Meting van samentrekkingen van de baarmoeder kan mogelijk de uitkomst van in-vitro fertilisatie voorspellen

4 november 2019
Federica Sammali, promovendus bij Electrical Engineering

In-vitro fertilisatie (IVF) wordt gezien als de gouden standaard in medisch geassisteerde voortplantingstechnieken. Toch ligt het mislukkingspercentage van IVF nog steeds boven de 70% en zijn de precieze oorzaken van die mislukkingen niet bekend. Federica Sammali, promovendus bij Electrical Engineering, ontwikkelde een systeem waarmee samentrekkingen van de baarmoeder, een factor die van invloed is op de uitkomst van IVF, kunnen worden gemeten en in kaart worden gebracht. Via wiskundige modellen en machine-learning wist Sammali onderscheid te maken tussen gunstige en ongunstige baarmoederactiviteit bij niet-zwangere vrouwen en de uitkomst van IVF te voorspellen met een nauwkeurigheid van 94%. Haar resultaten kunnen in de toekomst wellicht gebruikt worden voor effectieve besluitvorming om zo uiteindelijk het slagingspercentage van IFV-behandelingen te verbeteren. Sammali verdedigt haar proefschrift op 4 november.

Het percentage stellen dat met onvruchtbaarheid te maken heeft ligt wereldwijd op ruim 20%. Voor de meeste van deze stellen zijn medisch geassisteerde voorplantingstechnieken zoals in-vitro fertilisatie de enige hoop. Wereldwijd worden jaarlijks bijna 2,4 miljoen IVF-behandelingen uitgevoerd, maar daaruit worden slechts 500.000 baby’s geboren. Alleen al in Nederland mislukken ieder jaar ruim 12.000 IVF-behandelingen, wat ongeveer 60 miljoen euro aan kosten met zich meebrengt. Tot op heden zijn de precieze oorzaken van die mislukkingen onbekend en moeten vrouwen vaak meerdere onsuccesvolle behandelingen ondergaan met ingrijpende emotionele consequenties.

Samentrekkingen van de baarmoeder

Het is bekend dat samentrekkingen van de baarmoeder van invloed zijn op de uitkomst van IVF. Precieze interventies op samentrekkingen zijn mogelijk en kunnen het slagingspercentage verbeteren. Helaas worden deze interventies bemoeilijkt door een gebrek aan technieken om de samentrekkingen van de baarmoeder bij niet-zwangere vrouwen te meten en in kaart te brengen. Tot nu toe zijn de enige opties voor het kwantificeren van samentrekkingen van de baarmoeder ofwel invasief, bijvoorbeeld door intra-uteriene drukkatheters, ofwel indirect en schadelijk voor de vrouwen omdat er ioniserende straling voor nodig is.

Afbeelding 1. Meting van de elektrische activiteit van de baarmoeder door middel van oppervlakte elektroden [Sammali et al. Reprod Sci 2018].

Electrische en mechanische activiteit

Federica Sammali, promovendus in de Signal Processing Systems groep onder leiding van professor Jan Bergmans, ontwikkelde nieuwe, non-invasieve manieren om de samentrekkingen van de baarmoeder te monitoren en de uitkomst van IFV te voorspellen. In een klinisch onderzoek in het Catharina Ziekenhuis in Eindhoven onder supervisie van professor Dick Schoot (Catharina Ziekenhuis) en dr.ir. Chiara Rabotti (TU/e) plaatste Sammali een netwerkje van elektrodes op de onderbuik van niet-zwangere vrouwen om zo de elektrische activiteit van de baarmoeder te meten (afbeelding 1). Uit de elektrische signalen die Sammali verzamelde bleken verschillen in amplitude en frequentie-inhoud tussen de verschillende fasen van de menstruatiecyclus, wat wijst op het belang hiervan om de conditie van de baarmoeder vast te stellen.

Afbeelding 2. Experimentele ex-vivo set up

Naast elektrische activiteit werd ultrasound technologie gebruikt om de mechanische activiteit van de baarmoeder te kwantificeren in termen van beweging en spanning. Het lukte Sammali om kleine bewegingen van de baarmoeder te isoleren van de grotere bewegingen opgewekt door de omliggende organen. Ze deed dit door gebruikmaking van een nieuwe set up die gecontroleerd bewegingen opwekt bij een ex-vivo menselijke baarmoeder (afbeelding 2). Een tweede klinisch onderzoek in het Catharina Ziekenhuis bevestigde dat de methode het mogelijk maakt om onderscheid te maken tussen de verschillende fasen van de natuurlijke menstruatiecyclus bij gezonde vrouwen.

Verbeterde besluitvorming

Op basis van deze veelbelovende resultaten verrichtte Sammali een klinisch onderzoek aan het Universitair Ziekenhuis Gent, onder supervisie van professor Dick Schoot en prof. Frank Vandekerckhove. Vrouwen die een IVF-behandeling ondergingen werden gemonitord, en er werd onderzocht in welke mate het succes van IVF kon worden voorspeld. Het door Sammali ontwikkelde voorspellende model bleek in staat om met 94% zekerheid onderscheid te maken tussen gunstige en ongunstige baarmoederactiviteit. 

Massimo Mischi, hoogleraar in de Signal Processing Group en als hoofdonderzoeker verbonden aan het project: “Hoewel de gegevens van deze brede klinische proef verder gevalideerd moeten worden, tonen deze resultaten al het potentieel aan van de voorgestelde methode voor efficiënte besluitvorming”. Op basis van de door Sammali ontwikkelde monitoringssystemen zouden artsen inderdaad kunnen beslissen om over te gaan tot de embryotransfer wanneer een succesvolle IVF-behandeling wordt voorspeld, of om voor een andere strategie te kiezen wanneer de voorspelling negatief is. Een alternatieve strategie zou kunnen zijn om te wachten totdat de baarmoederactiviteit gunstiger is, of om de baarmoederactiviteit aan te passen door middel van het toedienen van farmaceutische middelen. “Een kleine verbetering van 10% zou in Nederland alleen al 6 miljoen euro besparen”, zegt Mischi.

Verder dan in-vitro fertilisatie

De impact van Sammali’s onderzoek gaat zelfs nog verder dan IVF. Mischi: “Deze methode is getest in baarmoeders met bindweefselgezwel (‘uterus myomatosus’) of een verdikking van het endometrium, en is veelbelovend voor de diagnose van deze veel voorkomende baarmoederafwijkingen”.

Federica Sammali verdedigt haar proefschrift aan de TU/e op 4 november 2019. De titel van het proefschrift luidt Measurement of the electromechanical uterine activity in the non-pregnant human uterus Het promotieproject werd financieel ondersteund door de Nederlandse Technologiestichting (NWO, HTSM 13901 QUIET grant) en VENI grant 12472 (dr.ir. Chiara Rabotti). Klinische studies werden uitgevoerd in samenwerking met het Catherina Ziekenhuis in Eindhoven (prof. Dick Schoof), en het Universitair Ziekenhuis Gent (prof. Dick Schoot, prof. Frank Vandekerckhove). Betrokken industriële partners: Samsung (Luc van Dalen, Wim van de Vooren), Ferring (Marcel van Duin), en Twente Medical Systems International (Jan Peusher, Leo Hoogendoorn).

Mediacontact

Valentina Bonito
(Science Information Officer)