IMAGE: a: defibrylacja Optogenetyczna (niebieski pasek) zatrzymuje arytmię serca myszy. B: Symulacja defibrylacji optogenetycznej (czerwony pasek) w modelu ludzkiego serca. Zobacz więcej
źródło: © Zdjęcie: Tobias Brügmann (University Bonn) / Patrick M. Boyle (Johns Hopkins University)
zespół badawczy z Uniwersytetu w Bonn po raz pierwszy udało się wykorzystać bodźce świetlne do powstrzymania zagrażającej życiu arytmii serca u myszy. Co więcej, Jak pokazano w symulacjach komputerowych na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa, technika ta mogła być również z powodzeniem stosowana w ludzkich sercach. Badanie otwiera zupełnie nowe podejście do rozwoju wszczepialnych defibrylatorów optycznych, w których silne impulsy elektryczne konwencjonalnych defibrylatorów są zastępowane łagodniejszymi, bezbolesnymi impulsami świetlnymi. Journal of Clinical Investigation opublikował wyniki.
migotanie komór! Gdy wyścigi mięśnia sercowego i nie kurczy się w sposób uporządkowany, nagła śmierć często następuje z powodu braku krążenia krwi. W takiej sytuacji defibrylator pomaga przywrócić normalną aktywność serca za pomocą intensywnych wstrząsów elektrycznych. U pacjentów ze znanym ryzykiem wystąpienia tych zaburzeń rytmu serca profilaktyczne wszczepienie defibrylatora jest leczeniem z wyboru. W przypadku wykrycia migotania komór automatycznie generowany jest impuls energii elektrycznej, który normalizuje pobudzenie mięśnia sercowego i ratuje życie danej osoby.
„gdy wszczepiony defibrylator zostanie uruchomiony, co niestety może się zdarzyć również z powodu fałszywego wykrycia arytmii, zawsze jest to bardzo traumatyczne wydarzenie dla pacjenta”, mówi kierownik badania, Junior-profesor Philipp Sasse z Instytutu Fizjologii I na Uniwersytecie w Bonn. „Silny wstrząs elektryczny jest bardzo bolesny i może nawet uszkodzić serce”. Dlatego zespół profesora Sasse badał Zasady bezbolesnej, łagodniejszej alternatywy. Jak już pokazali naukowcy, migotanie komór można zatrzymać za pomocą defibrylacji optycznej.
defibrylacja optyczna wymaga transferu genów
zespół zastosował nową metodę „optogenetycznej” stymulacji serca myszy, w której wprowadzono geny dla tzw. channelrhodopsyn. Kanały te pochodzą z zielonej algi i zmieniają przepuszczalność jonową błon komórkowych serca po oświetleniu. Kiedy naukowcy wywołali migotanie komór w sercu myszy, impuls świetlny o jednej sekundzie zastosowany do serca wystarczył, aby przywrócić normalny rytm. „To bardzo ważny wynik”, podkreśla główny autor dr med. Tobias Brügmann z zespołu profesora Sasse. „Po raz pierwszy eksperymentalnie w sercu pokazuje, że stymulacja optogenetyczna może być wykorzystana do defibrylacji arytmii serca”. Działał również na normalnych myszach, które otrzymały rhodopsynę kanałową poprzez wstrzyknięcie biotechnologicznie produkowanego wirusa. Pokazuje to możliwe zastosowanie kliniczne, ponieważ podobne wirusy były już stosowane w terapii genowej u ludzi.
symulacje pokazują, że wyniki można zastosować do pacjentów
, ale czy wyniki z mysimi sercami mają zastosowanie do ludzi? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy z Uniwersytetu w Bonn współpracują z laboratorium Kardiologii obliczeniowej prof. Natalii Trayanovej w Institute for Computer Medicine i Department of Biomedical Engineering na Johns Hopkins University (Baltimore, USA). Tam testowana jest defibrylacja optogenetyczna w komputerowym modelu serca pacjenta po zawale serca. „Nasze symulacje pokazują, że lekki impuls do serca zatrzymałby również arytmię serca u tego pacjenta”, donosi profesor Patrick Boyle, który jest również głównym autorem. Aby to zrobić, jednak metoda z Uniwersytetu w Bonn musiała być zoptymalizowana dla ludzkiego serca za pomocą czerwonego światła do stymulowania komórek serca, zamiast niebieskiego światła stosowanego u myszy. Ten aspekt badania pokazuje ważną rolę, jaką może odegrać modelowanie obliczeniowe w kierowaniu i przyspieszaniu systematycznego rozwoju zastosowań terapeutycznych dla optogenetyki serca, technologii, która jest jeszcze w powijakach.
wszczepialne defibrylatory optogenetyczne mogą być wykonalne
„nasze dane pokazują podstawową wykonalność defibrylacji optogenetycznej w leczeniu migotania komór”, podsumowuje Prof. Sasse. Można oczekiwać, że używanie światła do powrotu migotania serca do normalnego rytmu będzie bezbolesne i znacznie łagodniejsze dla pacjenta niż zastosowanie porażenia prądem. Jednak nowa metoda jest nadal w fazie badań podstawowych. Dopóki wszczepialne defibrylatory optyczne nie zostaną opracowane do leczenia pacjentów, potrwa to co najmniej pięć do dziesięciu lat, szacuje Prof. Sasse.
Publikacja: optogenetic defibrillation terminates ventricular arrhythmia in mouse hearts and human simulations, Journal of Clinical Investigation, Doi: 10.1172/JCI88950
Kontakt Dla mediów:
Junior Prof. Philipp Sasse
Instytut Fizjologii i
Uniwersytet w Bonn
Tel. +49-228-6885212
E-mail: [email protected]
Dr Tobias Brügmann
Institute of Physiology I
University of Bonn
tel. +49-228-6885217
E-mail: [email protected]