Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Las señales magnéticas revelan el desarrollo fetal

Tuesday, March 28, 2006

 

La mayoría de las lesiones neurológicas se producen en el feto antes del inicio del parto. El desarrollo de una herramienta que pueda detectar este daño es uno de los objetivos de un nuevo sistema de monitorización fetal desarrollado por investigadores de la Universidad de Ciencias Médicas de Arkansas en Little Rock.

El dispositivo de alta tecnología, con el sobrenombre de SARA (Squid Array for Reproductive Assessment), utiliza un conjunto de 151 sensores que detectan y registran señales extremadamente débiles generadas por campos magnéticos naturales del cuerpo. El sistema proporciona un gráfico que muestra los cambios en la frecuencia cardíaca del feto, actividad cerebral y otras funciones vitales así como también cambios en el útero de la madre.

A lo largo de estas dos últimas décadas, los investigadores han utilizando sistemas SQUID para evaluar la actividad cerebral en adultos. La técnica de registrar señales magnéticas procedentes del cerebro se llama magnetoencefalografía (MEG). Las señales captadas por los sensores se superponen sobre imágenes producidas con modalidades de obtención de imágenes como tomografía computerizada y resonancia magnética para obtener una fotografía completa del sistema neuromuscular y del cerebro adulto.

Entendiendo los patrones de las señales

En su investigación con SARA, el Dr. Curtis Lowery, director de la División de Medicina Materno-Fetal, Universidad de Ciencias Médicas de Arkansas y su colega Hari Eswaran, director del Laboratorio SARA, Universidad de Ciencias Médicas de Arkansas, descubrieron que los patrones de las señales del corazón y del cerebro de fetos sanos es mucho más compleja que la de los fetos con problemas. Han realizado el seguimiento de 70 pacientes desde que comenzaron su investigación de MEG fetal en el 2005. “En teoría, los fetos con alto riesgo producen señales menos complejas y más predecibles que un feto sano”, explica Lowery. “Ahora tenemos alguna evidencia de que los fetos sanos producen señales muy complejas”.

El apoyo del NIBIB ha permitido que los investigadores hayan podido ajustar las capacidades de procesamiento de las señales de SARA para producir una fotografía más completa de la actividad del cerebro/corazón fetal/materna y su relación con la actividad uterina. “Normalmente los investigadores registran la actividad cardíaca y cerebral por separado, y después la correlacionan", dice Lowery. “Con SARA, nosotros registramos ambas actividades en el mismo sistema de información, por lo que la correlación es más fácil”.

Seguimiento de la actividad cerebral y cardíaca

SARA tiene el potencial de ofrecer toda una gama de capacidades de monitorización. Por ejemplo, los investigadores han mapeado la función cerebral del feto en respuesta a estímulos luminosos y sonoros. Los primeros resultados demuestran que los fetos normales producen respuestas a estos estímulos desde una zona pequeña de la corteza mientras que la actividad cerebral espontánea implica todo el cerebro. Los investigadores también descubrieron que los fetos sanos pueden discriminar entre dos frecuencias de sonido diferentes mientras que los fetos con alteraciones neurológicas no pueden.

La capacidad del sistema para seguir la función del corazón ha permitido a los investigadores estudiar el desarrollo cardíaco y también monitorizar las intervenciones de fármacos terapéuticos. Un fármaco popular que se utiliza para tratar los ritmos cardíacos anómalos del feto se administra a la madre y atraviesa la placenta. Uno de los inconvenientes del fármaco es la ampliación de un intervalo cardíaco crítico. Con SARA, los médicos pueden monitorizar a la madre y al feto, y si surgen complicaciones, suspender rápidamente el fármaco.

Predicciones sobre SNAP

Puesto que SARA permite monitorizar simultáneamente la actividad cerebral y cardíaca, los investigadores están desarrollando una herramienta que detecte de forma precoz las lesiones neurológicas en fetos de alto riesgo. Llamado Protocolo de Evaluación Neurológica SARA o SNAP, la herramienta de detección ofrece múltiples observaciones de la actividad del cerebro y del corazón, incluyendo respuesta visual y auditiva con la esperanza de que al correlacionar la información a lo largo del tiempo, se conseguirá una fotografía más completa de la condición del feto.

