Il nuovo dispositivo offre dati sull'allattamento al seno in tempo reale per genitori e medici

Il nuovo dispositivo offre dati sull'allattamento al seno in tempo reale per genitori e medici

Sebbene l’allattamento al seno abbia molti vantaggi per la madre e il suo bambino, presenta uno svantaggio importante: è incredibilmente difficile sapere quanto latte sta consumando il bambino.

Per incoraggiare l’allattamento al seno, un team interdisciplinare di ingegneri, neonatologi e pediatri della Northwestern University ha sviluppato un nuovo dispositivo indossabile in grado di fornire un monitoraggio continuo di livello clinico del consumo di latte materno.

Il dispositivo discreto si avvolge silenziosamente e comodamente attorno al seno della madre che allatta durante l'allattamento e trasmette i dati in modalità wireless a uno smartphone o tablet. La madre può quindi vedere una rappresentazione grafica dal vivo di quanto latte ha consumato il suo bambino in tempo reale.

Eliminando l'incertezza, il dispositivo può garantire tranquillità ai genitori durante i primi giorni e le prime settimane del loro bambino. In particolare, la nuova tecnologia potrebbe aiutare a ridurre l’ansia dei genitori e migliorare la gestione clinica della nutrizione per i bambini vulnerabili nell’unità di terapia intensiva neonatale (NICU).

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista mercoledì (14 maggio).Ingegneria Biomedica della Natura. Per garantirne l’accuratezza e la praticità, il dispositivo è stato sottoposto a diversi livelli di valutazione rigorosa, tra cui modelli teorici, esperimenti su banco e test su un gruppo di neo mamme ospedalizzate.

"È stata a lungo una sfida per i genitori e gli operatori sanitari sapere esattamente quanto latte riceve un bambino durante l'allattamento al seno", ha affermato John A. Rogers della Northwestern, che ha guidato lo sviluppo del dispositivo. “Questa tecnologia elimina questa incertezza e fornisce un modo comodo e affidabile per monitorare il consumo di latte in tempo reale, sia in ospedale che a casa”.

L’incertezza sul fatto che un bambino riceva abbastanza nutrimento può causare stress alle famiglie, in particolare alle madri che allattano con bambini prematuri nel reparto di terapia intensiva. Attualmente esistono solo metodi scomodi per misurare quanto latte ha consumato un bambino durante l'allattamento, ad es. B. Pesare il bambino prima e dopo la poppata. Ci aspettiamo che questo sensore rappresenti un importante progresso nel mantenimento dell’allattamento, riducendo lo stress per le famiglie e aumentando la rassicurazione per i medici man mano che i bambini progrediscono con l’allattamento al seno ma necessitano ancora di supporto nutrizionale. Ridurre l’incertezza e sostenere le famiglie nel raggiungimento dei propri obiettivi relativi all’allattamento al seno porta a bambini più sani, madri più sane e comunità più sane. “

Il dottor Daniel Robinson, neonatologo della Northwest Medicine e collega infermiere dello studio

Rogers è un pioniere della bioelettronica, professore di scienza e ingegneria dei materiali, ingegneria biomedica e chirurgia neurologica alla Northwestern, dove ricopre incarichi presso la McCormick School of Engineering e la Feinberg School of Medicine, nonché direttore del Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB). Robinson è professore associato di pediatria presso Feinberg e medico curante nella divisione di neonatologia presso l'Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital di Chicago. Rogers e Robinson hanno condotto lo studio con i dott. Craig Garfield, professore di pediatria alla Feinberg e medico alla Lurie Children's, e la dottoressa Jennifer Wicks, pediatra alla Lurie Children's.

