imagine: A: defibrilarea optogenetică (bara albastră) oprește aritmia în inima mouse-ului. B: simularea defibrilației optogenetice (bara roșie) într-un model al inimii umane. vezi mai mult
Credit: imagini: Tobias br (Universitatea Bonn)/Patrick M. Boyle (Universitatea Johns Hopkins)
o echipă de cercetare de la Universitatea din Bonn a reușit pentru prima dată să utilizeze stimuli ușori pentru a opri aritmia cardiacă care pune viața în pericol în inimile șoarecilor. Mai mult, așa cum se arată în simulările pe computer de la Universitatea Johns Hopkins, această tehnică ar putea fi folosită cu succes și pentru inimile umane. Studiul deschide o nouă abordare a dezvoltării defibrilatoarelor optice implantabile, în care impulsurile electrice puternice ale defibrilatoarelor convenționale sunt înlocuite cu impulsuri ușoare, fără durere. Jurnalul de Investigații Clinice a publicat acum rezultatele.
fibrilație ventriculară! Când mușchiul inimii aleargă și nu se mai contractă într-un mod ordonat, moartea subită urmează adesea din cauza lipsei circulației sângelui. Într-o astfel de urgență, un defibrilator ajută la restabilirea activității cardiace normale prin șocuri electrice intense. La pacienții cu risc cunoscut pentru aceste aritmii, implantarea profilactică a unui defibrilator este tratamentul la alegere. Dacă se detectează fibrilația ventriculară, se generează automat un impuls de energie electrică, care normalizează excitația mușchiului cardiac și salvează viața persoanei.
„când se declanșează un defibrilator implantat, care, din păcate, se poate întâmpla și din cauza detectării false a aritmiei, este întotdeauna un eveniment foarte traumatic pentru pacient”, spune șeful studiului, Junior-profesor Philipp Sasse de la Institutul de Fiziologie I de la Universitatea din Bonn. „Șocul electric puternic este foarte dureros și poate chiar deteriora inima în continuare”. Prin urmare, echipa profesorului Sasse a investigat principiile unei alternative mai blânde și mai blânde. După cum au arătat acum oamenii de știință, fibrilația ventriculară poate fi oprită prin defibrilare optică.
defibrilarea optică necesită transfer de gene
echipa a folosit noua metodă de stimulare „optogenetică” a inimilor de șoarece, care au introdus gene pentru așa-numitele channelrhodopsins. Aceste canale sunt derivate dintr-o algă verde și modifică permeabilitatea ionică a membranelor celulare cardiace atunci când sunt iluminate. Când cercetătorii au declanșat fibrilația ventriculară în inima șoarecelui, un puls ușor de o secundă aplicat inimii a fost suficient pentru a restabili ritmul normal. „Acesta este un rezultat foarte important”, subliniază autorul principal Dr.med. Tobias br din echipa profesorului Sasse. „Arată pentru prima dată experimental în inimă că stimularea optogenetică poate fi utilizată pentru defibrilarea aritmiei cardiace”. De asemenea, a funcționat la șoareci normali care au primit canalulrhodopsina prin injectarea unui virus produs biotehnologic. Aceasta arată o posibilă aplicație clinică, deoarece viruși similari au fost deja utilizați pentru terapia genică la pacienții umani.
simulările arată că constatările ar putea fi aplicate pacienților
, dar rezultatele cu inimi de șoarece sunt aplicabile oamenilor? Pentru a răspunde la această întrebare, oamenii de știință de la Universitatea din Bonn lucrează împreună cu laboratorul de Cardiologie computațională al Prof.Natalia Trayanova de la Institutul de Medicină informatică și Departamentul de Inginerie Biomedicală de la Universitatea Johns Hopkins (Baltimore, SUA). Acolo, defibrilarea optogenetică este testată într-un model computerizat al inimii unui pacient după infarctul cardiac. „Simulările noastre arată că un puls ușor către inimă ar opri, de asemenea, aritmia cardiacă a acestui pacient”, relatează profesorul de cercetare Patrick Boyle, care este și autorul principal. Pentru a face acest lucru, totuși, metoda de la Universitatea din Bonn a trebuit să fie optimizată pentru inima umană prin utilizarea luminii roșii pentru a stimula celulele inimii, în loc de lumina albastră utilizată la șoareci. Acest aspect al studiului demonstrează rolul important care poate fi jucat de modelarea computațională pentru a ghida și accelera dezvoltarea sistematică a aplicațiilor terapeutice pentru optogenetica cardiacă, o tehnologie care este încă în fază incipientă.
defibrilatoarele optogenetice implantabile ar putea fi fezabile
„datele noastre arată fezabilitatea fundamentală a defibrilării optogenetice pentru tratamentul fibrilației ventriculare”, rezumă Prof.Sasse. Utilizarea luminii pentru a readuce inima fibrilantă la un ritm normal poate fi de așteptat să fie fără durere și mult mai blândă pentru pacient decât utilizarea șocului electric. Cu toate acestea, noua metodă este încă în stadiul cercetării de bază. Până când defibrilatoarele optice implantabile pot fi dezvoltate pentru tratamentul pacienților, va dura încă cel puțin cinci până la zece ani, estimează Prof.Sasse.
publicație: defibrilarea optogenetică termină aritmia ventriculară în inimile șoarecilor și simulările umane, Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172/JCI88950
Contact pentru mass-media:
Junior Prof.Philipp Sasse
Institutul de Fiziologie I
Universitatea din Bonn
Tel. + 49-228-6885212
e-mail: [email protected]
Dr. Tobias br Inqquxgmann
Institutul de Fiziologie I
Universitatea din Bonn
Tel. + 49-228-6885217
e-mail: [email protected]