07 Mai Schonend defibrillieren dank Optogenetik
Herzrhythmusstörungen sind weltweit für etwa 15 bis 20 % der jährlichen Todesfälle verantwortlich. Bei akuten und lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen können Defibrillatoren eingesetzt werden, um den regelmäßigen Herzschlag wieder anzuregen. Dabei bringt ein starker elektrischer Impuls die Herztätigkeit kurzzeitig zum Stillstand, damit sie anschließend geordnet wieder aufgenommen werden kann. Während diese Behandlung sehr effektiv Leben retten kann, können die starken Stromimpulse auch negative Nebenwirkungen wie Schädigungen des Herzgewebes oder starke Schmerzen haben.
Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) und der Universitätsmedizin Göttingen nutzt nun Lichtimpulse als Modell für die elektrische Defibrillation. „Wir haben eine neue und wesentlich schonendere Methode entwickelt, die es dem Herzen ermöglicht, wieder in den richtigen Rhythmus zu kommen“, sagt Stefan Luther, Max-Planck-Forschungsgruppenleiter am MPI-DS und Professor an der Universitätsmedizin Göttingen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, das Herz mit viel geringerer Energie zu kontrollieren, als dies mit dem konventionellen Verfahren derzeit möglich ist“, so Luther weiter.
Dynamische Pulsfolge – 40-mal weniger Energie
Um ihre Methode zu testen, verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler genetisch veränderte Mäuseherzen, die durch Licht stimuliert werden können. Dabei wird eine Sequenz optischer Lichtpulse mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises ausgelöst. Jeder Puls wird also als Reaktion auf die gemessene arrhythmische Aktivität getriggert. Mit diesem Stimulationsprotokoll konnte das Team nach eigener Aussage Herzrhythmusstörungen wirksam kontrollieren und beenden – und dies selbst bei so niedrigen Energien, die das Herz nicht aktivieren, sondern nur dessen Erregbarkeit modulieren. „Anstatt einen einzigen energiereichen Schock zu verabreichen, um den normalen Herzrhythmus wiederherzustellen, nutzen wir unser Verständnis der Dynamik von Herzrhythmusstörungen“, erklärt Sayedeh Hussaini, Erstautorin der zu dieser Forschungsarbeit veröffentlichten Studie. „Dies führt zu einer sanften Behandlungsmethode mit weitaus weniger Energie pro Impuls, über 40-mal weniger als bei der herkömmlichen Strategie“, berichtet sie.
Das Forschungsteam will diese Erkenntnisse nutzen, um die Kontrolle von Herzrhythmusstörungen mit elektrischen Impulsen zu verbessern. Dies könnte zu fortschrittlichen Defibrillatoren führen, die weniger Schmerzen und Nebenwirkungen für die Patienten verursachen.
Originalpublikation:
[S. Hussaini, A. Mamyraiym Kyzy, J. Schröder-Schetelig, S. L. Lädke, V. Venkatesan, L. Diaz-Maue, R. A. Quiñonez Uribe, C. Richter, V. N. Biktashev, R. Majumder, V. Krinski, S. Luther; Efficient termination of cardiac arrhythmias using optogenetic resonant feedback pacing. Chaos 1 March 2024; 34 (3): 031103. https://doi.org/10.1063/5.0191519]
Quelle und Bild: www.ds.mpg.de
