Effects of a novel treatment on fetal lung pressure and breathing pattern monitored by a custom-made implantable device in an experimental model of congenital diaphragmatic hernia

Congenital Diaphragmatic Hernia (CDH) is a foetal malformation determined by a failure in diaphragm development during gestation, with consequent herniation of abdominal structures into the thorax. This leads to an incomplete lungs’ growth, causing pulmonary hypoplasia and hypertension. The current treatment is to occlude the trachea by the fetoscopic insertion of a latex balloon at 26th gestational weeks and its removal before birth. Current research is evaluating: (1) the use a biodegradable material as occluding device, to avoid prenatal removal, and (2) dynamic occlusions with a controlled lung fluid efflux, to mitigate the deleterious effects of pressure of the conventional technique. Based on these hypotheses, a novel hydrogel-based occlusion procedure has been designed and is under evaluation on animal model of CDH as a collaborative effort between Politecnico di Milano and the University of Western Australia. The aim of this thesis work is to (1) re-design an implantable electronic device for pressure monitoring and (2) analyse lung pressure time courses acquired by this device during gestation in 3 groups of lambs: non-treated, standard occlusion and hydrogel-plug. When the device has been recovered at the end of the experiment, 40 days after implant, data were analysed to consider the pressures generated by the balloon occlusion and the hydrogel plug, which proved its efficacy as an occluding device. Finally, we analysed Fetal Breathing Movements during gestation, as they are a major determinant for lung cell differentiation. Discrepancies between groups of study have been observed starting from 10 days after the implant.

L'Ernia Diaframmatica Congenita (CDH) è una malformazione fetale determinata dallo sviluppo incompleto del diaframma durante la gestazione, con conseguente erniazione delle strutture addominali nel torace. Questo incide sulla crescita polmonare, causando ipoplasia e ipertensione. Il trattamento prenatale convenzionale prevede l’occlusione delle vie aeree attraverso l'inserimento fetoscopico di un palloncino di lattice alla ventiseiesima settimana e la sua rimozione prima della nascita. In letteratura è stato proposto di: (1) utilizzare come dispositivo occlusivo un materiale biodegradabile, per evitarne la rimozione prima del parto; (2) mitigare gli effetti deleteri delle pressioni sviluppate, permettendo un efflusso controllato di liquidi polmonari. Sulla base di queste ipotesi è stato avviato uno studio su modello animale per valutare una nuova procedura basata su un’occlusione a base di idrogel, in collaborazione tra il Politecnico di Milano e l’Università dell’Australia Occidentale. Lo scopo di questa tesi è di (1) riprogettare un dispositivo elettronico impiantabile per il monitoraggio della pressione e (2) analizzare l’andamento della pressione durante la gestazione, acquisita grazie al device, in tre gruppi: non trattati, occlusione standard e a base di idrogel. I dati sono stati analizzata dopo il recupero del dispositivo, 40 giorni dopo l’impianto, confrontando le pressioni generate dall’occlusione effettuata con il palloncino e con il gel, che ha dimostrato di poter essere efficacemente utilizzato come device per l’occlusione. Infine, abbiamo analizzato i movimenti di respirazione fetale durante la gestazione, poiché sono considerati un fattore determinante per la differenziazione delle cellule polmonari. Sono state osservate differenze tra i diversi gruppi di studio a partire da 10 giorni dopo l'impianto.