Studie wird zur Entwicklung von Therapien zur Verbesserung der Lungenfunktion bei Föten mit Wachstumsverzögerung beitragen

Wenn das Wachstum des Fötus während der Schwangerschaft unter dem Normalwert liegt, steigt mit jeder Schwangerschaftswoche das Risiko, dass sich einige seiner Organe nicht richtig entwickeln, was sich negativ auf die Gesundheit des Babys nach der Geburt auswirken kann. Die langfristigen Auswirkungen einer fetalen Wachstumsbeschränkung auf die Gehirn- und Herz-Kreislauf-Entwicklung sind Gegenstand zahlreicher Forschungen, doch zu den Auswirkungen auf die Lunge fehlen wissenschaftliche Daten.

Dies war Gegenstand einer gemeinsamen Studie des BCNatal Fetal Medicine Research Center (Clínic Barcelona und Sant Joan de Déu Hospitals) und der Universität Pompeu Fabra (UPF). Sie stellte Unterschiede in der Lungenentwicklung zwischen Föten mit eingeschränktem Wachstum und normalen Föten hinsichtlich ihres Gefäßwiderstands fest. Die Forscher untersuchten dies, indem sie die Blutflussgeschwindigkeit im Fötus maßen und diese Daten mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz und Computermodellen analysierten.

Die Erkenntnisse, die kürzlich in einem Artikel in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurden, eröffnen die Möglichkeit zur Entwicklung von Therapien, die auf eine Verbesserung der Lungenentwicklung bei wachstumsgestörten Föten und die Vorbeugung von Atemproblemen abzielen, die nicht nur in der Kindheit, sondern auch in der Jugend und im Erwachsenenalter anhalten können.

Die leitenden Forscher dieser Studie sind Fátima Crispiel, Forscherin bei BCNatal und Clínic-IDIBAPS in der Gruppe für Fetale und Perinatale Medizin, und Bart Beijnens (ICREA, UPF), Forscher in der BCN MedTech Unit der UPF Engineering-Abteilung. Die anderen Forscher gehören verschiedenen Abteilungen und Forschungsgruppen von Clínic-IDIBAPS an und sind zudem mit der Universität Barcelona und dem CIBER für Atemwegs- und seltene Erkrankungen verbunden.

An der Studie nahmen mehr als 200 schwangere Frauen teil. Im Rahmen der Studie wurden der fetale Blutfluss und seine Veränderungen unter zusätzlicher Sauerstoffzufuhr bei 208 schwangeren Frauen zwischen der 24. und 37. Schwangerschaftswoche analysiert. Alle Frauen wurden im Clínic Hospital in Barcelona untersucht, wo sie alle für die Studie notwendigen Tests durchliefen.

In 97 dieser Fälle wiesen die Föten eine begrenzte Wachstumsverzögerung auf, was zu einem sehr niedrigen Geburtsgewicht führte. Die übrigen 111 Föten wuchsen normal. Bei jedem dieser Föten wurde die Blutflussgeschwindigkeit in den Hauptarterien und Lungengefäßen gemessen und anschließend mithilfe künstlicher Intelligenz verglichen. Zusätzlich wurde der Lungenwiderstand mithilfe eines Computermodells berechnet.

Illustrative Dopplerbilder der fetalen Hauptpulmonalarterie und der intrapulmonalen Arterie. Quelle: Vellvé, K., Garcia-Canadilla, P., Nogueira, M., et al.

Die fetale Lungenblutflussgeschwindigkeit wurde sowohl unter normalen mütterlichen Atmungsbedingungen als auch nach Gabe von zusätzlichem Sauerstoff über eine Maske (Hyperoxygenierungsbedingungen) analysiert. Diese Analyse erfolgte mithilfe einer Technik, die auf der Aussendung von Ultraschallwellen an den Fötus basiert, um die Blutflussgeschwindigkeit im gesamten Kreislauf anhand des Doppler-Prinzips zu bestimmen.

Da der Widerstand von Organen wie der Lunge nicht direkt mit Ultraschall gemessen werden kann, wurde ein Computermodell verwendet, das Herz und Blutgefäße nachbildet. Zum Vergleich: Dieses Computermodell lässt sich mit der Simulation eines elektronischen Schaltkreises vergleichen. Die Forscher bildeten das fetale Gefäßsystem am Computer nach und konnten anhand der gemessenen Blutflussraten und der Modellierung weiterer Parameter den Widerstand und die Elastizität der verschiedenen Organe abschätzen.

Schließlich wurden auf Techniken der künstlichen Intelligenz basierende Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt, um die Blutflussmuster der Föten zu vergleichen. Dies half dabei, sie nach Flussparametern und klinischen Indikatoren in verschiedene Kategorien einzuteilen.

Anschließende Untersuchungen zu den Auswirkungen der Hyperoxygenierung zeigten, dass diese mit Veränderungen des Lungenwiderstands infolge der zusätzlichen Sauerstoffzufuhr zur Mutter einherging. Zudem zeigte sich, dass mehr Sauerstoff den Lungenblutfluss bei wachstumsgestörten Föten verbesserte, ohne normale Föten zu beeinträchtigen.

„Grundsätzlich zeigen die Ergebnisse der Studie, dass wachstumsretardierte Föten eine andere mittlere Blutflussgeschwindigkeit sowie einen anderen Gefäßwiderstand in der Lunge aufweisen als normale Föten, und dies kann durch die Versorgung der Mutter mit zusätzlichem Sauerstoff normalisiert werden“, erklärt Beijnens (ICREA, UPF).

„Die Entdeckung dieser Unterschiede in den Lungengefäßen eröffnet die Möglichkeit, künftige Therapiestrategien zur Verbesserung der Lungenfunktion bei Föten mit Wachstumsstörungen zu entwickeln. Nach der Geburt können diese Verbesserungen der fetalen Entwicklung das Risiko für die Entwicklung von Atemwegserkrankungen im späteren Leben verringern“, erklärt Dr. Crispius (BCNatal, Clínic).