billede: A: Optogenetisk defibrillering (blå bjælke) stopper arytmi i musens hjerte. B: simulering af optogenetisk defibrillering (rød bjælke) i en model af et menneskeligt hjerte. se mere
kredit: Kurt Image: Tobias br Kurtgmann (University Bonn)/Patrick M. Boyle (Johns Hopkins University)
et forskerteam fra University of Bonn har lykkedes for første gang at bruge lette stimuli til at stoppe livstruende hjertearytmi i musehjerter. Som vist i computersimuleringer ved Johns Hopkins University kunne denne teknik også bruges med succes til menneskelige hjerter. Undersøgelsen åbner en helt ny tilgang til udviklingen af implanterbare optiske defibrillatorer, hvor de stærke elektriske impulser fra konventionelle defibrillatorer erstattes af blidere, smertefri lysimpulser. Journal of Clinical Investigation har nu offentliggjort resultaterne.
ventrikelflimmer! Når hjertemusklen løber og ikke længere kontraherer på en ordnet måde, følger pludselig død ofte på grund af manglende blodcirkulation. I en sådan nødsituation hjælper en defibrillator med at genoprette normal hjerteaktivitet ved hjælp af intense elektriske stød. Hos patienter med en kendt risiko for denne arytmi er den profylaktiske implantation af en defibrillator den valgte behandling. Hvis der opdages ventrikelflimmer, genereres der automatisk en puls af elektricitet, som normaliserer hjertemuskulaturens ophidselse og redder personens liv.
“når en implanteret defibrillator udløses, hvilket desværre også kan ske på grund af falsk påvisning af arytmi, er det altid en meget traumatisk begivenhed for patienten”, siger studielederen, Junior-Professor Philipp Sasse fra Institut for Fysiologi i ved University of Bonn. “Det stærke elektriske stød er meget smertefuldt og kan endda skade hjertet yderligere”. Derfor undersøgte Professor Sasses team principperne for et smertefrit, blidere alternativ. Som forskerne nu har vist, kan ventrikelflimmer stoppes ved optisk defibrillering.
optisk defibrillering kræver genoverførsel
holdet brugte den nye metode til “optogenetisk” stimulering af musehjerter, som havde gener indsat til såkaldte kanalrhodopsiner. Disse kanaler er afledt af grønne alger og ændrer ionpermeabiliteten af hjertecellemembraner, når de lyser. Da forskerne udløste ventrikelflimmer i musens hjerte, var en lyspuls på et sekund påført hjertet nok til at genoprette normal rytme. “Dette er et meget vigtigt resultat”, understreger hovedforfatter Dr. med. Tobias br K. K. af Professor Sasses hold. “Det viser for første gang eksperimentelt i hjertet, at optogenetisk stimulering kan bruges til defibrillering af hjertearytmi”. Det fungerede også i normale mus, der modtog channelrhodopsin gennem injektion af en bioteknologisk produceret virus. Dette viser en mulig klinisk anvendelse, fordi lignende vira allerede er blevet brugt til genterapi hos humane patienter.
simuleringer viser, at fund kunne anvendes på patienter
men er fundene med musehjerter gældende for mennesker? For at besvare dette spørgsmål arbejder forskerne ved University of Bonn sammen med Prof. Natalia Trayanovas Computational Cardiology Lab ved Institute for Computer Medicine og Institut for biomedicinsk teknik ved Johns Hopkins University (Baltimore, USA). Der testes optogenetisk defibrillering i en computermodel af hjertet hos en patient efter hjerteinfarkt. “Vores simuleringer viser, at en lyspuls til hjertet også ville stoppe denne patients hjertearytmi”, rapporterer forskningsprofessor Patrick Boyle, som også er hovedforfatter. For at gøre det måtte metoden fra University of Bonn imidlertid optimeres til det menneskelige hjerte ved at bruge rødt lys til at stimulere hjertecellerne i stedet for det blå lys, der blev brugt i mus. Dette aspekt af undersøgelsen demonstrerer den vigtige rolle, der kan spilles af beregningsmodellering for at guide og fremskynde den systematiske udvikling af terapeutiske applikationer til hjerteoptogenetik, en teknologi, der stadig er i sin spædbarn.
implanterbare optogenetiske defibrillatorer kunne være mulige
“vores data viser den grundlæggende gennemførlighed af optogenetisk defibrillering til behandling af ventrikelflimmer”, opsummerer Prof. Sasse. Brug af lys til at returnere det fibrillerende hjerte til en normal rytme kan forventes at være smertefri og meget mildere for patienten end brugen af elektrisk stød. Den nye metode er dog stadig i grundforskningsfasen. Indtil implanterbare optiske defibrillatorer kan udvikles til behandling af patienter, vil det stadig tage mindst fem til ti år, vurderer Prof. Sasse.
publikation: Optogenetisk defibrillering afslutter ventrikulær arytmi i mushjerter og menneskelige simuleringer, Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172/JCI88950
kontakt til medierne:
Junior Prof. Philipp Sasse
Institut for Fysiologi i
University of Bonn
Tlf. +49-228-6885212
E-mail: [email protected]
Dr. Tobias br Largmann
Institut for Fysiologi i
universitetet i Bonn
Tlf. +49-228-6885217
E-mail: [email protected]