LUMC en TU Delft ontwikkelen een hart dat zichzelf kan defibrilleren

Onderzoekers van het LUMC en de TU Delft werken aan een techniek waarmee het hart een hartritmestoornis mogelijk zelf kan herkennen én herstellen, zonder een elektrische schok van buitenaf. De aanpak bevindt zich nog in de onderzoeksfase, maar kan op termijn een alternatief bieden voor patiënten bij wie medicijnen of een ablatie onvoldoende effect hebben. De onderzoekers richten zich onder meer op boezemfibrilleren, de meest voorkomende hartritmestoornis in Nederland.

Boezemfibrilleren komt in Nederland bij ongeveer 300.000 mensen voor. Wanneer medicijnen of een ablatie onvoldoende werken, kan elektrische cardioversie nodig zijn. Daarbij krijgt het hart een krachtige stroomstoot om het ritme te herstellen. Omdat patiënten tijdens een hartritmestoornis doorgaans bij bewustzijn zijn, gebeurt dit onder narcose. Een implanteerbare defibrillator (ICD) is voor patiënten met boezemfibrilleren geen alternatief: deze apparaten zijn niet bedoeld om deze ritmestoornis op die manier te behandelen.

De onderzoekers willen daarom de elektrische activiteit die het hart van nature produceert, benutten om een ritmestoornis te stoppen. Het idee is uitgewerkt tot een biologisch geïntegreerde hartdefibrillator, de BioICD.

Hart gevoelig voor licht

De BioICD maakt gebruik van LED-lampjes. Die geven lichtflitsen waarmee de elektrische activiteit van het hart gericht kan worden beïnvloed. Daarvoor moeten hartcellen eerst lichtgevoelig worden gemaakt. Met gentherapie willen de onderzoekers speciale eiwitten in hartcellen aanbrengen die reageren op licht. Wanneer er licht op de cellen valt, ontstaat een klein elektrisch signaal. Zo kunnen de onderzoekers onderzoeken waar, wanneer en hoeveel elektrische activiteit nodig is om een ritmestoornis te stoppen.

De benodigde LED-systemen worden ontwikkeld in samenwerking met de TU Delft. Het gaat om kleine systemen die in het lichaam kunnen worden geplaatst en op het juiste moment de benodigde hoeveelheid licht afgeven. Het principe is inmiddels aangetoond in ratten. De volgende stap is onderzoek in een varken. Toepassing bij mensen is voorlopig nog niet aan de orde.

Menselijk hartweefsel

Om te onderzoeken hoe hartcellen op licht reageren, gebruiken de onderzoekers ook menselijk hartweefsel dat in het laboratorium is gekweekt. De cellen worden afkomstig uit gedoneerd hartweefsel en vervolgens opgekweekt tot een laag die ongeveer zo groot is als het boezemweefsel van een menselijk hart. Dat formaat is belangrijk, omdat hartcellen zich in groter weefsel anders kunnen gedragen dan in een klein stukje.

In het model kunnen de onderzoekers ritmestoornissen opwekken, verschillende lichtpatronen testen en bekijken hoe het ritme daarop reageert. Het LUMC beschikt hiervoor over humane cellijnen die steeds opnieuw voor onderzoek kunnen worden gebruikt.

Automatisch activeren

De onderzoekers denken daarnaast na over manieren om de BioICD automatisch te activeren. Een toekomstig systeem zou bijvoorbeeld een smartwatch kunnen gebruiken om een ritmestoornis te detecteren. Die kan vervolgens een signaal sturen naar een kleine ontvanger onder de huid, die het LED-systeem activeert.

Een dergelijke smartwatch bestaat nog niet en ook de BioICD moet nog uitgebreid worden getest en ontwikkeld. Het uiteindelijke doel is een systeem waarbij het hart een ritmestoornis zelf kan herkennen en stoppen, zonder een pijnlijke elektrische schok.

Het onderzoek brengt verschillende disciplines samen in het Laboratory of Experimental Cardiology van het LUMC, onder leiding van Daniël Pijnappels. Artsen, biologen, ingenieurs, natuurkundigen en analisten werken er samen aan onderzoek naar het ontstaan van hartritmestoornissen en nieuwe manieren om deze te behandelen.

Oorclipje

Drie jaar geleden schreven we bij ICT&health al over een andere innovatieve aanpak voor boezemfibrilleren, waarbij ook de TU Delft betrokken was. Onderzoekers van het Erasmus MC en de TU Delft onderzochten destijds of een oorclipje dat elektrische signalen afgeeft aan een zenuw, kan helpen bij het herstellen van het hartritme. De resultaten werden gezien als een eerste stap richting een bredere klinische toepassing van deze techniek.