Tre ricercatori post-dottorato del QSIB hanno contribuito in egual misura al progetto, ciascuno dei quali è membro di facoltà in Corea: Jiyhe Kim, assistente professore presso l'Università di Ajou, ha guidato la progettazione del dispositivo e ha supportato gli studi clinici. Seyong OH, assistente professore all'Università di Hanyang, ha sviluppato l'elettronica wireless; e Jae-young Yoo, assistente professore alla Sungkyunkwan University, hanno sviluppato metodi per l'analisi dei dati. Kim e OH sono coautori con Raudel Avila, assistente professore di ingegneria meccanica alla Rice University e Ph.D. della Northwestern. laureato che ha guidato la modellazione al computer.

Affrontare un bisogno insoddisfatto

Il progetto è iniziato quattro anni fa, quando neonatologi e pediatri del team Lurie Children si sono rivolti al team Rogers presentando un bisogno critico e insoddisfatto. Poiché il trasferimento del latte dalla madre al bambino non è visibile durante l'allattamento e il flusso del latte varia, è quasi impossibile conoscere l'esatto volume del latte di un bambino in una sola sessione.

"Al momento non esistono metodi affidabili per sapere quanto mangiano i bambini durante l'allattamento", ha detto Wicks, che è madre di tre figli. "Alcuni pediatri e consulenti per l'allattamento utilizzano una bilancia per pesare un bambino prima e dopo l'allattamento, e questa misurazione fornisce una stima decente della quantità di latte che il bambino ha bevuto. Ma sfortunatamente, le scuole per bambini non sono piccole e la maggior parte delle persone non possiede seggiolini per bambini.

Un'altra opzione per le madri è quella di pompare il latte materno in un biberon. Sebbene l’allattamento artificiale fornisca misurazioni accurate del volume e una conferma visiva che il bambino sta consumando latte, elimina i benefici del contatto pelle a pelle. Le fasi aggiuntive di estrazione, conservazione e manipolazione del latte richiedono molto tempo e possono persino aumentare il rischio di contaminazione batterica.

"L'allattamento al seno presenta numerosi vantaggi rispetto all'allattamento al seno con il biberon", ha affermato Wicks. "Innanzitutto, questo legame pelle a pelle è vantaggioso sia per i bambini che per le madri. Inoltre, l'allattamento al seno vero e proprio spesso stimola meglio la produzione di latte."

Sebbene altri ricercatori accademici e piccole start-up abbiano studiato le tecnologie per monitorare aspetti del latte materno e dell’alimentazione, gli studi sottoposti a revisione paritaria sono scarsi.

"Sulla base delle nostre revisioni della letteratura scientifica e delle nostre discussioni con pediatri e neonatologi, non esistono tecnologie clinicamente validate che rispondano a questa importante esigenza medica", ha affermato Rogers. “Il nostro lavoro colma questa lacuna.”

Metti in atto la giusta strategia

Il team di Rogers aveva precedentemente sviluppato sensori corporei wireless morbidi e flessibili per monitorare i bambini nell'unità di terapia intensiva, nonché sensori indossabili per monitorare il drenaggio del flusso di liquidi attraverso shunt, comunemente usati per trattare pazienti con idrocefalo. Con esperienza di lavoro con popolazioni vulnerabili e di sviluppo di dispositivi che misurano il flusso dei fluidi, Rogers e il suo team erano i candidati ideali per il progetto.

"I nostri colleghi clinici ci hanno chiesto se potevamo sviluppare un sensore che consentisse alle neo mamme di determinare quanto latte consumano i loro bambini durante una sessione di cura", ha detto Rogers. "All'inizio non eravamo sicuri di come affrontare il problema. Le strategie che abbiamo utilizzato per ottenere il flusso attraverso gli shunt che attraversano punti superficialmente sotto la pelle non funzionano perché i dotti lattiferi sono troppo al di sotto della superficie della pelle."

Dopo anni di tentativi falliti basati su metodi per monitorare le proprietà ottiche del seno, per quantificare i movimenti di suzione, per monitorare gli eventi di deglutizione e molti altri, alla fine si è optato per una tecnica straordinariamente semplice. Il dispositivo invia una piccola corrente elettrica sicura attraverso il torace utilizzando due piccoli cuscinetti, o elettrodi, posizionati sulla pelle. Un'altra coppia di elettrodi rileva la differenza di tensione associata a questa corrente.

