Een hart dat zichzelf kan defibrilleren

Nieuwe technologie: slimme LED-systemen

Maar een hart dat op licht reageert, heeft ook een lichtbron nodig die precies op het juiste moment en op de juiste plek wordt geactiveerd. Hier komt de samenwerking tussen het LUMC en de TU Delft om de hoek kijken. Samen ontwikkelden ze kleine, slimme LED-systemen die diep in het lichaam kunnen worden geplaatst en precies de juiste hoeveelheid licht kunnen afgeven op het juiste moment.

"Die LED-systemen kunnen we implanteren in dieren", zegt de hoogleraar. "Zo hebben we het principe inmiddels aangetoond in ratten. De volgende stap is onderzoek in een varken." De technologie is nog niet klaar voor toepassing bij mensen, maar de vooruitzichten zijn volgens hem veelbelovend.

Gekweekt menselijk hartweefsel op ware grootte van het hart

Om te kunnen onderzoeken hoe een lichtflits een ritmestoornis stopt, moeten de onderzoekers eerst begrijpen hoe hartcellen precies reageren. Ook dit kunnen ze niet zomaar in een mens testen. Daarom gebruiken ze een veilige tussenstap: een soort kunsthart van echt, maar in het laboratorium gekweekt menselijk weefsel.

Hiervoor nemen de onderzoekers echte menselijke hartcellen, die ze laten uitgroeien in een grote schaal tot een laag weefsel. Deze laag is ongeveer zo groot als het boezemweefsel in een echt menselijk hart. "Grootte doet ertoe bij ritmestoornissen", zegt Pijnappels. "In een klein stukje weefsel gedragen hartcellen zich anders dan in een model op ware grootte."

In het model kunnen de onderzoekers ritmestoornissen opwekken, lichtpatronen testen en zien hoe het ritme verandert wanneer de LED-lampjes worden geactiveerd.

Gedoneerd hartweefsel

De hartcellen die het LUMC hiervoor gebruikt, zijn afkomstig van gedoneerd hartweefsel. Universitair hoofddocent Twan de Vries houdt zich binnen het laboratorium bezig met het ontwikkelen en opkweken van deze cellen. Op die manier kunnen de cellen steeds opnieuw voor onderzoek gebruikt worden. In de wetenschap heet dit een cellijn. Het LUMC beschikt hierdoor over unieke humane cellijnen die zowel voor academisch als bedrijfsmatig onderzoek interessant kunnen zijn.

Een ritmestoornis stoppen met je smartwatch

Ondertussen hebben de onderzoekers ook gezocht naar manieren om het LED-systeem te activeren wanneer een ritmestoornis optreedt. Zo ontstond het idee van een smartwatch die een ritmestoornis detecteert en een signaal stuurt naar een kleine ontvanger onder de huid. Die ontvanger moet vervolgens het kleine en slimme LED-systeem op het hart aanzetten.

"Je plaatst je smartwatch op je borst en je hart herstelt zijn eigen ritme. Zonder dat je pijn voelt," zegt Pijnappels, terwijl hij zijn pols op zijn borst legt. Het klinkt futuristisch en zo’n smartwatch bestaat nu ook nog niet. Voordat zulke technologie ooit bij mensen kan worden toegepast, zijn uitgebreide tests nodig.

Volledig biologische defibrillatie

Ook de BioICD moet nog verder worden getest, verfijnd en gevalideerd. De technologie moet nog groeien. Maar als alles lukt, kan deze aanpak de behandeling van hartritmestoornissen voorgoed veranderen. "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 Pijnappels.

Het laboratorium waar disciplines samenkomen

Het hart is een complex orgaan waarin biologie, natuurkunde, chemie, engineering en geneeskunde samenkomen. Daarom werken artsen, biologen, ingenieurs, natuurkundigen en analisten samen in het Laboratory of Experimental Cardiology, onder leiding van Pijnappels.

Het laboratorium is zo ingericht dat verschillende soorten onderzoek letterlijk naast elkaar kunnen plaatsvinden: van pipetteren tot simuleren en solderen. Zo kunnen onderzoekers en studenten van verschillende vakgebieden hier samen werken en van elkaar leren. "Ons doel is om biologie en technologie samen te brengen, zodat we hartziekten beter kunnen begrijpen en behandelen," zegt Pijnappels.

Het team wil onder meer begrijpen wat er misgaat bij een hartritmestoornis en hiervoor vernieuwende oplossingen bedenken.

Lees ook: Een hart dat zichzelf kan defibrilleren: LUMC en TU-Delft werken aan schokvrije toekomst | LUMC