da monitoração pretendidos para a transplantação e a detecção de circulação sanguínea perigosamente reduzida nos membros.

“Eu penso que haveria muitos usos cirúrgicos,” diz Vakhshoori, autor co-correspondente no estudo. “Não há realmente nenhuma tecnologia actualmente que pode avaliar, no tempo real, se a entrega do oxigênio a um tecido é adequada a nível do mitochondrion.”

Kheir igualmente pensa que a ferramenta poderia ser útil na investigação do cancro, desde que a função mitocondrial é central à biologia do cancro.

O objetivo da equipe é procurar a aprovação do FDA e comercializar um monitor da cabeceira do oxigenação mitocondrial. Entretanto, Kheir e os colegas planeiam procurar a aprovação testar o dispositivo para monitorar pacientes de coração.