Korrektur eines historischen Versagens in der Frauengesundheit

Wie entstand Ihr Interesse an der Anwendung von Materialwissenschaften auf Herausforderungen in der Frauengesundheit?

Als ich Doktorand in orthopädischer Biomechanik war, nahm ich einen Anruf von einem Geburtshelfer entgegen, der wissen wollte, ob es jemanden in meinem Labor gäbe, der Kräfte messen könnte. Er interessierte sich für Frühgeburten und wollte wissen, ob ein medizinisches Verfahren, das er durchführte, die Eigenschaften der fötalen Membran verändern könnte, um sie anfälliger für einen vorzeitigen Bruch zu machen. Wir arbeiteten an einer Studie zusammen, um diese Frage zu untersuchen, und begannen dann mit einer allgemeineren Zusammenarbeit, und als ich meine Promotion abschloss, wurde ich finanziert und arbeitete in der Abteilung für Geburtshilfe und Gynäkologie (OB/GYN) und promovierte über Knochen und Biomaterialien weiter die Seite.

Wir können alles, was wir tun, in Bezug auf die Materialien so anpassen, dass wir die Möglichkeit haben, zu testen, was wichtig ist

Wie nutzen Sie die Materialwissenschaften heute in Ihrer Forschung?

Mein derzeitiger Fokus liegt auf der Fortpflanzung, daher interessiert mich Frühgeburt und wie man sie verhindert, wie man sie diagnostiziert, wie man davon wegkommt, dass eines von 10 Babys weltweit früh geboren wird, was zu einem ganzen Haufen führen kann von Folgeeffekten. Eine der Herausforderungen bei der menschlichen Schwangerschaft besteht darin, dass es keine guten Tiermodelle gibt, um sie zu untersuchen, da sich die Plazenta bei verschiedenen Säugetierarten so entwickelt hat, dass sie seltsam unterschiedlich ist. Das bedeutet, dass in vitro Modelle, bei denen wir menschliche Zellen mit Biomaterialien kombinieren, und in silico Modelle, bei denen wir Computermodelle materieller Systeme erstellen, sind von entscheidender Bedeutung, da sie es uns ermöglichen, Dinge wie die frühe Entwicklung der Plazenta zu untersuchen, die ansonsten aufgrund der ethischen Probleme bei der Untersuchung gefährdeter Bevölkerungsgruppen unmöglich wären.

Um welche Arten von Biomaterialien handelt es sich?

Natürliches Gewebe besteht aus Zellen und einer extrazellulären Matrix (ECM), die aus Dingen wie Kollagen, Proteinen und Zuckern in einem komplexen Netzwerk besteht, an dem Moleküle beteiligt sind, die mit den Zellen kommunizieren. Wenn wir beispielsweise aus Hydrogelen oder Polymermaterialien eine künstliche ECM herstellen, können wir die Zellen in eine Umgebung bringen, in der wir Dinge wie die Steifheit des Materials oder seine Porengröße kontrollieren können, die die Diffusion beeinflussen. Wir können alles, was wir tun, vom Materialstandpunkt aus anpassen, um zu versuchen, ein System zu schaffen, das mit den Zellen auf eine Weise interagiert, die nicht nur das natürliche System nachbildet, sondern uns auch die Möglichkeit gibt, zu testen, was wichtig ist. Ist zum Beispiel die Steifigkeit der Matrix wichtig? Ist Diffusion wichtig? Gibt es chemische Signale, die wir erhalten können, wenn wir unserer künstlichen ECM Moleküle hinzufügen, die wichtig sind?

Was sind die Anwendungen dieser Forschung?

Wir interessieren uns für ein paar Dinge. Einer davon ist der vorzeitige Blasensprung, der bei etwa 3 % aller Schwangerschaften auftritt, aber aufgrund der Zunahme fetaler Operationen immer häufiger vorkommt. Verfahren zur Korrektur von Fehlbildungen des Fötus vor der Entbindung oder zur Korrektur der Plazenta beinhalten notwendigerweise das Durchschneiden des Beutels mit „Wasser“, das Fruchtwasser enthält, das während der Schwangerschaft sowohl an Druck als auch an Volumen zunimmt. Dies führt zu einem größeren Risiko, dass die Fruchtblase vor der Entbindung platzt, also haben wir versucht, einen Patch herzustellen, indem wir einen Tissue-Engineering-Ansatz verwenden, um die Region, in der der Chirurg durchgeschnitten hat, mechanisch zu stärken.