Quando il bambino beve il latte, la quantità di latte nel seno diminuisce. Questa riduzione si traduce in un cambiamento nelle proprietà elettriche del seno in modo sottile ma misurabile. Questi cambiamenti sono direttamente correlati alla quantità di latte rimosso dal seno. Maggiore è la quantità, maggiore è la variazione delle proprietà elettriche. Anche se sottile, questo cambiamento può essere calibrato con precisione durante l’allattamento al seno e quantificato per la visualizzazione in tempo reale su uno smartphone.

"Questo è un concetto chiamato bioimpedenza ed è spesso usato per misurare il grasso corporeo", ha detto Rogers. "Poiché muscoli, grasso, ossa e tessuti conducono l'elettricità in modo diverso, la bioimpedenza può portare a una misurazione accurata del contenuto di grasso. In modo concettualmente simile, possiamo quantificare la variazione del volume del latte all'interno del seno. Questa è stata l'ultima strategia che purtroppo abbiamo provato.

Test rigorosi

Dopo aver progettato i prototipi iniziali, il team di ingegneri li ha ottimizzati attraverso diverse fasi di test e modellazione. Innanzitutto, hanno costruito modelli semplificati di un seno utilizzando materiali che imitano le proprietà elettriche della pelle, del grasso e del latte. Controllando da vicino la quantità di “latte” in questi modelli, i ricercatori sono stati in grado di vedere come i dati del dispositivo cambiavano con il volume di “latte”.

Guidato da Avila alla Rice, il team ha poi creato modelli computerizzati dettagliati del seno basati sull'anatomia reale. Le loro simulazioni al computer basate sulla fisica hanno monitorato i cambiamenti fisiologici che si verificano durante l’allattamento al seno. Utilizzando la bioimpedenza, Avila ha collegato in tempo reale il flusso di segnali elettrici alla quantità di latte che lascia il seno. I modelli computerizzati anatomicamente corretti del suo team includono forme del seno e distribuzioni dei tessuti specifiche del paziente, consentendo loro di testare come il posizionamento del sensore e le fluttuazioni dei tessuti influenzano le letture.

“I risultati della nostra simulazione corrispondevano alle tendenze degli esperimenti e degli studi clinici sull’uomo”, ha affermato Avila. “Collegare i nostri modelli all’impatto nel mondo reale è sempre un punto saliente, e questo è possibile solo attraverso la collaborazione tra team sperimentali, di modellazione e clinici”.

Personalizzato per adattarsi a tutte le forme e dimensioni

Il dispositivo risultante è un cavo sottile, morbido e flessibile che si avvolge leggermente attorno alla circonferenza esterna del torace. In ciascuna estremità del cavo sono integrati elettrodi che aderiscono delicatamente alla pelle. Al centro del cavo tra gli elettrodi si trova una piccola e leggera “stazione base”, che si monta delicatamente sulla pelle. Racchiusa in un alloggiamento morbido in silicone, la stazione base contiene una piccola batteria ricaricabile, la tecnologia Bluetooth per la trasmissione dati senza fili e un chip di memoria.

Poiché ogni madre presenta differenze in termini di densità, forma e dimensione del seno, il dispositivo può essere personalizzato attraverso un'unica calibrazione. Per calibrare il sistema, la madre indossa il dispositivo mentre utilizza un tiralatte collegato a un biberon con contrassegni del volume. Ciò consente all'utente di conoscere l'esatto volume di latte in un determinato periodo di tempo. Nel frattempo, il dispositivo registra le proprietà elettriche del seno durante tutto il processo di estrazione. Questo schema di calibrazione insegna al dispositivo come interpretare i cambiamenti nei segnali elettrici per ogni particolare dado.

