kuva: A: Optogeneettinen defibrillaatio (sininen palkki) pysäyttää rytmihäiriön hiiren sydämessä. B: optogeneettisen defibrillaation (punainen palkki) simulointi ihmisen sydämen mallissa. Katso lisää
luotto: © kuva: Tobias Brügmann (University Bonn)/Patrick M. Boyle (Johns Hopkins University)
Bonnin yliopiston tutkimusryhmä on onnistunut ensimmäistä kertaa valoärsykkeiden avulla pysäyttämään hengenvaarallisen sydämen rytmihäiriön hiirten sydämissä. Lisäksi, kuten Johns Hopkinsin yliopiston tietokonesimulaatiot osoittavat, tätä tekniikkaa voitaisiin käyttää menestyksekkäästi myös ihmissydämiin. Tutkimus avaa kokonaan uuden lähestymistavan implantoitavien optisten defibrillaattoreiden kehittämiseen, jossa perinteisten defibrillaattoreiden voimakkaat sähköimpulssit korvataan lempeämmillä, kivuttomilla valoimpulsseilla. Journal of Clinical Investigation on nyt julkaissut tulokset.
kammiovärinä! Kun sydänlihas kilpailee eikä enää supistu järjestyksessä, seuraa usein äkkikuolema verenkierron puuttumisen vuoksi. Tällaisessa hätätilanteessa defibrillaattori auttaa palauttamaan sydämen normaalin toiminnan voimakkaiden sähköiskujen avulla. Potilailla, joilla on tunnettu näiden rytmihäiriöiden riski, defibrillaattorin profylaktinen implantaatio on valittu hoito. Jos kammiovärinä havaitaan, syntyy automaattisesti sähköpulssi, joka normalisoi sydänlihaksen herätyksen ja pelastaa henkilön elämän.
”kun implantoitu defibrillaattori laukeaa, mikä valitettavasti voi tapahtua myös rytmihäiriöiden väärän havaitsemisen vuoksi, se on potilaalle aina hyvin traumaattinen tapahtuma”, sanoo tutkimuksen johtaja, nuorempi-professori Philipp Sasse Bonnin yliopiston fysiologian I instituutista. ”Voimakas sähköisku on hyvin kivulias ja voi jopa vahingoittaa sydäntä entisestään”. Siksi professori Sassen ryhmä tutki kivuttoman ja lempeämmän vaihtoehdon periaatteita. Kuten tutkijat ovat nyt osoittaneet, kammiovärinä voidaan pysäyttää optisella defibrillaatiolla.
optinen defibrillaatio edellyttää geeninsiirtoa
työryhmä käytti uutta menetelmää ”optogeneettiseen” hiirensydämien stimulointiin, johon oli lisätty geenejä niin sanotuille channelrhodopsiineille. Nämä kanavat ovat peräisin viherlevästä ja muuttavat sydämen solukalvojen ioniläpäisevyyttä valaistuessaan. Kun tutkijat laukaisivat kammiovärinän hiiren sydämessä, sydämeen kohdistettu sekunnin valopulssi riitti palauttamaan normaalin rytmin. ”Tämä on erittäin tärkeä tulos”, korostaa pääkirjoittaja Dr. med. Tobias Brügmann professori Sassen tiimistä. ”Se osoittaa ensimmäistä kertaa kokeellisesti sydämessä, että optogeneettistä stimulaatiota voidaan käyttää sydämen rytmihäiriöiden defibrillointiin”. Se tehosi myös normaaleilla hiirillä, jotka saivat channelrhodopsiinia bioteknologisesti tuotetun viruksen injektiona. Tämä osoittaa mahdollisen kliinisen sovelluksen, koska samankaltaisia viruksia on jo käytetty geeniterapiassa ihmispotilailla.
simulaatiot osoittavat, että löydöksiä voitaisiin soveltaa potilaisiin
, mutta soveltuvatko hiirensydämillä tehdyt löydökset ihmisiin? Tähän kysymykseen vastaamiseksi Bonnin yliopiston tutkijat työskentelevät yhdessä professori Natalia Trayanovan Tietokonelääketieteen instituutin laskennallisen kardiologian laboratorion ja Johns Hopkinsin yliopiston biolääketieteen laitoksen (Baltimore, USA) kanssa. Siellä testataan optogeneettistä defibrillaatiota tietokonemallilla, joka kuvaa potilaan sydäntä sydäninfarktin jälkeen. ”Simulaatiomme osoittavat, että valopulssi sydämeen pysäyttäisi myös tämän potilaan sydämen rytmihäiriöt”, kertoo tutkimusprofessori Patrick Boyle, joka on myös pääkirjoittaja. Tätä varten Bonnin yliopiston menetelmä oli kuitenkin optimoitava ihmissydämelle käyttämällä punaista valoa sydänsolujen stimulointiin hiirillä käytettävän sinisen valon sijaan. Tämä tutkimuksen näkökulma osoittaa, miten tärkeä rooli laskennallisella mallintamisella voi olla sydämen optogenetiikan terapeuttisten sovellusten järjestelmällisen kehittämisen ohjaamisessa ja nopeuttamisessa, mikä on vielä lapsenkengissään.
implantoitavat optogeneettiset defibrillaattorit voisivat olla toteutettavissa
”tietomme osoittavat optogeneettisen defibrillaation perustavanlaatuisen toteutettavuuden kammiovärinän hoidossa”, tiivistää professori Sasse. Valon käyttäminen fibrilloivan sydämen palauttamiseen normaaliin rytmiin voi olla potilaalle kivutonta ja paljon lempeämpää kuin sähköiskun käyttö. Uusi menetelmä on kuitenkin vielä perustutkimuksen vaiheessa. Ennen kuin implantoitavia optisia defibrillaattoreita voidaan kehittää potilaiden hoitoon, kestää vielä ainakin viidestä kymmeneen vuotta, arvioi professori Sasse.
julkaisu: Optogenetic defibrillation terminates ventrikular arythmic in mouse hearts and human simulations, Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172/JCI88950
Contact for the media:
Junior Prof. Philipp Sasse
Institute of Physiology I
Bonnin yliopisto
Puh. + 49-228-6885212
Sähköposti: [email protected]
Dr. Tobias Brügmann
fysiologian instituutti I
Bonnin yliopisto
Puh. + 49-228-6885217
Sähköposti: [email protected]