bild: A: Optogenetisk defibrillering (blå stapel) stoppar arytmi i mushjärta. B: simulering av optogenetisk defibrillering (röd stapel) i en modell av ett mänskligt hjärta. Visa mer
kreditera: Bisexuell bild: Tobias Br (University Bonn) / Patrick M. Boyle (Johns Hopkins University)
ett forskargrupp från Universitetet i Bonn har för första gången lyckats använda ljusstimuli för att stoppa livshotande hjärtarytmi i mush hjärtan. Dessutom, som visas i datorsimuleringar vid Johns Hopkins University, kan denna teknik också användas framgångsrikt för mänskliga hjärtan. Studien öppnar upp ett helt nytt tillvägagångssätt för utvecklingen av implanterbara optiska defibrillatorer, där de starka elektriska impulserna hos konventionella defibrillatorer ersätts av mildare, smärtfria ljusimpulser. Journal of Clinical Investigation har nu publicerat resultaten.
ventrikelflimmer! När hjärtmuskeln tävlar och inte längre kontraherar på ett ordnat sätt följer plötslig död ofta på grund av bristen på blodcirkulation. I en sådan nödsituation hjälper en defibrillator att återställa normal hjärtaktivitet med hjälp av intensiva elektriska stötar. Hos patienter med känd risk för dessa arytmier är den profylaktiska implantationen av en defibrillator den behandling som valts. Om ventrikulär fibrillering detekteras genereras en puls av el automatiskt, vilket normaliserar exciteringen av hjärtmuskeln och sparar människans liv.
”när en implanterad defibrillator utlöses, vilket tyvärr också kan hända på grund av falsk upptäckt av arytmi, är det alltid en mycket traumatisk händelse för patienten”, säger studiechefen, Junior-Professor Philipp Sasse vid Institute of Physiology I vid universitetet i Bonn. ”Den starka elektriska stöten är mycket smärtsam och kan till och med skada hjärtat ytterligare”. Därför undersökte Professor Sasses team principerna för ett smärtfritt, mildare alternativ. Som forskarna nu har visat kan ventrikelflimmer stoppas genom optisk defibrillering.
optisk defibrillering kräver genöverföring
teamet använde den nya metoden för ”optogenetisk” stimulering av mush hjärtan, som hade gener införda för så kallade channelrhodopsins. Dessa kanaler härrör från en grönalger och förändrar jonpermeabiliteten hos hjärtcellmembran när de lyser. När forskarna utlöste ventrikelflimmer i mushjärtat var en ljuspuls på en sekund applicerad på hjärtat tillräckligt för att återställa normal rytm. ”Detta är ett mycket viktigt resultat”, betonar huvudförfattare Dr.med. Tobias Br Brasiligmann från Professor Sasses team. ”Det visar för första gången experimentellt i hjärtat att optogenetisk stimulering kan användas för defibrillering av hjärtarytmi”. Det fungerade också i normala möss som fick kanalrhodopsin genom injektion av ett bioteknologiskt producerat virus. Detta visar en möjlig klinisk tillämpning, eftersom liknande virus redan har använts för genterapi hos humana patienter.
simuleringar visar att fynd kan tillämpas på patienter
men är resultaten med mush hjärtan tillämpliga på människor? För att svara på denna fråga arbetar forskarna vid University of Bonn tillsammans med Professor Natalia Trayanovas Computational Cardiology Lab vid Institute for Computer Medicine och Institutionen för biomedicinsk teknik vid Johns Hopkins University (Baltimore, USA). Där testas optogenetisk defibrillering i en datormodell av hjärtat hos en patient efter hjärtinfarkt. ”Våra simuleringar visar att en ljuspuls till hjärtat också skulle stoppa hjärtarytmi hos denna patient”, rapporterar forskningsprofessor Patrick Boyle, som också är huvudförfattare. För att göra det måste metoden från Universitetet i Bonn optimeras för det mänskliga hjärtat genom att använda rött ljus för att stimulera hjärtcellerna, istället för det blå ljuset som används i möss. Denna aspekt av studien visar den viktiga roll som kan spelas av beräkningsmodellering för att styra och påskynda den systematiska utvecklingen av terapeutiska tillämpningar för hjärtoptogenetik, en teknik som fortfarande är i sin linda.
implanterbara optogenetiska defibrillatorer kan vara genomförbara
”våra data visar den grundläggande genomförbarheten av optogenetisk defibrillering för behandling av ventrikelflimmer”, sammanfattar Prof.Sasse. Att använda ljus för att återställa det fibrillerande hjärtat till en normal rytm kan förväntas vara smärtfri och mycket mildare för patienten än användningen av elektrisk stöt. Den nya metoden är dock fortfarande i grundforskningsstadiet. Till dess att implanterbara optiska defibrillatorer kan utvecklas för behandling av patienter, kommer det fortfarande att ta minst fem till tio år, uppskattar Prof.Sasse.
publikation: Optogenetisk defibrillering avslutar ventrikulär arytmi i mush hjärtan och mänskliga simuleringar, Journal of Clinical Investigation, DOI: 10.1172/JCI88950
kontakt för media:
Junior Prof.Philipp Sasse
Institute of Physiology I
University of Bonn
Tel. + 49-228-6885212
E-post: [email protected]
Dr. Tobias Br Brasiligmann
Institutet för fysiologi i
universitetet i Bonn
Tel. + 49-228-6885217
E-post: [email protected]