Wir interessieren uns auch für die frühe Entwicklung der Plazenta. Wir haben Hydrogelmaterialien hergestellt, die die innere Auskleidung der Gebärmutter nachahmen, Materialien, die als ECM für die Zellen der frühen Plazenta fungieren können, während wir versuchen zu verstehen, wie diese Entwicklung abläuft. Dinge, die in diesem frühen Stadium, im ersten Trimester der Schwangerschaft, schief gehen, zeigen sich tendenziell im dritten Trimester bei Erkrankungen wie Präeklampsie und fötaler Wachstumsbeschränkung. Beides kann zu einer erheblichen fötalen Morbidität und Mortalität führen, und Präeklampsie kann auch zu mütterlicher Morbidität und Mortalität führen. Im Grunde versucht die Plazenta, Sie zu töten, wenn Sie schwanger sind, und die Plazenta gehört dem Fötus. Es kommt nicht aus dem Gewebe der Mutter; Es gehört vollständig dem Fötus, hat aber all diese endokrinen Signalfunktionen, die den Blutdruck der Mutter beeinflussen können. Das passiert bei Präeklampsie, wo der Blutdruck der Frau gefährlich hoch werden kann.

Welche anderen Überschneidungen gibt es zwischen Materialwissenschaft und Frauengesundheit?

Frauengesundheit ist ein sehr großes, vielfältiges Feld. Ich arbeite an Schwangerschaft, aber es gibt auch Bereiche, die mit Aspekten des weiblichen Fortpflanzungssystems außerhalb der Schwangerschaft zusammenhängen (z. B. bestimmte Krebsarten), und Bereiche, die sich auf medizinische Probleme beziehen, die bei Frauen häufiger auftreten (z. B. Osteoporose) oder die sich anders darstellen aufgrund einer hormonellen Komponente (z. B. Herzkrankheit).

Krankheiten und Leiden, die hauptsächlich oder ausschließlich bei Frauen auftreten, wurden im Verhältnis zu ihrer Belastung für die Gesellschaft unterfinanziert

Die Möglichkeiten der Materialwissenschaft sind vielfältig. Einer der ausgereiftesten Bereiche, obwohl die Leute nicht unbedingt so darüber denken, ist die Empfängnisverhütung. Kondome bestehen aus Materialien, Diaphragmen bestehen aus Materialien, Intrauterinpessaren und Implantate wie Norplant, die Hormone freisetzen – all diese Dinge bestehen aus Materialien.

Eine andere Art der Interaktion zwischen Materialwissenschaft und Frauengesundheit, die kürzlich in den Nachrichten war, betrifft Vaginalnetzimplantate, die zur Behandlung von Harninkontinenz und Beckenbodenproblemen verwendet werden. Die Materialien in diesen Implantaten wurden erfolgreich für Hernienoperationen verwendet, aber als sie für den Einsatz in der Vagina wiederverwendet wurden, entsprachen sie nicht den erforderlichen Eigenschaften. Sie waren zu steif, und in einer Reihe von hochkarätigen Fällen verursachten die Implantate viel mehr Schmerzen als sie korrigierten.

Aber das Problem ist, dass der ursprüngliche Zustand ein schrecklicher ist. Viele Frauen, nicht nur diejenigen, die ein Kind geboren haben, erleben mit zunehmendem Alter einen Vorfall der Beckenorgane, und in einigen Fällen fällt die Gebärmutter in die Vagina bis zu dem Punkt, an dem sie tatsächlich beginnt, den Körper zu verlassen, und Sie können sehen und fühle es. Dies ist eine entsetzliche Sache, die früher nicht diskutiert wurde, und ein Teil des Lichts auf die Gesundheitsprobleme von Frauen besteht darin, über Dinge zu sprechen, die wir früher für eklig hielten. Es geht darum, die Leute dazu zu bringen, zu sagen: „Eigentlich ist das wahrscheinlich meiner Großmutter passiert und sie hat nicht darüber gesprochen aus Scham und weil das ‚Frauenprobleme‘ waren und wir das im Schrank aufbewahrt haben.“ Diese Dinge ans Licht zu bringen und darüber zu sprechen, ist ein großer Teil der Lösung.

Heute werden neue Ansätze für Beckenbodenprobleme erwogen, wobei meist Materialien verwendet werden, die ganz andere mechanische Eigenschaften und Geometrien haben als die, die für Hernien entwickelt wurden. Ich denke also, dass dieser Bereich eine sehr hoffnungsvolle Zukunft hat, aber zusätzlich zu all den anderen Herausforderungen, die mit Regulierung und Medizinprodukten und der Markteinführung neuer Produkte zu tun haben, müssen die Menschen, die darin arbeiten, das Stigma der die bisherigen Fehlschläge. Neben der materialwissenschaftlichen und der ingenieurwissenschaftlichen Seite gibt es einen ganzen sozialen Aspekt.

Sie wurden kürzlich zur Eröffnungsdirektorin des neuen Center for Women's Health Engineering der Washington University ernannt. Warum ist es wichtig, ein solches Zentrum zu haben?

