BILDE: A: optogenetisk defibrillering (blå bar) stopper arytmi i musens hjerte. B: Simulering av optogenetisk defibrillering (rød linje) i en modell av et menneskelig hjerte. se mer
Kreditt: © Bilde: Tobias Brü (Universitet Bonn)/Patrick M. Boyle (Johns Hopkins University)
et forskerteam fra Universitetet i Bonn har lyktes for første gang med å bruke lysstimuli for å stoppe livstruende hjertearytmi i mushjerter. Videre, som vist i datasimuleringer Ved Johns Hopkins University, kan denne teknikken også brukes med hell for menneskelige hjerter. Studien åpner opp for en helt ny tilnærming til utviklingen av implanterbare optiske defibrillatorer, der de sterke elektriske impulser fra konvensjonelle defibrillatorer erstattes av mildere, smertefrie lysimpulser. Journal Of Clinical Investigation har nå publisert resultatene.
Ventrikkelflimmer! Når hjertemuskelen raser og ikke lenger samler seg på en ordnet måte, følger plutselig død ofte på grunn av mangel på blodsirkulasjon. I en slik nødsituasjon bidrar en defibrillator til å gjenopprette normal hjerteaktivitet ved hjelp av sterke elektriske støt. Hos pasienter med kjent risiko for disse arytmene, er profylaktisk implantasjon av en defibrillator behandling av valg. Hvis ventrikulær fibrillasjon oppdages, genereres en puls av elektrisitet automatisk, noe som normaliserer eksitering av hjertemuskelen og sparer personens liv.
» når en implantert defibrillator utløses, som dessverre også kan skje på grunn av falsk deteksjon av arytmi, er det alltid en svært traumatisk hendelse for pasienten», Sier studieleder, Junior-Professor Philipp Sasse ved Institutt for Fysiologi I Ved Universitetet I Bonn. «Det sterke elektriske støtet er svært smertefullt og kan til og med skade hjertet ytterligere.» Derfor undersøkte Professor Sasse-teamet prinsippene for et smertefritt, mildere alternativ. Som forskerne nå har vist, kan ventrikulær fibrillering stoppes ved optisk defibrillering.
Optisk defibrillering krever genoverføring
laget brukte den nye metoden for «optogenetisk» stimulering av mushjerter, som hadde gener satt inn for såkalte kanalrhodopsiner. Disse kanalene er avledet fra en grønn alger og endre ion permeabilitet av hjerte cellemembraner når opplyst. Når forskerne utløste ventrikulær fibrillasjon i musens hjerte, var en lyspuls på ett sekund påført hjertet nok til å gjenopprette normal rytme. «Dette er et svært viktig resultat», understreker hovedforfatter Dr. Med. Tobias Brü Av Professor Sasse ‘ s team. «Det viser for første gang eksperimentelt i hjertet at optogenetisk stimulering kan brukes til defibrillering av hjertearytmi». Det virket også i normale mus som mottok kanalenrhodopsin gjennom injeksjon av et bioteknologisk produsert virus. Dette viser en mulig klinisk anvendelse, fordi lignende virus allerede er brukt til genterapi hos humane pasienter.
Simuleringer viser at funn kan brukes på pasienter
men er funnene med musehjerter gjeldende for mennesker? For å svare på dette spørsmålet, jobber forskerne ved Universitetet I Bonn sammen Med Prof. Natalia Trayanovas Beregningskardiologilaboratorium Ved Institutt for Datamedisin og Institutt For Biomedisinsk Ingeniørfag Ved Johns Hopkins University (Baltimore, USA). Der blir optogenetisk defibrillering testet i en datamodell av hjertet av en pasient etter hjerteinfarkt. «Våre simuleringer viser at en lyspuls til hjertet også vil stoppe hjertearytmen til denne pasienten», rapporterer Forskningsprofessor Patrick Boyle, som også er hovedforfatter. For å gjøre dette måtte metoden fra Universitetet I Bonn optimaliseres for det menneskelige hjerte ved å bruke rødt lys for å stimulere hjertecellene, i stedet for det blå lyset som brukes i mus. Dette aspektet av studien demonstrerer den viktige rollen som kan spilles av beregningsmodellering for å veilede og akselerere den systematiske utviklingen av terapeutiske applikasjoner for kardial optogenetikk, en teknologi som fortsatt er i sin barndom.
Implanterbare optogenetiske defibrillatorer kan være gjennomførbare
«våre data viser den grunnleggende muligheten for optogenetisk defibrillering for behandling av ventrikulær fibrillering», oppsummerer Prof. Sasse. Bruk av lys for å returnere fibrillerende hjerte til en normal rytme kan forventes å være smertefri og mye mildere for pasienten enn bruk av elektrisk støt. Den nye metoden er imidlertid fortsatt i grunnforskningsstadiet. Inntil implanterbare optiske defibrillatorer kan utvikles for behandling av pasienter, vil det fortsatt ta minst fem til ti år, anslår Prof. Sasse.
Publikasjon: optogenetisk defibrillering avslutter ventrikulær arytmi i musehjerter og menneskelige simuleringer, Journal Of Clinical Investigation, DOI: 10.1172/Jci88950
Kontakt for media:
Junior Prof. Philipp Sasse
Institutt for Fysiologi I
Universitetet I Bonn
Tlf. +49-228-6885212
E-post: [email protected]
Dr. Tobias Brü
Institutt For Fysiologi I
Universitetet I Bonn
Tlf. +49-228-6885217
E-post: [email protected]