IMAGE: A: La défibrillation optogénétique (barre bleue) arrête l’arythmie dans le cœur de la souris. B : Simulation de défibrillation optogénétique (barre rouge) dans un modèle de cœur humain. voir plus
Crédit: © Image: Tobias Brügmann (Université de Bonn) / Patrick M. Boyle (Université Johns Hopkins)
Une équipe de recherche de l’Université de Bonn a réussi pour la première fois à utiliser des stimuli lumineux pour arrêter l’arythmie cardiaque potentiellement mortelle dans le cœur de souris. De plus, comme le montrent les simulations informatiques de l’Université Johns Hopkins, cette technique pourrait également être utilisée avec succès pour les cœurs humains. L’étude ouvre une toute nouvelle approche du développement de défibrillateurs optiques implantables, dans lesquels les fortes impulsions électriques des défibrillateurs conventionnels sont remplacées par des impulsions lumineuses plus douces et sans douleur. Le Journal of Clinical Investigation a maintenant publié les résultats.
Fibrillation ventriculaire! Lorsque le muscle cardiaque fait des courses et ne se contracte plus de manière ordonnée, une mort subite s’ensuit souvent en raison du manque de circulation sanguine. Dans une telle urgence, un défibrillateur aide à rétablir une activité cardiaque normale au moyen de chocs électriques intenses. Chez les patients présentant un risque connu de ces arythmies, l’implantation prophylactique d’un défibrillateur est le traitement de choix. Si une fibrillation ventriculaire est détectée, une impulsion électrique est automatiquement générée, ce qui normalise l’excitation du muscle cardiaque et sauve la vie de la personne.
« Lorsqu’un défibrillateur implanté est déclenché, ce qui peut malheureusement également se produire en raison d’une fausse détection d’arythmie, c’est toujours un événement très traumatisant pour le patient », explique le responsable de l’étude, le professeur Junior Philipp Sasse de l’Institut de physiologie I de l’Université de Bonn. « La forte décharge électrique est très douloureuse et peut même endommager davantage le cœur ». Par conséquent, l’équipe du professeur Sasse a étudié les principes d’une alternative plus douce et sans douleur. Comme les scientifiques l’ont maintenant montré, la fibrillation ventriculaire peut être arrêtée par défibrillation optique.
La défibrillation optique nécessite un transfert de gènes
L’équipe a utilisé la nouvelle méthode de stimulation « optogénétique » du cœur de souris, sur laquelle des gènes ont été insérés pour ce qu’on appelle les channelrhodopsines. Ces canaux sont dérivés d’une algue verte et modifient la perméabilité ionique des membranes des cellules cardiaques lorsqu’elles sont éclairées. Lorsque les chercheurs ont déclenché une fibrillation ventriculaire dans le cœur de la souris, une impulsion lumineuse d’une seconde appliquée au cœur était suffisante pour rétablir un rythme normal. « C’est un résultat très important », souligne l’auteur principal, le Dr med. Tobias Brügmann de l’équipe du professeur Sasse. « Il montre pour la première fois expérimentalement dans le cœur que la stimulation optogénétique peut être utilisée pour la défibrillation de l’arythmie cardiaque ». Il a également fonctionné chez des souris normales qui ont reçu la channelrhodopsine par injection d’un virus produit par la biotechnologie. Cela montre une application clinique possible, car des virus similaires ont déjà été utilisés pour la thérapie génique chez des patients humains.
Les simulations montrent que les résultats pourraient être appliqués aux patients
, Mais les résultats avec des cœurs de souris sont-ils applicables aux humains? Afin de répondre à cette question, les scientifiques de l’Université de Bonn travaillent en collaboration avec le Laboratoire de Cardiologie Computationnelle du Professeur Natalia Trayanova à l’Institut de Médecine Informatique et le Département de Génie Biomédical de l’Université Johns Hopkins (Baltimore, États-Unis). Là, la défibrillation optogénétique est testée dans un modèle informatique du cœur d’un patient après un infarctus cardiaque. « Nos simulations montrent qu’une impulsion lumineuse au cœur arrêterait également l’arythmie cardiaque de ce patient », rapporte le professeur de recherche Patrick Boyle, également auteur principal. Pour ce faire, cependant, la méthode de l’Université de Bonn a dû être optimisée pour le cœur humain en utilisant la lumière rouge pour stimuler les cellules cardiaques, au lieu de la lumière bleue utilisée chez les souris. Cet aspect de l’étude démontre le rôle important que peut jouer la modélisation informatique pour guider et accélérer le développement systématique d’applications thérapeutiques pour l’optogénétique cardiaque, une technologie qui en est encore à ses balbutiements.
Des défibrillateurs optogénétiques implantables pourraient être réalisables
« Nos données montrent la faisabilité fondamentale de la défibrillation optogénétique pour le traitement de la fibrillation ventriculaire », résume le Pr Sasse. On peut s’attendre à ce que l’utilisation de la lumière pour ramener le cœur fibrillant à un rythme normal soit sans douleur et beaucoup plus douce pour le patient que l’utilisation d’un choc électrique. Cependant, la nouvelle méthode est encore au stade de la recherche fondamentale. Jusqu’à ce que des défibrillateurs optiques implantables puissent être développés pour le traitement des patients, il faudra encore au moins cinq à dix ans, estime le professeur Sasse.
Publication: La défibrillation optogénétique termine l’arythmie ventriculaire dans les cœurs de souris et les simulations humaines, Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172 / JCI88950
Contact pour les médias:
Prof Junior Philipp Sasse
Institut de physiologie I
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Tél. +49-228-6885212
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Dr. Tobias Brügmann
Institute of Physiology I
Université de Bonn
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