画像：A：光遺伝学的除細動（青いバー）は、マウスの心臓の不整脈を停止します。 B：人間の心臓のモデルにおける光遺伝学的除細動（赤いバー）のシミュレーション。
クレジット:©Image:Tobias Brügmann(University Bonn)/Patrick M.Boyle(Johns Hopkins University)
ボン大学の研究チームは、マウスの心臓の生命を脅かす不整脈を止めるために光刺激を使用することに初めて成功しました。 さらに、Johns Hopkins大学の計算機シミュレーションに示されているように、この技術は人間の心臓にもうまく使用できます。 この研究は、従来の除細動器の強い電気インパルスが、より穏やかで痛みのない光インパルスに置き換えられる、移植可能な光学式除細動器の開発に Journal Of Clinical Investigationは現在、その結果を発表しています。
心筋が整然とした形で競争し、もはや収縮しないとき、突然の死はしばしば血液循環の欠如のために続く。 このような緊急時には、除細動器は、激しい電気ショックによって正常な心臓活動を回復させるのに役立つ。 これらの不整脈のリスクが知られている患者では、除細動器の予防的移植が選択される治療法である。 心室細動が検出されると、電気のパルスが自動的に生成され、心筋の興奮を正常化し、人の命を救う。
“移植された除細動器が誘発されると、残念ながら不整脈の誤検出のために起こる可能性がありますが、それは常に患者にとって非常に外傷性の 「強い感電は非常に苦痛であり、さらに心臓を損傷する可能性さえあります」。 したがって、Sasse教授のチームは、痛みのない、より穏やかな代替案の原則を調査しました。 科学者が現在示しているように、心室細動は光学的除細動によって停止することができる。
光除細動には遺伝子導入が必要
チームは、いわゆるチャネルロドプシンの遺伝子を挿入したマウス心臓の”光遺伝学的”刺激の新しい方法を使用し これらのチャネルは緑藻類から得られ、照らされたとき中心の細胞膜のイオン透磁率を変えます。 研究者らがマウス心臓の心室細動を引き起こしたとき、心臓に適用された1秒の光パルスは、正常なリズムを回復するのに十分であった。 「これは非常に重要な結果です」と、主著者のmed博士は強調しています。 Sasse教授のチームのTobias Brügmann。 「これは、光遺伝学的刺激が心臓不整脈の除細動に使用できることを心臓で実験的に初めて示している」。 それはまた生物工学的に作り出されたウイルスの注入によってchannelrhodopsinを受け取った正常なマウスで働きました。 これは、同様のウイルスがヒト患者の遺伝子治療に既に使用されているため、臨床応用の可能性を示している。
シミュレーションでは、この知見は患者に適用できることが示されています
しかし、マウスの心臓を用いた知見はヒトに適用可能ですか？ この質問に答えるために、ボン大学の科学者たちは、コンピュータ医学研究所のナタリア・トラヤノワ教授の計算心臓学研究室と、ジョンズ・ホプキンス大学(米国ボルチモア)の生物医学工学部門と協力しています。 そこで、光遺伝学的除細動は、心筋梗塞後の患者の心臓のコンピュータモデルにおいて試験されている。 “私たちのシミュレーションは、心臓への光パルスがこの患者の心臓不整脈を止めることを示しています”と、主任著者でもあるPatrick Boyle研究教授は報告しています。 しかし、そのためには、ボン大学の方法は、マウスで使用される青色の光の代わりに、心臓細胞を刺激するために赤色の光を使用することによって、人間の心臓用に最適化されなければならなかった。 この研究のこの側面は、まだ始まったばかりの技術である心臓光遺伝学の治療応用の体系的な開発を導き、加速するために、計算モデリングによって
植込み型光遺伝学的除細動器が実現可能である
“我々のデータは、心室細動の治療のための光遺伝学的除細動の基本的な実現可能性を示している”とSasse教授を要約している。 光を使用して線維化心臓を正常なリズムに戻すことは、感電の使用よりも痛みがなく、患者にとってはるかに穏やかであることが期待できる。 しかし、新しい方法はまだ基礎研究の段階にあります。 Sasse教授は、患者の治療のために移植可能な光学式除細動器を開発するまで、少なくとも5〜10年かかると推定しています。
出版物:Optogenetic defibrillation ends ventral arrhythmia in mouse hearts and human simulations,Journal of Clinical Investigation,DOI:10.1172/JCI88950
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ジュニア教授Philipp Sasse
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