Dopo aver sviluppato i prototipi, il team ha testato il dispositivo su 12 madri che allattavano, sia nel reparto di terapia intensiva che a casa. Per valutare se il dispositivo fosse coerente e affidabile nel tempo, i ricercatori hanno effettuato misurazioni multiple sulle stesse madri, coprendo periodi di tempo fino a 17 settimane.

In questa prima fase di test, le madri indossavano il sensore durante l'estrazione, poiché questo importante passaggio richiedeva che le madri misurassero accuratamente la quantità di latte che stavano esprimendo. In una sessione di test, i ricercatori hanno confrontato i dati del dispositivo con la differenza di peso del bambino prima e dopo l'allattamento. Nel complesso, i risultati sono stati sorprendentemente simili tra le quantità nella bottiglia e le quantità rilevate dal sensore.

Migliorare l’assistenza nel reparto di terapia intensiva

Anche se il dispositivo fornirebbe informazioni rassicuranti e utili a tutti i genitori, Robinson e Wicks affermano che i bambini in terapia intensiva neonatale trarrebbero maggiori benefici da un attento monitoraggio. Sapere quanto mangia un bambino in terapia intensiva neonatale è ancora più importante rispetto ai neonati sani e a termine.

Questi bambini hanno spesso bisogni nutrizionali precisi. Ad esempio, i bambini prematuri potrebbero avere un sistema digestivo sottosviluppato, che li rende più suscettibili alle intolleranze alimentari. Volumi di alimentazione accurati possono aiutare a ridurre al minimo i rischi di sviluppare disturbi intestinali e reflusso.

"Alcuni bambini sono limitati a un certo numero di poppate alla volta", ha detto Wicks. "I bambini nati prematuri o che si stanno riprendendo da un intervento chirurgico, possono mangiare solo piccole quantità di latte molto lentamente. Spesso non possiamo permettere loro di allattare al seno perché non abbiamo modo di sapere quanto latte ricevono dalla madre. Un sensore per monitorare questo per allattare questi bambini con maggiore successo insieme alla madre."

Istruzioni future

Per diventare ancora più facile da usare, i ricercatori prevedono che la tecnologia potrebbe eventualmente essere integrata in indumenti intimi comodi come i reggiseni per l’allattamento. Ciò migliorerebbe ulteriormente l’usabilità e l’esperienza complessiva del dispositivo per le madri.

I ricercatori continuano a pianificare il completamento di confronti completi del peso pre e post pasto. Il team vuole inoltre garantire che il sensore possa essere utilizzato da madri con un'ampia gamma di tonalità della pelle. Mentre la versione attuale del dispositivo cattura il latte che scorre dal seno, le future iterazioni potrebbero aggiungere latte al seno. Quindi le madri potrebbero monitorare i cambiamenti nella produzione di latte nel tempo. Il team prevede inoltre di ottimizzare ulteriormente il dispositivo in modo che possa ottenere informazioni ancora più dettagliate, come la qualità del latte e il contenuto di grassi.

“L’allattamento al seno può essere estremamente emozionante per le madri, in parte a causa dell’incertezza sulla quantità di latte che ricevono i loro bambini”, ha detto Wicks. "Può essere accompagnato da molta tristezza perché le madri si sentono ansiose e non stanno facendo un buon lavoro. Spesso le madri provano ansia, frustrazione o sintomi di depressione e smettono del tutto di allattare.

"Ci sono molti fattori che rendono difficile l'allattamento al seno. Se riesci a eliminare parte dell'incertezza e a rassicurarle che stanno producendo abbastanza latte, ciò aiuterà davvero ad alleviare parte dello stress e dell'ansia. Per tutte le madri di tutto il mondo, che si trovano in tutte le diverse fasi del loro percorso di allattamento al seno.

Lo studio, “un sistema compatto e wireless per il monitoraggio continuo del latte materno espresso durante l’allattamento”, è stato sostenuto dal Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, dalla Defense Health Agency, dalla National Research Foundation of Korea e dalla Haythornthwaite Foundation.

Fonti: