Forskningsprotokol Titel: Billeddiagnostisk evaluering af human placenta in vivo og in vitro Projektansvarlig: Anne Staub Rasmussen, stud. med.

Transkript

1 Forskningsprotokol Titel: Billeddiagnostisk evaluering af human placenta in vivo og in vitro Projektansvarlig: Anne Staub Rasmussen, stud. med. Klinisk problemstilling Når svær placentainsufficens[1] optræder før graviditetsuge 32, skal man afveje risikoen ved at fortsætte graviditeten imod risikoen ved præterm forløsning mht fosterskade og evt. fosterdød [2,3,4,5,6]. I dag vurderes graden af placentainsufficiens primært ved ultralyd (UL)-skanning af selve fosteret, hvor man lægger særlig vægt på Doppler-flow målinger i forskellige venøse og arterielle kar. Det er med UL ikke muligt at vurdere selve moderkagefunktionen. En af de potentielle risici ved nedsat blodflow er hypoksisk tilstand i fosteret. Blod fra fosteret transporteres i de to navlearterier til placenta. Blodet i navlearterierne har et lavt indhold af ilt og et højt indhold af kuldioxid. Når blodet passerer placenta binder hæmoglobinet effektivt ilten til sig. Samtidig diffunderer kuldioxid over til moderen, via kapillærerne i placenta. Efter ilt og kuldioxidudvekslingen i placenta transporteres blodet tilbage til fosteret via navlevenen. Det iltholdige blod transporteres videre til fosterets venstre hjertekammer, der forsyner hjertet og hjernen med iltrigt blod. En reduktion i iltet blod (hypoksæmi) til fosteret vil medføre nedsat iltmætning i arterieblodet og fosteret forsvarer sig mod hypoksæmi ved at benytte et mere effektivt iltoptag og en reduceret metabolisk aktivitet. En af konsekvenserne kan være en nedsat vækst hos fosteret. En mere alvorlig iltmangel vil medføre en hypoksisk tilstand, hvor de perifere organer først bliver påvirket Almindelige klinisk anvendelige foster-undersøgelsesmetoder (EKG, CTG, UL, m.fl.) kan ofte diagnosticere malfunktioner eller dårlig trivsel, men ofte er det ikke muligt at klarlægge den underliggende fysiologiske årsag. Det er således ikke muligt direkte at detektere hypoksiske tilstande i fosteret. Da placenta direkte forbinder fosteret med ilt og næring, vil dette forskningsstudium forsøge at karakterisere mistrivsel af fosteret indirekte ud fra undersøgelser af placenta. Formålet med dette medicinske forskningsår er derfor at benytte avanceret MRskanning in-vivo som nye mulige metoder til fysiologisk indsigt af placenta. Et delformål er yderligere at undersøge om MR- og CT-skanning af placenta perfunderet med kontrastmiddel in vitro kan udrede områder med dårlig karforsyning. Vores hypoteser er: 1. at

