IMMAGINE: A: La defibrillazione optogenetica (barra blu) arresta l’aritmia nel cuore del topo. B: Simulazione di defibrillazione optogenetica (barra rossa) in un modello di cuore umano. visualizza di più
Credito: © Immagine: Tobias Brügmann (Università di Bonn) / Patrick M. Boyle (Università Johns Hopkins)
Un gruppo di ricerca dell’Università di Bonn è riuscito per la prima volta a utilizzare stimoli luminosi per fermare l’aritmia cardiaca pericolosa per la vita nei cuori dei topi. Inoltre, come mostrato nelle simulazioni al computer della Johns Hopkins University, questa tecnica potrebbe essere utilizzata con successo anche per i cuori umani. Lo studio apre un approccio completamente nuovo allo sviluppo di defibrillatori ottici impiantabili, in cui i forti impulsi elettrici dei defibrillatori convenzionali sono sostituiti da impulsi di luce più delicati e senza dolore. Il Journal of Clinical Investigation ha ora pubblicato i risultati.
Fibrillazione ventricolare! Quando il muscolo cardiaco corre e non si contrae più in modo ordinato, spesso segue la morte improvvisa a causa della mancanza di circolazione sanguigna. In tale emergenza, un defibrillatore aiuta a ripristinare la normale attività cardiaca mediante intense scosse elettriche. Nei pazienti con un rischio noto di queste aritmie, l’impianto profilattico di un defibrillatore è il trattamento di scelta. Se viene rilevata la fibrillazione ventricolare, viene generato automaticamente un impulso di elettricità, che normalizza l’eccitazione del muscolo cardiaco e salva la vita della persona.
“Quando viene attivato un defibrillatore impiantato, che purtroppo può anche accadere a causa della falsa rilevazione di aritmia, è sempre un evento molto traumatico per il paziente”, afferma il capo dello studio, il professor Philipp Sasse dell’Istituto di Fisiologia I dell’Università di Bonn. “La forte scossa elettrica è molto dolorosa e può persino danneggiare ulteriormente il cuore”. Pertanto, il team del professor Sasse ha studiato i principi per un’alternativa indolore e più delicata. Come gli scienziati hanno ora dimostrato, la fibrillazione ventricolare può essere fermata dalla defibrillazione ottica.
La defibrillazione ottica richiede il trasferimento genico
Il team ha utilizzato il nuovo metodo di stimolazione “optogenetica” dei cuori di topo, che ha inserito geni per i cosiddetti channelrhodopsins. Questi canali sono derivati da un’alga verde e cambiano la permeabilità ionica delle membrane delle cellule cardiache quando sono illuminate. Quando i ricercatori hanno innescato la fibrillazione ventricolare nel cuore del topo, un leggero impulso di un secondo applicato al cuore è stato sufficiente per ripristinare il ritmo normale. “Questo è un risultato molto importante”, sottolinea l’autore principale Dr. med. Tobias Brügmann della squadra del professor Sasse. “Mostra per la prima volta sperimentalmente nel cuore che la stimolazione optogenetica può essere utilizzata per la defibrillazione dell’aritmia cardiaca”. Ha anche funzionato in topi normali che hanno ricevuto il canalerodopsina attraverso l’iniezione di un virus prodotto biotecnologicamente. Ciò mostra una possibile applicazione clinica, perché virus simili sono già stati utilizzati per la terapia genica nei pazienti umani.
Le simulazioni mostrano che i risultati potrebbero essere applicati ai pazienti
Ma i risultati con cuori di topo sono applicabili agli esseri umani? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati dell’Università di Bonn stanno lavorando insieme al laboratorio di cardiologia computazionale della Prof. Natalia Trayanova presso l’Istituto di Medicina informatica e il Dipartimento di Ingegneria biomedica della Johns Hopkins University (Baltimora, USA). Lì, la defibrillazione optogenetica viene testata in un modello computerizzato del cuore di un paziente dopo infarto cardiaco. “Le nostre simulazioni mostrano che un leggero impulso al cuore fermerebbe anche l’aritmia cardiaca di questo paziente”, riferisce il professore di ricerca Patrick Boyle, che è anche un autore principale. Per fare ciò, tuttavia, il metodo dell’Università di Bonn doveva essere ottimizzato per il cuore umano utilizzando la luce rossa per stimolare le cellule cardiache, invece della luce blu utilizzata nei topi. Questo aspetto dello studio dimostra l’importante ruolo che può essere svolto dalla modellazione computazionale per guidare e accelerare lo sviluppo sistematico di applicazioni terapeutiche per l’optogenetica cardiaca, una tecnologia che è ancora agli inizi.
I defibrillatori optogenetici impiantabili potrebbero essere fattibili
“I nostri dati mostrano la fattibilità fondamentale della defibrillazione optogenetica per il trattamento della fibrillazione ventricolare”, sintetizza il Prof. Sasse. L’uso della luce per riportare il cuore fibrillante a un ritmo normale può essere considerato privo di dolore e molto più delicato per il paziente rispetto all’uso di scosse elettriche. Tuttavia, il nuovo metodo è ancora nella fase della ricerca di base. Fino a quando i defibrillatori ottici impiantabili possono essere sviluppati per il trattamento dei pazienti, ci vorranno ancora almeno cinque o dieci anni, stima il Prof. Sasse.
Pubblicazione: Optogenetic defibrillazione termina aritmia ventricolare nei cuori del mouse e umana simulazioni, Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172/JCI88950
Contatto per i media:
Junior Prof. Philipp Sasse
Istituto di Fisiologia I
Università di Bonn
Tel. +49-228-6885212
E-mail: [email protected]
Dott. Tobias Brügmann
Istituto di Fisiologia I
Università di Bonn
Tel. +49-228-6885217
E-mail: [email protected]