Een nieuwe biologisch geïntegreerde defibrillator kan hartritmestoornissen herstellen, zonder de pijnlijke elektrische schok van een traditionele cardioversie. Het gaat om de BioICD, die gentherapie, lichtgevoelige hartcellen en implanteerbare LED-technologie combineert. De aanpak is inmiddels met succes bij ratten getest.
Hartritmestoornissen worden vooral behandeld met medicijnen, ablatie of elektrische cardioversie, afhankelijk van de aard en ernst. De meest voorkomende hartritmestoornis in Nederland is boezemfibrilleren; naar schatting hebben zo’n 300.000 mensen in Nederland hiervan last. Indien andere behandelingen onvoldoende effect opleveren, kan bij boezemfibrilleren cardioversie nodig zijn.
Bij elektrische cardioversie wordt het hartritme met een krachtige elektrische impuls hersteld. Patiënten zijn doorgaans bij bewustzijn tijdens een ritmestoornis. De ingreep wordt daarom over het algemeen onder narcose uitgevoerd. Een implanteerbare defibrillator, zoals een ICD, is bij boezemfibrilleren lang niet altijd een alternatief.
Biologische elektriciteit
Met de BioICD zetten de onderzoekers van het LUMC en de TU Delft echter in op een andere aanpak. Het menselijk hart genereert van nature voortdurend elektrische signalen, die de samentrekking van hartcellen aansturen. De onderzoekers willen deze zogeheten biologische elektriciteit inzetten voor het herstellen van een verstoord hartritme.
De BioICD maakt gebruik van kleine LED-lichtbronnen die op specifieke momenten en locaties licht kunnen afgeven. Het hartweefsel moet daarvoor eerst lichtgevoelig worden gemaakt. Met gentherapie worden eiwitten in hartcellen aangebracht die reageren op licht en vervolgens een elektrisch signaal veroorzaken. Door de intensiteit, timing en locatie van het licht te controleren, willen de onderzoekers in kaart brengen welke elektrische prikkels nodig zijn voor het beëindigen van een ritmestoornis.
Met succes getest in ratten
De onderzoekers van het LUMC en de TU Delft werken aan kleine LED-systemen die in het lichaam kunnen worden geïmplanteerd en gecontroleerd licht kunnen afgeven. Het principe is inmiddels met succes getest in ratten. Een volgende onderzoeksstap is het testen van de technologie in varkens. Voordat een dergelijke behandeling bij mensen kan worden onderzocht, zijn aanvullende preklinische studies en uitgebreide veiligheids- en effectiviteitstesten noodzakelijk.
Naast dieronderzoek gebruiken de onderzoekers gekweekt menselijk hartweefsel voor het onderzoeken van de werking van lichtgestuurde stimulatie. Dit weefsel wordt gekweekt met behulp van gedoneerd hartweefsel. Zo ontstaat een weefsellaag die qua omvang vergelijkbaar is met het boezemweefsel van het menselijk hart.
Dit grotere model biedt interessante mogelijkheden. Zo is het gedrag van hartcellen onder meer afhankelijk van de schaal en onderlinge verbindingen binnen het weefsel. De onderzoekers kunnen in een laboratorium gecontroleerd ritmestoornissen opwekken en deze vervolgens met behulp van verschillende lichtpatronen en LED-configuraties behandelen.
Het LUMC beschikt over menselijke cellijnen die zijn ontwikkeld op basis van gedoneerd hartweefsel. Deze cellijnen kunnen telkens opnieuw worden gebruikt voor onderzoek. Het LUMC spreekt over ‘unieke humane cellijnen die zowel voor academisch als bedrijfsmatig onderzoek interessant kunnen zijn’.
Ritmestoornissen automatisch detecteren en aanpakken
Als volgende stap willen de onderzoekers zich richten op het automatisch detecteren van een ritmestoornis en op basis daarvan activeren van het implanteerbare LED-systeem. Zij onderzoeken daarvoor onder meer een draagbaar apparaat voor het detecteren van een afwijkend hartritme, zoals een smartwatch. Via een draadloze verbinding kan dit apparaat vervolgens een geïmplanteerde ontvanger activeren, waarna de LED’s het hartweefsel gericht stimuleren.
Op langere termijn richten de onderzoekers zich op een nog verdergaande vorm van biologische defibrillatie, waarbij het hart zelf een ritmestoornis detecteert en beëindigt. “Het uiteindelijke doel is dat we het hart zelf een ritmestoornis laten herkennen en stoppen. Zonder elektronica of licht, maar volledig biologisch en schokvrij. Het hart als zijn eigen defibrillator”, aldus LUMC-hoogleraar cellulaire elektrofysiologie Daniël Pijnappels.
