Fare luce sulla salute del cervello infantile
I neonati che nascono con cardiopatie congenite(si apre in una nuova finestra) (CHD) spesso necessitano di interventi chirurgici complessi entro i primi mesi di vita. Sebbene queste procedure possano salvare vite umane, comportano un elevato rischio di lesioni cerebrali a causa delle fluttuazioni del flusso sanguigno e dell’apporto di ossigeno. I monitor tradizionali forniscono solo informazioni limitate, rendendo difficile per i medici comprendere come risponde il cervello durante e dopo l’intervento chirurgico.
Monitoraggio del cervello infantile
Il progetto TinyBrains(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si propone di cambiare questa situazione creando nuovi strumenti che combinano misurazioni elettriche e basate sulla luce per studiare la salute del cervello con un livello di dettaglio senza precedenti. «Il nostro obiettivo era sviluppare sistemi non invasivi che consentissero il monitoraggio in tempo reale della funzione cerebrale, del consumo di ossigeno e del flusso sanguigno nei neonati con cardiopatia congenita», spiega il coordinatore del progetto Turgut Durduran. «In questo modo possiamo fornire ai medici dati migliori per orientare le decisioni salvavita». Il team di TinyBrains ha progettato due prototipi innovativi, un neuro-imager e un neuro-monitor, che uniscono tre potenti tecnologie in un unico dispositivo compatto: spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), spettroscopia a correlazione diffusa (DCS) ed elettroencefalografia (EEG). La NIRS e la DCS utilizzano una luce innocua nel vicino infrarosso per misurare il flusso sanguigno cerebrale e il metabolismo dell’ossigeno, mentre la EEG registra l’attività elettrica del cervello. Questi segnali, nel loro insieme, rivelano come neuroni, vasi sanguigni e ossigeno, noti collettivamente come unità neurovascolare, interagiscono nel cervello. Il sistema TinyBrains fornisce in modo esclusivo misurazioni simultanee e co-localizzate che quantificano il funzionamento del cervello e se riceve abbastanza ossigeno per sostenere tale attività. Il copricapo su misura e i sensori ibridi rendono il dispositivo adatto anche all’uso delicato sui neonati.
Il passaggio dal laboratorio alla clinica
Per convalidare il sistema, i ricercatori hanno innanzitutto sviluppato un modello preclinico che imita un complesso intervento chirurgico cardiaco neonatale utilizzando suinetti, un modello consolidato per lo studio delle funzioni cerebrali dei neonati. Ciò ha permesso loro di simulare procedure quali il bypass cardiopolmonare e l’arresto cardiaco ipotermico profondo, e di monitorare come l’attività cerebrale e l’ossigenazione cambiassero durante il processo. La piattaforma ha mostrato un’elevata sensibilità alle alterazioni nell’apporto di ossigeno e nella risposta neuronale. TinyBrains ha poi testato i suoi dispositivi su 29 neonati sottoposti a intervento chirurgico cardiaco. Il neuro-monitor ha catturato con successo l’evoluzione dell’ossigenazione e dell’attività elettrica del cervello durante le diverse fasi chirurgiche, dall’inizio del bypass cardiopolmonare fino al recupero. Nel frattempo, il neuro-imager è stato utilizzato per studiare il modo in cui il cervello dei neonati risponde a suoni semplici, offrendo nuove informazioni sull’accoppiamento neurovascolare e sulla funzione dello sviluppo prima e dopo l’intervento chirurgico. «Questi risultati hanno dimostrato che la nostra piattaforma è in grado di rilevare sottili cambiamenti nelle funzioni cerebrali che altri sistemi di monitoraggio clinico non riescono a rilevare. «Si tratta di un passo fondamentale per prevenire complicazioni neurologiche in questi neonati vulnerabili», sottolinea l’autore.
Trasformare l’assistenza neonatale
Il più grande risultato del progetto è stato la creazione di uno strumento completo, non invasivo e multimodale per lo studio del cervello infantile. Per la prima volta, i medici possono valutare simultaneamente l’attività neuronale, il consumo di ossigeno e il flusso sanguigno, ottenendo un quadro completo della salute cerebrale, noto come «indice di salute cerebrale». Le pipeline di integrazione dati senza interruzioni di TinyBrains rendono la tecnologia compatibile con gli ambienti ospedalieri, facilitandone l’adozione da parte dei team clinici. Il team sta ora lavorando a una tabella di marcia clinica per avvicinare questi prototipi all’uso nel mondo reale. Ciò include sperimentazioni cliniche multicentriche, collaborazioni con sviluppatori di tecnologie e ricerche continue sulle neuroscienze dello sviluppo.