Die Gesundheit von Frauen ist wirklich zu wenig erforscht. Dies liegt zum Teil daran, dass Wissenschaftler historisch gesehen hauptsächlich Männer waren, aber es gibt auch ethische Herausforderungen im Zusammenhang mit der Untersuchung von Menschen, die schwanger sein könnten. Infolgedessen gab es lange Zeit keine Vorschriften, medizinische Forschung mit weiblichen Teilnehmern, weiblichen Geweben oder sogar weiblichen Zellen durchzuführen. Praktisch das gesamte professionelle Studium der Biologie in den letzten 100 Jahren hat sich auf männliche Zellen und männliches Gewebe konzentriert, und die Entschuldigung dafür war: „Oh, nun, Frauen sind zu kompliziert“, weil wir hormonelle Signale haben, die sich im Laufe eines Lebens ändern 28-Tage-Zyklus. Die Forschungseinrichtung hat sich entschieden, es „einfacher“ zu machen, indem sie Männerzellen verwendet – das war bis vor kurzem der Goldstandard.

Das bedeutete, dass bestimmte Dinge, wie die Tatsache, dass Frauen bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen andere Symptome zeigen als Männer, nicht sehr bekannt waren. Osteoporose ist ein weiteres wenig untersuchtes Thema; Das ist nicht mein Fachgebiet, aber es gibt Wechselwirkungen zwischen Hormonen und dem sogenannten Knochengleichgewicht (Knochen wird ständig „umgebaut“, neuer Knochen entsteht und alter wird abgebaut), die Frauen anfälliger für Osteoporose machen. Frauen neigen auch dazu, ihre Knochen weniger zu belasten. Einer der besten Ratschläge, die ich meiner Mutter je gegeben habe, war, dass ich ihr, als sie in die 60 kam, sagte, dass es eine gute Idee sei, mit dem Gewichtheben anzufangen. Sie sah mich an, als wäre ich verrückt, aber sie ist jetzt eine sehr muskulöse, fast 70-jährige Frau mit Armen, für die ich absolut sterben würde, weil sie Gewichte gehoben und versucht hat, Masse aufzubauen, um gegen Osteoporose zu kämpfen.

Was sind einige Folgen dieses Versäumnisses, die Gesundheit von Frauen zu untersuchen?

Es gab eine fantastische Zeitung, die letztes Jahr herauskam Wissenschaft Da die meisten Erfinder Männer sind, während Menschen, die Dinge erfinden, die mit der Gesundheit von Frauen zu tun haben, hauptsächlich Frauen sind, gibt es weniger medizinische Geräte, die auf die Gesundheit von Frauen ausgerichtet sind. Eine andere Studie, die vor etwa zwei Jahren herauskam, stellte fest, dass, wenn man alle anderen Faktoren wegnimmt, Krankheiten und Leiden, die hauptsächlich oder ausschließlich bei Frauen auftreten, im Verhältnis zu ihrer Belastung für die Gesellschaft unterfinanziert sind, während die bei Männern stark überfinanziert sind.

Um dies zu beheben, brauchen Sie Forschungsgelder, Sie brauchen Unternehmen, die neue Geräte erfinden und vermarkten, und Sie brauchen Menschen. Auf letzteres konzentriert sich das Center for Women's Health Engineering. Wir zielen darauf ab, die nächste Generation auszubilden, sodass es früher vielleicht eine ganze Gruppe junger Ingenieure gab, die nicht wussten, dass sie eine Karriere in der Gesundheitstechnik für Frauen machen könnten, jetzt haben wir Menschen, die forschen und arbeiten Unternehmen und insgesamt nur die Stärkung dieses neuen und sich entwickelnden Bereichs.

Wie sieht der Erfolg aus, entweder für das neue Zentrum oder für die Bemühungen insgesamt, Materialwissenschaftler dazu zu bringen, sich stärker auf Probleme im Zusammenhang mit der Gesundheit von Frauen zu konzentrieren?

Ich hoffe, dass wir, indem wir dieses Thema beleuchten, alle dazu bringen, sich dafür zu interessieren. Was ich nicht möchte, ist, dass am Ende ein ausschließlich weiblicher Bereich entsteht, der in eine Schublade gesteckt wird mit „Oh, das sind Frauenprobleme und nur Frauen interessieren sich dafür, sie zu lösen.“ Denn eine Schwangerschaft betrifft alle. Fortpflanzung betrifft alle. Die Gesundheit von Frauen betrifft alle. Unabhängig davon, ob Sie männlich oder weiblich sind, sollten Sie sich intensiv mit diesem Thema beschäftigen, und deshalb möchten wir auf eine neue und aufregende Weise für das 21. Jahrhundert wirklich in dieses Thema investieren. Mein langfristiges Ziel ist es, dass mehr Leute in diesem Bereich arbeiten, denn je mehr Leute wir haben, desto wahrscheinlicher ist es natürlich, dass wir Lösungen finden.

• Michelle Oyen im Gespräch mit Margaret Harris können Sie im hören Physics World Weekly Podcast.