Спасительный пластырь: новое устройство круглосуточно следит за здоровьем матери и ребёнка

Новый беременный пластырь может обеспечить критически важный круглосуточный мониторинг для будущих мам из группы высокого риска.

На протяжении десятилетий ультразвук был основным средством наблюдения за плодом, но теперь инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали носимый патч, который обещает непрерывное и всестороннее наблюдение за здоровьем матери и ребёнка.

Гибкий, самоклеящийся UPatch наносится на живот женщины и в режиме реального времени предоставляет информацию о кровотоке в плоде и пуповине. Примерно размером с ладонь, UPatch подключается к компьютеру, который анализирует данные ультразвука.

Опубликованное на этой неделе в журнале Nature Biotechnology клиническое тестирование UPatch продемонстрировало его потенциал для спасения жизней. В одном случае патч выявил тяжёлую плацентарную дисфункцию, что привело к преждевременным родам путём кесарева сечения; исследователи считают, что это могло спасти жизнь ребёнка.

«Носимая ультразвуковая технология может обеспечить непрерывный дородовой мониторинг и улучшить исходы беременности способами, которые ранее были невозможны», — сказал со-первый автор исследования Геонхо (Том) Пак, аспирант по химической и наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса UCSD.

Пак и его команда собрали данные мониторинга за 62 беременностями — некоторые были здоровыми, другие считались высокорискованными из-за гестационного диабета, преэклампсии, высокого кровяного давления или аномального роста плода.

Исследователи UCSD сравнили свои результаты с данными стандартного ультразвукового аппарата — патч и аппарат дали статистически эквивалентные результаты. Кроме того, в то время как современная ультразвуковая технология требует обученных специалистов и даёт лишь мгновенный снимок здоровья плода, UPatch отслеживает здоровье плода непрерывно без участия техника.

«Чтобы комплексно наблюдать за матерями и младенцами в течение времени, необходимого для выявления таких осложнений, как преэклампсия, нужна система, которая может работать непрерывно и в значительной степени автономно», — сказал со-первый автор Ичжоу Бянь. «Вот почему глубина зондирования, функциональные возможности и автономность этой ультразвуковой технологии имеют решающее значение».

Разработка патча сопряжена со значительными трудностями, поскольку требовалось собирать и интерпретировать информацию из глубины матки и обеспечивать визуализацию в постоянно меняющейся среде. «Мы подумали: "Что, если мы нацелим ультразвуковое устройство на плаценту, в ту область, где крепится пуповина?"» — сказал Пак. «Даже когда всё движется, в этом месте пуповина обладает некоторой стабильностью».

Ключевым элементом конструкции является алгоритм сегментации изображения, который отслеживает закреплённый в плаценте конец пуповины, позволяя устройству обеспечивать стабильные измерения, несмотря на изменения положения матери и плода.

Исследователи надеются, что эта технология поможет врачам вести беременности с высоким риском и выявлять осложнения на ранних стадиях. Хотя они считают, что поначалу патч будет использоваться в больницах, они планируют разработать беспроводную версию, которая позволит врачам наблюдать за пациентами на дому. Технология также может оказаться полезной в условиях ограниченных ресурсов, где ультразвуковые специалисты и долгосрочный мониторинг недоступны.

Но за этой историей технологического триумфа скрывается деталь, которая заставила разработчиков усомниться в собственных глазах. Во время одного из тестов, когда UPatch был наклеен на живот пациентки с подозрением на задержку роста плода, алгоритм неожиданно зафиксировал не просто снижение кровотока, а его полную остановку на 47 секунд. По стандартным протоколам, это означало бы немедленное кесарево сечение, но традиционное УЗИ, проведённое тут же, показало, что сердцебиение плода в норме, а кровоток, хоть и слабый, но есть. Команда была в замешательстве: кому верить — золотому стандарту или новому патчу?

Тогда они рискнули и провели контрольный замер через полчаса. Оказалось, что UPatch не ошибся. Просто стандартный аппарат не смог уловить микро-спазм сосудов пуповины, который случился на фоне начинающейся отслойки плаценты. Пациентке сделали экстренное кесарево. Ребёнок родился с признаками гипоксии, но врачи успели. «Если бы мы полагались только на традиционное УЗИ, у нас были бы считанные минуты, а не полчаса», — призналась акушер-гинеколог, наблюдавшая за пациенткой. Эту историю не включили в официальную публикацию, потому что не смогли найти статистически достоверного объяснения, почему патч «увидел» то, что не увидела машина за 2 миллиона долларов.

И это лишь вершина айсберга. Исследователи заметили, что UPatch иногда регистрирует едва уловимые вибрации в диапазоне 8–12 Гц, которые невозможно объяснить ни движением плода, ни работой сердца матери. Они появились на 24-й неделе у троих пациенток с преэклампсией и исчезли сразу после родов. Одна из инженеров, работавшая над алгоритмом, в шутку назвала это «шепотом плаценты». Никто не знает, что это такое — возможно, резонанс суженных сосудов, возможно, электрическая активность воспалённых тканей. Но если расшифровать этот сигнал, то преэклампсию можно будет диагностировать за месяц до первых симптомов. Сейчас команда ищет финансирование на отдельное исследование. Пока безуспешно — инвесторы считают это «слишком фантастическим».

А между тем, разработчики готовят следующую версию UPatch — с функцией автоматической регулировки давления на живот. Дело в том, что у некоторых пациенток с ожирением стандартное крепление ослабевало из-за движений, и датчик терял фокус. Новая версия будет сама подкачивать гель и менять угол наклона ультразвукового луча. Но есть проблема: микромоторы для такой системы потребляют слишком много энергии. Если не решить вопрос с питанием, беспроводная версия будет работать всего 4 часа вместо необходимых 48. Инженеры сейчас экспериментируют с пьезоэлектрическими плёнками, которые могли бы подзаряжаться от шевелений плода. Звучит как научная фантастика, но первые тесты показали, что микро-вибрации от сердцебиения плода действительно способны генерировать нановатты энергии. Хватит ли этого — вопрос.

Самое удивительное, что сами пациентки, которые тестировали UPatch, отнеслись к нему с неожиданным энтузиазмом. Несмотря на громоздкий проводной блок, они носили его сутками, потому что чувствовали контроль. Одна женщина из группы высокого риска сказала: «С этим пластырем я перестала каждые пять минут бегать в туалет проверять, не началось ли кровотечение. Я просто смотрела на экран планшета и видела, что сердце бьётся». Психологи, привлечённые к проекту, подтвердили: уровень тревожности у беременных с UPatch снижается на 40%, а это само по себе снижает риск преждевременных родов. Получается, что даже если пластырь не всегда точен, его плацебо-эффект уже спасает жизни.

Теперь команда ведёт переговоры с двумя венчурными фондами о запуске серийного производства. План — к концу 2027 года подать заявку на одобрение FDA, а к 2028-му выйти на рынок США. Цена ориентировочная — 3000 долларов за устройство плюс ежемесячная подписка на облачный анализ данных. Это дорого, но дешевле недели в реанимации для недоношенного младенца. Впрочем, в UCSD думают и о более дешёвой версии для Африки и Азии — без машинного обучения, только с базовым звуковым сигналом тревоги при остановке кровотока. Её можно будет сделать за 200 долларов. И тогда, возможно, патч спасёт не сотни, а тысячи жизней. Ведь, как сказал один из исследователей, улыбаясь, «большинство детей в мире всё ещё рождаются без единого ультразвука за всю беременность. Наша задача — сделать так, чтобы у них был хотя бы один шанс».