2 i) ændringer i BOLD MRI afhænger af ændringer i iltoptag til fosteret og ii) at in-vivo ændringer i iltoptag korrelerer med UL blodflow data. 2. at in vitro placenta angiografi med MR og CT er en mulig teknik til strukturel identifikation af kar i placenta, og at volumetriske teknikker kan appliceres. Histologi kan anvendes til mikrostrukturel evaluering. 3. at i) in vitro kvantitering af placenta (volumen, blodvolumen, m.v.) korrelerer med fosterets størrelse (vægt og mål) og ii) placentae der har vist en lille BOLD-effekt medfører reduktion i fosterets størrelse (vægt og mål) Som opsummering, så er det overordnede formål med dette medicinske forskningsår at belyse om billeddiagnostiske teknikker (MR og CT) og histologi anvendt på placenta kan bibringe med ny fysiologisk viden i fostermonitorering (fysiologi, trivsel, størrelse eller andet). Metode In vivo studier: Både raske gravide og gravide med placenta insufficiens MR-skannes med BOLD-teknik. Resultaterne sammenholdes med de obstetriske oplysninger (d.v.s. barnets størrelse og tilstand ved fødslen, navlesnors ph og SBE, rygning, og Doppler-flow). Undersøgelsen af in vivo placentae foregår i samarbejde med et parallelt projekt, hvor de gravide i forvejen MRskannes med henblik fysiologisk/hæmodynamisk monitorering af fosterets lever og hjerne. Dette projekt er i forvejen godkendt af Videnskabs Etisk Komité. MR-målingerne på placenta in-vivo forventes ikke at medføre en udvidet MR-skanningstid for den gravide. Vi har i 2007 påvist på gravide får, at man med såkaldt BOLD-MR-skanning [7,8,9] kan kvantitere niveauet af anoksi i fosterets organer, bl.a. lever og hjerne. BOLD (Blood Oxygenation Dependent Level) MR-skanning anvendes i udstrakt grad til funktionelle MRI undersøgelser (fmri) i hjernen, hvor man ikke måler CBF i absolutte værdier, men undersøger forskelle i gennemblødningen ved at sammenligne to tilstande, fx kan det undersøges hvilke områder, der aktiveres under fx hviletilstand og aktiv neural tilstand. Idet hjernens regionale gennemblødning af blod stiger betydeligt mere end iltforbruget i fysiologisk aktiverede områder, så stiger mængden af oxygeneret hæmoglobin i hjernen, og tilsvarende aftager mængden af deoxygeneret hæmoglobin. Imidlertid stiger hjernens blodvolumen også når

3 gennemblødningen stiger, hvilket fører til en øget mængde af både oxygeneret og deoxygeneret hæmoglobin, men det er den førstnævnte af disse to faktorer, der er dominerende, når det drejer sig om deoxyhæmoglobinmængden. Deoxyhæmoglobin er i modsætning til oxyhæmoglobin paramagnetisk og påvirker dermed MR-signalet, som bliver kraftigere, når mængden af deoxyhæmoglobin aftager. In vitro studier: Placenta indsamles ved sectio og bliver umiddelbart formalin-perfunderet med perfusionspumpe. Ca. 2 dage derefter udskiftes formalin med en opblanding af et MR kontraststof (Omniscan) og et CT kontrastmiddel (bariumsalt), og opbevares ved 5 ºC i en fosfatbufferopløsning. MR- og CT skanning foretages 0-3 dage derefter (alt efter skannerkapacitet og skannerbooking). MR- og CT-teknikker: Skanninger foretages med henholdsvis en klinisk MR skanner og en klinisk CT skanner. 3D MR skanning foretages med en gradient-echo baseret pulssekvens med isotrop-opløsning (fx 0.3x0.3x0.3 mm 3 ). CT skanning foretages med i aksialt plan, og for begge teknikker kan de optagede data præsenteres tre-dimensionelt og overlejres med hinanden. Analyse sker med programmet Mistar analysis software. En avanceret strukturel repræsentation af MR og CT billeder vil forsøges udarbejdet i samarbejde med Center for Avanceret Visuel Interaktion (CAVI, Aarhus Universitet). Patologisk undersøgelse af placenta: Disse foretages med standard teknik tilpasset de enkelte placentaes MR-fund af overlæge Estrid Stæhr Hansen, Patologisk Institut. Statistik: Det er ikke umiddelbart muligt at foretage styrkeberegning mhp. hvor mange placentaer og hvor mange gravide, der bør inkluderes i dette studium. Antallet af gravide, der forløses på Århus Universitetshospital er dog så stort, at der næppe vil opstå problem med tilgangen til placentaer. Forskningsår tilknytning og muligheder for gennemførelse Placentae afhentes på Gyn Afd. Y, Skejby Sygehus efter sectio og perfusionen af placentae vil foregå på Klinisk Institut, Skejby Sygehus. Herefter MR-skannes placentae på MR-centret og

4 CT-skannes på Radiologisk Afdeling, Skejby Sygehus. Mikroskopi af placentae foretages på Patologisk Institut, Århus Sygehus, Nørrebrogade. Etiske overvejelser Der forventes anvendt ca. 20 placentae (10 i hver gruppe). Undersøgelsen af in vivo placentae foregår i samarbejde med et andet projekt, hvor de gravide i forvejen skannes med henblik på BOLD-målinger på fosterets lever og hjerne. Dette projekt godkendes i forvejen af Videnskabs Etisk Komité. Der indhentes desuden samtykke om journalindsigt ved Datatilsynet. Tidsplan Studiet inddeles i 4 dele: 1. Fiksering af placentae, samt MR og CT-angiografi af disse (ca. 4 mdr). 2. Strukturel analyse og visuelt udviklingsarbejde (ca. 3 mdr). 3. BOLD-MR-skanning af placentae in vivo (ca. 4 mdr). 4. Databearbejdning og rapportskrivning (ca. 8 mdr). Rapportskrivning og artikelskrivning foretages løbende men selvfølgeligt primært i sidste del af forskningsåret. Måned: : 2: 3: 4: Vejledere Michael Pedersen, lektor, Klinisk Institut, Aarhus Universitet. Har stor erfaring med billeddiagnostiske teknikker.

5 Anne Sørensen, kursusreservelæge, Gyn./Obstet afd., Ålborg Sygehus. Har gennemført BOLD-MR af fårefostre in vitro og har netop fået udpeget abstract som et af de 5 bedste på verdenskongres i føtal medicin. Niels Uldbjerg, professor, dr. Med., Gyn./Obstet afd., Skejby Sygehus. Har en lang forskningsbaggrund. Estrid Stæhr Hansen, overlæge, Patologisk Institut, Århus Sygehus, Nørrebrogade. Har stor erfaring med mikroskopisk vurdering af placentae. Øvrige projektdeltagere Peter Agger, stud. med. Er aktuelt i gang med forskningsår og har erfaring med betjening af perfusions-pumpen. Thomas Sangild, datalog. Er tilknyttet Center for Avanceret Visuel Interaktion, arbejder med fremstilling af 3D billeder. Referencer [1]Chaddha V, Viero S, Huppertz B, Kingdom J. Developmental biology of the placenta and the origins of placental insufficiency. Seminars in Fetal & Neonatal Medicine 2004; 9: [2]Lenstrup C, Uldbjerg N. Monitorering af intrauterin væksthæmning. Ugeskrift for læger 2003; 165/46: [3]Bamberg C, Kalache KD. Prenatal diagnosis of fetal growth restriction. Seminars in Fetal & Neonatal Medicine 2004; [4]Cetin I. Placental transport of amino acids in normal and growth-restricted pregnancies. European Journal of Obstetrics & Gynecology and reproductive Biology 2003; 110: [5]Cetin I, Ronzoni S, Marconi A, Perugino G, Corbetta C, Battaglia F, Pardi G. Maternal concentrations and fetal-maternal concentration differences of plasma amino acids in normal

6 and intrauterine growth-restricted pregnancies. American Journal of Obstetric Gynecology 1996; 174: [6]Sibley CP, Turner MA, Cetin I, Ayuk P, Boyd CAR, D Souza SW, Glazier JD, Greenwood SL, Jansson T, Powel T. Placental Phenotypes of Intrauterine Growth. Pediatric research 2005; 58: [7]Wedegärtner U, Tchirikov M, Schäfer S, Priest A, Kooijman H, Adam G, Schröder H. Functional MR Imaging: Comparison of BOLD Signal Intensity Changes in Fetal Organs with Fetal and Maternal Oxyhemoglobin Saturation during hypoxia in Sheep. Radiology 2006; 238: [8]Wedegärtner U, Tchirikov M, Koch M, Adam G, Schröder H. Functional magnetic resonance imaging (fmri) for fetal oxygentaion during maternal hypoxia: initial results. Fortschr Röntgenstr 2002; 174: [9]Wedegärtner U, Tchirikov M, Schäfer S, Priest A, Walther M, Adam G, Schröder H. Fetal Sheep Brains: Findings at functional Blood Oxygen Level-Dependent 3-T MR Imaging- Relationship to Maternal Oxygen Saturation during Hypoxia. Radiology 2005; 237: [10]Gude NM, Roberts CT, Kalionis B, King RG. Growth and function of the normal human placenta. Thrombosis research 2004; 114:

7 Kurser, der forventes fulgt ud over det obligatoriske kursusprogram 1. MR-kursus forår Grafisk fremstilling (32/25) 3. Medicinsk digital billedbehandling (86/07) 4. Skrift. videnskabelig præsentation (103/15) Vurdering fra vejleder