Onderzoekers van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) en de TU Delft hebben een methode ontwikkeld voor het resetten van een verstoord hartritme. Dat doen ze met gentherapie en een implanteerbaar LED-lampje. De samenwerking tussen de Leidse en Delftse onderzoekers is het onvoorziene resultaat van een Vidi-project van ZonMw.

Het hart is een elektrisch orgaan: het trekt samen onder invloed van elektrische stroom. De geleiding van die stroom kan verstoord raken en kan leiden tot fibrilleren: het onregelmatig en te snel samentrekken van (een deel van) het hart. Boezemfibrilleren treft 1 tot 2 procent van de Nederlandse bevolking. Dat aantal stijgt door de vergrijzing van de bevolking: de aandoening komt vooral voor bij oudere mensen. Boezemfibrilleren is niet levensgevaarlijk omdat de kamers van het hart nog wel goed samentrekken, maar patiënten kunnen wel vaak last hebben van een merkbaar onregelmatige hartslag, duizeligheid en vermoeidheid. Bovendien heeft de patiënt een grotere kans op het ontwikkelen van een beroerte en hartfalen. Het ontwikkelen van een effectieve behandeling is daarom gewenst.

Resetten van het hart

Om het hart weer in de pas te laten lopen, kunnen patiënten met boezemfibrilleren een cardioversie-behandeling ondergaan. Onder een lichte narcose krijgen zij met elektrodes op de borst een sterke stroomstoot toegediend, waardoor het hart wordt ‘gereset’ en de boezems weer normaal samentrekken. Een andere manier voor cardioversie is de implanteerbare cardioverter defibrillator (ICD), een apparaat dat onder de huid wordt geïmplanteerd en met elektrodes aan het hart is verbonden. Een ICD herkent fibrillatie en dient direct een sterke stroomschok toe, die het hartritme normaliseert.

Pijnlijke schok

‘Hoewel cardioversie de beste methode is voor het direct normaliseren van het hartritme, voorkomt het geen volgende hartritmestoornis’, zegt dr. Daniël Pijnappels, hoofd van het laboratorium voor Experimentele Cardiologie en universitair hoofddocent bij de afdeling Cardiologie van het LUMC. ‘Bovendien is de stroomstoot zeer pijnlijk en traumatiserend.’ Pijnappels en zijn collega’s gingen daarom op zoek naar andere methoden om het hartritme onder controle te krijgen met minder ongemak voor de patiënt. ‘We weten dat het hart elektrisch actief is. Dus vroegen we ons af: kunnen we dat vermogen niet gebruiken voor therapeutische doeleinden?’ Pijnappels en zijn collega’s werkten het idee van de biologische defibrillator uit. ‘Als we het hart zelf in staat stellen om de hartritmestoornis te stoppen, zou het schokvrij moeten zijn. We voelen nu namelijk ook niets van de stroom die het hart produceert.’

Algenkanaaltjes

Om het vermogen van het hart aan te wenden voor biologische defibrillatie gebruiken de onderzoekers optogenetica: een techniek om met gentherapie en licht de functie van cellen, weefsels of zelfs complete organen in het lichaam te controleren. ‘Algen gebruiken lichtgevoeligheid om naar het wateroppervlak te bewegen’, zegt drs. Emile Nyns, arts-onderzoeker in het laboratorium van Pijnappels. ‘Ze bezitten kanaaltjes die ionen doorlaten onder invloed van licht.’ De onderzoekers brachten de genetische informatie van het lichtgevoelige ionkanaal over op cellen van de boezems en brachten die tot expressie in een diermodel. De hypothese was dat de stroom die het hart tijdens belichting opwekt, sterk genoeg is om boezemfibrilleren te stoppen. Dat principe bleek te werken. ‘In plaats van het toepassen van een pijnlijke stroomschok kan het hartritme nu ook met een lichtpuls worden hersteld’, zegt Nyns. ‘Patiënten met boezemfibrilleren zouden in de toekomst met deze techniek mogelijk pijnvrij kunnen worden behandeld.’

En er was licht

Maar voor de laatste stap, het belichten van het hart binnen het lichaam, was een bijzondere samenwerking nodig. Voor het doorontwikkelen van de techniek moest de lichtbron eerst stukken kleiner worden. ‘De uitwerking van een aanvraag kun je niet voorspellen’, zegt Pijnappels. ‘Toen we erachter kwamen dat we een heel klein LED-lampje nodig hadden, bleek dat zoiets nergens verkrijgbaar was.’ Daarom zocht hij contact met de afdeling Microelektronica van de TU Delft. Pijnappels kreeg al binnen een paar uur reactie. Enkele weken later maakten de twee onderzoeksgroepen kennis en begonnen ze met het uitwerken van een idee. ‘We stelden samen de eisen vast: de LED moest klein en dun zijn, met een uniforme lichtverdeling, weinig warmteontwikkeling, en een hoge lichtintensiteit met een specifieke golflengte. Daar zijn we mee aan de slag gegaan’, zegt dr. René Poelma, onderzoeker aan de TU Delft. Intussen liggen er meerdere prototypes van LED-lampjes, die ook al worden toegepast in diermodellen. Voor Poelma en zijn collega’s was deze samenwerking een andere toepassing dan ze gewend zijn. ‘We staan meestal ver af van het menselijk lichaam, maar vonden het erg interessant om met dit ontwerp mee te denken.’

Fundamenteel onderzoek toegepast

De ontwikkeling van het implanteerbare LED-lampje en de gentherapie zijn twee vraagstukken die de impact van fundamenteel onderzoek illustreren, vindt Pijnappels. ‘Wij zoeken een therapie op basis van biologische defibrillatie, waarbij uiteindelijk geen licht meer nodig is. Met gentherapie kunnen wij leren hoe het hart zichzelf kan corrigeren bij een hartritmestoornis. Licht is alleen maar de sleutel om het ionkanaal open te zetten.’ Hoewel het onderzoek van de Leidse en Delftse onderzoekers steeds meer richting de kliniek gaat, zal het – afgezien van veiligheidsonderzoek – toch nog even duren voordat de techniek daadwerkelijk kan worden toegepast. Er is daarom overleg met cardiologen over de haalbaarheid en behoefte van de therapie. Pijnappels: ‘Eigenlijk doen we nu al veel in en om het hart met devices zoals een ICD of pacemaker. De uitwerking van ons idee is niet zo heel anders, maar het perspectief wel: nieuwe biologie voor therapeutische doeleinden.’

Dr. Daniël Pijnappels kreeg voor zijn onderzoek naar  biologische defibrillatie een Vidi-subsidie. Met deze prestigieuze beurs van ZonMw/NWO kunnen ervaren onderzoekers hun eigen vernieuwende onderzoekslijn opzetten. Uit dit fundamentele onderzoek kunnen baanbrekende inzichten komen, die ten goede kunnen komen aan de patiënt.

 

Auteur: Koen Scheerders

 

 

Naar boven
Direct naar: InhoudDirect naar: NavigatieDirect naar: Onderkant website