IMAGEN: A: La desfibrilación optogenética (barra azul) detiene la arritmia en el corazón del ratón. B: Simulación de desfibrilación optogenética (barra roja) en un modelo de corazón humano. ver más
Crédito: © Imagen: Tobias Brügmann (Universidad de Bonn)/Patrick M. Boyle (Universidad Johns Hopkins)
Un equipo de investigación de la Universidad de Bonn ha logrado por primera vez utilizar estímulos de luz para detener la arritmia cardíaca potencialmente mortal en corazones de ratón. Además, como se muestra en simulaciones por computadora en la Universidad Johns Hopkins, esta técnica también podría usarse con éxito para corazones humanos. El estudio abre un enfoque completamente nuevo para el desarrollo de desfibriladores ópticos implantables, en el que los fuertes impulsos eléctricos de los desfibriladores convencionales se reemplazan por impulsos de luz más suaves y sin dolor. El Journal of Clinical Investigation ya ha publicado los resultados.
fibrilación Ventricular! Cuando el músculo cardíaco se acelera y ya no se contrae de manera ordenada, a menudo se produce la muerte súbita debido a la falta de circulación sanguínea. En tal emergencia, un desfibrilador ayuda a restaurar la actividad normal del corazón mediante descargas eléctricas intensas. En pacientes con un riesgo conocido de estas arritmias, la implantación profiláctica de un desfibrilador es el tratamiento de elección. Si se detecta fibrilación ventricular, se genera automáticamente un pulso de electricidad, que normaliza la excitación del músculo cardíaco y salva la vida de la persona.
«Cuando se activa un desfibrilador implantado, lo que desafortunadamente también puede ocurrir debido a la detección falsa de arritmia, siempre es un evento muy traumático para el paciente», dice el jefe del estudio, el profesor junior Philipp Sasse del Instituto de Fisiología I de la Universidad de Bonn. «La fuerte descarga eléctrica es muy dolorosa e incluso puede dañar aún más el corazón». Por lo tanto, el equipo del profesor Sasse investigó los principios para una alternativa más suave y sin dolor. Como han demostrado los científicos, la fibrilación ventricular se puede detener mediante desfibrilación óptica.
La desfibrilación óptica requiere transferencia de genes
El equipo utilizó el nuevo método de estimulación» optogenética » de corazones de ratón, que tenía genes insertados para las llamadas canalrodopsinas. Estos canales se derivan de un alga verde y cambian la permeabilidad iónica de las membranas celulares del corazón cuando se iluminan. Cuando los investigadores desencadenaron fibrilación ventricular en el corazón del ratón, un pulso de luz de un segundo aplicado al corazón fue suficiente para restaurar el ritmo normal. «Este es un resultado muy importante», enfatiza el autor principal, Dr. med. Tobias Brügmann, del equipo del profesor Sasse. «Muestra por primera vez experimentalmente en el corazón que la estimulación optogenética se puede utilizar para la desfibrilación de arritmias cardíacas». También funcionó en ratones normales que recibieron la canalrodopsina a través de la inyección de un virus producido biotecnológicamente. Esto muestra una posible aplicación clínica, porque virus similares ya se han utilizado para la terapia génica en pacientes humanos.
Las simulaciones muestran que los hallazgos podrían aplicarse a pacientes
, pero ¿los hallazgos con corazones de ratón son aplicables a humanos? Para responder a esta pregunta, los científicos de la Universidad de Bonn están trabajando junto con el Laboratorio de Cardiología Computacional de la profesora Natalia Trayanova en el Instituto de Medicina Informática y el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad Johns Hopkins (Baltimore, EE.UU.). Allí, la desfibrilación optogenética se está probando en un modelo computarizado del corazón de un paciente después de un infarto cardíaco. «Nuestras simulaciones muestran que un pulso de luz al corazón también detendría la arritmia cardíaca de este paciente», informa el profesor de investigación Patrick Boyle, que también es autor principal. Para hacerlo, sin embargo, el método de la Universidad de Bonn tuvo que optimizarse para el corazón humano mediante el uso de luz roja para estimular las células cardíacas, en lugar de la luz azul utilizada en ratones. Este aspecto del estudio demuestra el importante papel que puede desempeñar la modelización computacional para guiar y acelerar el desarrollo sistemático de aplicaciones terapéuticas para la optogenética cardíaca, una tecnología que aún está en su infancia.
Los desfibriladores optogenéticos implantables podrían ser viables
«Nuestros datos muestran la viabilidad fundamental de la desfibrilación optogenética para el tratamiento de la fibrilación ventricular», resume el profesor Sasse. Se puede esperar que el uso de luz para devolver el corazón fibrilante a un ritmo normal sea sin dolor y mucho más suave para el paciente que el uso de descargas eléctricas. Sin embargo, el nuevo método se encuentra todavía en la fase de investigación básica. Hasta que se puedan desarrollar desfibriladores ópticos implantables para el tratamiento de pacientes, se necesitarán al menos de cinco a diez años, estima el profesor Sasse.
Publicación: La desfibrilación optogenética termina la arritmia ventricular en corazones de ratón y simulaciones humanas, Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172 / JCI88950
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Profesor junior Philipp Sasse
Instituto de Fisiología I
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Dr. Tobias Brügmann
Instituto de Fisiología I
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