“SNAP ayudará a los médicos a predecir mejor cómo los bebés de alto riesgo progresarán una vez que hayan nacido porque estudia el cerebro y el corazón con múltiples parámetros", explica Lowery. La detección precoz de trastornos podría también conducir a intervenciones que podrían mejorar la supervivencia fetal.

¿Qué provoca el parto?

Además de monitorizar la actividad fetal, SARA permite a los investigadores realizar el seguimiento de la actividad uterina. Otros grupos de investigación han mostrado que cerca del parto, se forman conexiones eléctricas en el útero. Cuando empiezan las contracciones, las conexiones se sincronizan y proporcionan la energía para expulsar al feto. Las investigaciones con SARA pueden permitir a los investigadores identificar cómo se reclutan las células cuando comienza el parto. Estos resultados podrían ayudar a los médicos a determinar qué madres tienen riesgo de partos prematuros antes de que estos ocurran así como también predecir cuándo empezará realmente el parto a término. “Si podemos seguir las señales eléctricas relacionadas con el parto, podemos tratar mejor el parto”, explica Eswaran.

Desde el laboratorio de investigación a la práctica clínica

Los investigadores han terminado de registrar datos de madres y fetos normales y han dirigido su atención a madres de alto riesgo incluyendo aquéllas con pre-eclampsia, diabetes y fumadoras. Un objetivo fundamental del proyecto es extraer datos tridimensionales de la madre y el feto utilizando señales eléctricas y ultrasonido. “Finalmente, nos gustaría combinar la información estructural y funcional”, dice Eswaran. “Parece sencillo pero esto significa mapear dos sistemas diferentes de coordenadas”. Para producir una imagen 3D, los investigadores deben desarrollar nuevos algoritmos o fórmulas matemáticas para que las` señales eléctricas y de ultrasonido puedan combinarse en la misma dimensión espacial.

Lowery señala que se instalará un sistema SARA en Tueibngen, Alemania en el 2007 y anticipa un mayor uso en los próximos tres años a medida que SARA capte más atención en la comunidad científica. “Ésta es una herramienta de investigación con aplicaciones clínicas pero necesitamos múltiples aplicaciones para un uso generalizado”, dijo. Otras posibles aplicaciones incluyen estudios no invasivos del aparato digestivo y de la vejiga así como estudios de reproducción en mujeres no embarazadas.

Además de recibir apoyo del NIBIB, la investigación está respaldada por el Instituto Nacional de Enfermedades Neurológicas e Ictus.

Referencias

Eswaran H, Lowery CL, Wilson JD, Murphy P, Preissl H. Fetal magnetoencephalography – a multimodal approach. Developmental Brain Research 154: 57-62, 2005.

Preissl H, Lowery CL, Eswaran H. Fetal magnetoencephalography: current progress and trends. Experimental Neurology 190: S28-S36, 2004.

Los investigadores grabaron un feto a las 36 semanas que respondía a estímulos sonoros y monitorizaron la actividad cerebral espontánea. (Izquierda): Una viñeta indica la posición fetal intrauterina en el momento del estudio obtenida mediante ultrasonido. La localización de la actividad espontánea del cerebral (imagen superior izquierda) y la respuesta a estímulos sonoros (imagen inferior izquierda) se muestra con 151 sensores del sistema SARA. Un mapa codificado por colores muestra la distribución de los campos magnéticos de actividad cerebral y respuesta a sonidos. (imagen superior e inferior derechas). El código de colores se basa en la intensidad y la dirección de los campos magnéticos en un punto de tiempo determinado. Imagen cortesía de Hari Eswaran.

Los investigadores grabaron un feto a las 36 semanas que respondía a estímulos sonoros y monitorizaron la actividad cerebral espontánea. (Izquierda): Una viñeta indica la posición fetal intrauterina en el momento del estudio obtenida mediante ultrasonido. La localización de la actividad espontánea del cerebral (imagen superior izquierda) y la respuesta a estímulos sonoros (imagen inferior izquierda) se muestra con 151 sensores del sistema SARA. Un mapa codificado por colores muestra la distribución de los campos magnéticos de actividad cerebral y respuesta a sonidos. (imagen superior e inferior derechas). El código de colores se basa en la intensidad y la dirección de los campos magnéticos en un punto de tiempo determinado. Imagen cortesía de Hari Eswaran.

Map showing magnetic field distribution for brain activity and sound response

Map showing magnetic field distribution for brain activity and sound response