Carnegie-Mellon-Team erhält ARPA-H-Auftrag zur Verbesserung der Versorgung vor und während einer Geburt

Neues tragbares Überwachungssystem soll die klinische Beurteilung der fetalen Gesundheit verbessern

PITTSBURGH, Pennsylvania, USA--(BUSINESS WIRE)--Die Carnegie Mellon University leitet ein universitätsübergreifendes Team, das von der Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H) eine Förderung von bis zu 39,3 Millionen US-Dollar erhalten hat. Das Team entwickelt ein tragbares Überwachungssystem, mit dem sich eine mögliche Gefährdung des Fetus und deren Ursache besser erkennen lassen. Dadurch sollen Geburt und Entbindung für Mütter und Babys sicherer werden. Das System mit dem Namen OMEGA (Optical, Mechanical, and Electrical Global Assessment of fetal hypoxia) zielt darauf ab, die 50 Jahre alte, indirekte und unzuverlässige Technologie zur Überwachung der fetalen Herzfrequenz durch eine einheitliche Echtzeit-Beurteilung der Sauerstoffversorgung des Fetus und seiner Anpassungsfähigkeit zu ersetzen. Das Projekt ist Teil des ARPA-H-Programms Making Obstetric Care Smart unter der Leitung der ARPA-H-Programmleiterin Kate Arnold, M.D., MBA.

Um zu beurteilen, ob ein Baby während der Geburt gefährdet ist, stützt sich der Versorgungsstandard weiterhin auf die Überwachung der Wehentätigkeit und der fetalen Herzfrequenz. Daran hat sich seit den 1970er-Jahren kaum etwas geändert. Veränderungen der Herzfrequenz eines Babys können zwar auf mögliche Probleme hinweisen. Sie liefern jedoch keine entscheidenden Informationen darüber, ob ein Fetus ausreichend Sauerstoff erhält. In den USA entfällt rund ein Drittel aller Geburten auf Kaiserschnitte. Viele davon werden vorgenommen, weil eine mögliche Gefährdung des Fetus befürchtet wird. Ohne direkte Informationen zum Sauerstoffgehalt beruhen klinische Entscheidungen während der Geburt daher häufig auf unvollständigen Daten.

„Wenn bei einem Fetus der Verdacht auf Hypoxie besteht, müssen Behandlungsteams unter Umständen schnell handeln, ohne die zugrunde liegende Ursache zu kennen“, erklärt Jana Kainerstorfer, Professorin für Biomedical Engineering an der Carnegie Mellon University und Principal Investigator von OMEGA. „Die Fähigkeit, einen Sauerstoffmangel beim Fetus direkt zu messen und die Ursache zu ermitteln, wird erhebliche Auswirkungen auf die Geburtshilfe haben, da sie sicherere Geburten für alle ermöglicht.“

Um genau zu bestimmen, warum es während der Geburt zu fetaler Hypoxie kommt, betrachtet OMEGA das gesamte System und nicht nur den Fetus isoliert. OMEGA wird mehrere nichtinvasive Sensoren integrieren, um Einflussfaktoren bei der Mutter, der Plazenta und der Gebärmutter sowie beim Fetus zu messen. Diese systemische, mechanismusbasierte Lösung trägt der Komplexität der mütterlich-fetalen Physiologie Rechnung. Ärztinnen und Ärzte sollen dadurch nicht nur erkennen können, ob ein Fetus gefährdet ist, sondern auch warum.

Auch wenn die Anwendung neu ist, knüpft die Arbeit eng an Kainerstorfers breiter angelegte Forschung im Bereich der biomedizinischen Optik an. Diese konzentriert sich auf nichtinvasive Verfahren zur Messung von Sauerstoffversorgung und Blutfluss tief im Gewebe. Ihr Labor hat bereits optische Ansätze zur Überwachung der Gehirnphysiologie und der fetalen Gesundheit entwickelt.

