Lichtbron in het hart stopt fibrillatie
Stoppen van een fibrillerend hart met een lichtsignaal in plaats van een brute elektrische schok? Klinkt als muziek in de oren! Hoewel de muziek zich waarschijnlijk op een verre planeet afspeelt.
Stoppen van een fibrillerend hart met een lichtsignaal in plaats van een brute elektrische schok? Klinkt als muziek in de oren! Hoewel de muziek zich waarschijnlijk op een verre planeet afspeelt.
Het defibrilleren van een op hol geslagen hart vraagt een intense elektrische schok. Daar kunnen patiënten die leiden aan ernstige hartritmestoornissen met een ingeplant defribrillatortoestel (ICD) vaak over mee praten! "De elektrische schok na detectie van ventrikelfibrillatie die hun leven redt, normaliseert weliswaar de excitatie van de hartspier, maar is tegelijk een behoorlijk traumatische gebeurtenis", verduidelijkt prof. Philipp Sasse van het Institute of Physiology aan de Universiteit Bonn, Duitsland. "Als een geïmplanteerde defibrillator getriggered wordt - wat jammer genoeg ook kan gebeuren als er een hartritmestoornis wordt gedetecteerd zonder dat die plaatsvindt- is de sterke elektrische schok niet alleen erg pijnlijk; bovendien kan er verdere schade aan het hart door ontstaan." De oplossing kan er uit bestaan om een mildere schok te genereren. En dat lijkt mogelijk door te werken met licht in plaats van elektriciteit, zo tonen recente proefnemingen met muizenharten.
Lichtsensitief maken
Het principe is als volgt. Hartspierweefsel van muizen wordt met gentherapie behandeld zodat deze lichtsensitieve kanalen met de naam kanaalrhodopsine tot uitdrukking brengen. Het gen dat daarvoor wordt gebruikt, is afkomstig van groene algen die er licht mee waarnemen om zich vervolgens in die lichtrichting te bewegen. De lichtsensitieve kanalen in het hartweefsel openen zich vervolgens als er licht op valt waarna positief geladen ionen de hartcellen binnen stromen.
De fibrillatie van dergelijk hartspierweefsel kon effectief in het labo gestopt worden na blootstelling aan een lichtbron. Maar een laagje hartweefsel is uiteraard geen volledig hart. Het team van prof. Sasse testte daarom de mogelijkheden van deze recente techniek - die optogenetische defibrillatie werd gedoopt- op volledige muizenharten.
Struikelblok 'gentherapie'
De met gentherapie behandelde muizenharten werden voor de klus speciaal geprepareerd om een langdurige hartritmestoornis te verkrijgen, daar die normaal gezien in vivo slechts enkele seconden duurt. En dat is te kort voor onderzoek. Na epicardiale verlichting met laserlicht, bleek defibrillatie effectief mogelijk. De onderzoeksgroep wil nu deze experimenten herhalen op grotere diermodellen.
Bij het open trekken van dit onderzoek naar een humane situatie, stuiten zij echter op de ene na de andere theoretische en praktische belemmering. Overdracht van genen naar weefsels in een humane setting is bijvoorbeeld al jaren een notoir probleem en zorgt in het beste geval voor een tijdelijke expressie van het gewenste eiwit. En om optogenetische defibrillatie een kans van slagen te geven, moet een relatief groot aantal hartcellen gestimuleerd worden. Hoe dat kan lukken met gene transfer is niet duidelijk.
Sasse beaamt dat gentherapie bij mensen momenteel te wensen overlaat, hoewel hij ervan uitgaat dat dat ooit wordt opgelost. Bovendien merkt hij op dat er in de muizenharten een goede expressie plaatsvond van het kanaalrhodopsine-eiwit één jaar na gentherapie, hoewel er een episomale vector werd gebruikt die niet integreert in het genoom. "Het feit dat volwassen cardiomyocyten van muizen niet delen, is daar een mogelijke verklaring voor. Maar misschien is de situatie anders in het menselijke hart", zegt hij verder. "Studies waarbij gelijkaardige virale vectoren werden gebruikt om hartfalen bij mensen te behandelen, werden immers recent stopgezet omwille van een te lage effectiviteit."
Lichtje in het hart
Op de koop toe lijkt een intracavitaire illuminatie van het endocard een haast onmogelijke opdracht - hoe krijg je LEDs in het endocard dat een sterke trabeculatie kent?-, waardoor enkel het oppervlak van het hart zou kunnen worden beschenen. En hoewel er reeds hardop gedacht wordt aan rekbare opto-elektrische membranen -die dan misschien een risico vormen voor infecties, pericarditis of frictie-, blijven de hindernissen zich opstapelen bij elke zogezegde nieuwe stap vooruit. En dat verwijst deze optogenetische toepassing ver naar de toekomst. Misschien zelfs naar een toekomst die er nooit zal komen.