Utilizando modelos de corazón humano de alta tecnología y experimentos con ratones, los científicos de Johns Hopkins y la Universidad de Bonn de Alemania han demostrado que los rayos de luz podrían reemplazar las descargas eléctricas en pacientes que sufren un trastorno mortal del ritmo cardíaco.
Los hallazgos, publicados en línea el 12 de septiembre en la edición de octubre de 2016 de El Diario de Investigación Clínica , podría allanar el camino para un nuevo tipo de desfibriladores implantables.
Los dispositivos actuales suministran pulsos de electricidad que son extremadamente dolorosos y pueden dañar el tejido cardíaco. Según los investigadores de Johns Hopkins y Bonn, el tratamiento basado en la luz debería proporcionar un remedio más seguro y más suave para pacientes con alto riesgo de arritmia, un latido cardíaco irregular quepuede causar muerte súbita cardíaca en minutos.
Esta idea surge de los avances en el campo de la optogenética, en el que las proteínas sensibles a la luz están incrustadas en el tejido vivo, lo que permite el uso de fuentes de luz para modificar la actividad eléctrica en las células.
"Estamos trabajando para la desfibrilación óptica del corazón, donde se le dará luz a un paciente que está sufriendo un paro cardíaco, y podremos restaurar el funcionamiento normal del corazón de una manera suave e indolora", dijo NataliaTrayanova, quien supervisó la investigación en Johns Hopkins.
Trayanova es profesor de Murray B. Sachs en el Departamento de Ingeniería Biomédica y es miembro del cuerpo docente principal en el Instituto de Medicina Computacional de la universidad.
Para acercar el nuevo tratamiento cardíaco a la realidad, los científicos de la Universidad de Bonn y Johns Hopkins se centraron en dos tipos diferentes de investigación.
El equipo de Bonn realizó pruebas para latir corazones de ratones cuyas células habían sido modificadas genéticamente para expresar proteínas que reaccionan a la luz y alteran la actividad eléctrica dentro del órgano.
Cuando los investigadores de Bonn desencadenaron la fibrilación ventricular en un corazón de ratón, un pulso de luz de un segundo aplicado al corazón fue suficiente para restaurar el ritmo normal. "Este es un resultado muy importante", dijo Tobias Bruegmann, uno de los autores principales deel artículo de la revista: "Muestra por primera vez experimentalmente que la luz puede usarse para la desfibrilación de la arritmia cardíaca".
Para averiguar si esta técnica podría ayudar a pacientes humanos, el equipo de Trayanova en Johns Hopkins realizó un experimento análogo dentro de un modelo informático detallado de un corazón humano, uno derivado de las imágenes de resonancia magnética tomadas de un paciente que había experimentado un ataque cardíaco y ahora estabaen riesgo de arritmia.
"Nuestras simulaciones muestran que un pulso de luz al corazón podría detener la arritmia cardíaca en este paciente", dijo Patrick M. Boyle, profesor de investigación de ingeniería biomédica de Johns Hopkins y autor principal del artículo de la revista.
Sin embargo, para hacerlo, el método de la Universidad de Bonn tuvo que modificarse para el corazón humano mediante el uso de luz roja para estimular las células del corazón, en lugar de la luz azul utilizada en ratones. Boyle, miembro de TrayanovaEl equipo de laboratorio explicó que la luz azul utilizada en los corazones de ratones mucho más pequeños no era lo suficientemente potente como para penetrar completamente el tejido cardíaco humano. La luz roja, que tiene una longitud de onda más larga, fue más efectiva en las pruebas virtuales en humanos.
"Además de demostrar la viabilidad de la desfibrilación optogenética en un corazón virtual de un paciente, las simulaciones revelaron las formas precisas en que la luz altera el comportamiento eléctrico colectivo de las células en el corazón para lograr la terminación de arritmia deseada", dijo Trayanova.
Boyle agregó que este aspecto del estudio destacó el importante papel que puede jugar el modelado computacional para guiar y acelerar el desarrollo de aplicaciones terapéuticas para la optogenética cardíaca, una tecnología que todavía está en su infancia.
El Profesor Junior Philipp Sasse del Instituto de Fisiología I de la Universidad de Bonn, quien es autor correspondiente del estudio, supervisó el proyecto en Alemania, estuvo de acuerdo en que el prometedor tratamiento con luz requerirá mucho más tiempo e investigación antes de que pueda convertirse en unprocedimiento médico común.
"El nuevo método aún se encuentra en la etapa de investigación básica", dijo Sasse. "Hasta que se puedan desarrollar desfibriladores ópticos implantables para el tratamiento de pacientes, todavía tomará al menos cinco a diez años".
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Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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