„Im Kern interessiert mich, wie Sauerstoff und sein Fehlen das Gehirn in allen Lebensphasen beeinflussen“, so Kainerstorfer. „Aus technologischer Sicht ist die Frage immer dieselbe: Wie misst man physiologische Vorgänge tief im Gewebe, auf das man nicht direkt zugreifen kann? Die Standardüberwachung des Fetus hat sich seit Jahrzehnten nicht grundlegend verändert. Wenn wir Ärztinnen und Ärzten bessere Informationen über die fetale Sauerstoffversorgung liefern können, wäre das ein bedeutender Fortschritt für die Versorgung von Mutter und Fetus.“

Das OMEGA-Projektteam wird mitgeleitet von Tiffany Ko, PhD, Research Scientist am Resuscitation Science Center des Children’s Hospital of Philadelphia (CHOP). Zu dem Team aus neun Partnerinstitutionen gehören außerdem das UPMC Magee-Womens Hospital, die University of Pittsburgh, die University of Notre Dame, die Washington University in St. Louis, die University of Pennsylvania, das Institute of Photonic Sciences in Barcelona, Spanien, und das Tyndall National Institute in Cork, Irland.

„Dieses Projekt bietet die Chance, die Lücke zwischen den Bedürfnissen der Ärzte – zuverlässige Informationen in Echtzeit – und dem, was die derzeitigen Überwachungssysteme leisten können, zu schließen“, so Ko. „Unser Team konzentriert sich auf Methoden, die belastbar und interpretierbar sind und für die Realität im Kreißsaal entwickelt werden. Wir sind überzeugt, dass diese Arbeit die Behandlungsergebnisse für Mütter und Babys unmittelbar verbessern kann. Das Engagement von CHOP für Kinder und Familien macht diese Aufgabe für uns besonders bedeutsam.“

Die USA weisen unter den wohlhabenden Ländern die höchste Morbiditäts- und Mortalitätsrate bei Müttern und Säuglingen auf, obwohl sie pro Kopf mehr für die Versorgung von Müttern ausgeben. Die Weltgesundheitsorganisation berichtet, dass Kaiserschnittraten von mehr als 15 Prozent die Sterblichkeit nicht senken. Sollte sich OMEGA als wirksam erweisen, könnte der innovative Ansatz dazu beitragen, die Kaiserschnittrate in den USA zu senken, die Behandlungsergebnisse für Mutter und Kind zu verbessern und Millionenbeträge bei Gesundheitskosten und Rechtsstreitigkeiten mit Krankenhäusern einzusparen.

„Eine Schwangerschaft ist ein natürlicher physiologischer Prozess. Medizinisch betrachtet stellt sie zugleich eine erhebliche Belastung für Mutter und Fetus dar“, sagte Hyagriv Simhan, MD, OB/GYN und Executive Vice Chair, Obstetrical Services, am UPMC Magee-Womens Hospital sowie Professor of Ob/Gyn/RS an der University of Pittsburgh. „Ärztinnen und Ärzte müssen während der Geburt häufig schwierige Entscheidungen auf Grundlage unvollständiger und unzuverlässiger Daten treffen. Die Zusammenarbeit mit der Carnegie Mellon University und anderen Institutionen aus aller Welt im Rahmen des Projekts OMEGA ist ein vielversprechender Schritt hin zu Technologie- und KI-gestützten Erkenntnissen, die den Kreißsaal verändern und Schwangerschaften für Mütter und Babys sicherer machen werden.“

Über das College of Engineering: Das College of Engineering der Carnegie Mellon University zählt zu den führenden technischen Fakultäten und ist bekannt für seinen Fokus auf interdisziplinäre Forschungszusammenarbeit. Das College beschäftigt sich mit Fragestellungen von wissenschaftlicher und praktischer Relevanz. Unsere „Maker“-Kultur bildet das Fundament all unserer Aktivitäten und führt zu innovativen Ansätzen und wegweisenden Ergebnissen. Unsere renommierte Fakultät legt den Schwerpunkt auf Innovationsmanagement und Engineering, um transformative Lösungen zu entwickeln, die die intellektuelle und wirtschaftliche Vitalität unserer Gesellschaft, unseres Landes und der ganzen Welt stärken. Das Projekt wird unterstützt vom Engineering Research Accelerator.

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