Fibrillazione atriale, un sistema bioelettrico per il ripristino del ritmo sinusale

Nonostante le diverse opzioni terapeutiche disponibili – dai trattamenti farmacologici alle procedure di ablazione – molte persone affette da fibrillazione atriale vanno incontro a recidive. In altri casi, invece, i pazienti sono costretti a interrompere la terapia basata sull’impianto di un defibrillatore impiantabile a causa dell’intolleranza agli shock elettrici. Attualmente infatti non sono disponibili strategie terapeutiche che permettano di interrompere una fibrillazione atriale in modo continuo e rapido, che non ricorrano a shock elettrici. Di recente, tuttavia, un gruppo di ricerca olandese ha presentato una possibile soluzione a questo problema, basato sullo sviluppo di un sistema bioelettrico ibrido in grado di ripristinare – sfruttando l’attività elettrica del muscolo cardiaco stesso  –  il ritmo sinusale in assenza di shock esterni. Lo studio è stato pubblicato su Science Translational Medicine (1).

Lo studio

I ricercatori hanno studiato la possibilità di utilizzare il cuore stesso per generare gli impulsi elettrici necessari a interrompere un’aritmia e ristabilire in modo autogeno il ritmo sinusale. In particolare, essi hanno sviluppato un sistema capace  di identificare un’alterazione patologica del ritmo cardiaco e di generare correnti cardiache endogene attraverso la stimolazione optogenetica di canali ionici modificati geneticamente per essere sensibili a particolari frequenze elettromagnetiche.

In primo luogo, il gruppo di ricerca olandese ha modificato geneticamente l’atrio destro di un gruppo di ratti adulti utilizzando dei vettori virali adeno-associati che codificano per la proteina di membrana rodopsina (ReaChR), sensibile alla luce rossa, o di citrina nel gruppo di controllo. In un primo momento, l’ipotesi di una stimolazione cardiaca ottica è stata studiata in modelli ex vivo utilizzando un apparato di Langerdorff applicato a cuori di ratto isolati. In questo setting, la somministrazione di brevi impulsi di luce con una lunghezza d’onda di 470 nm su un’area di 20 mm² di tessuto con miociti dell’atrio destro modificati per esprimere ReaChR ha permesso, attraverso una stimolazione fino a 5 Hz, di terminare una tachiaritmia atriale sostenuta indotta nel 100% dei cuori testati (n=12). Al contrario, la somministrazione di una luce con una lunghezza d’onda diversa da quelle caratteristiche del range di eccitazione di ReaChR non ha interrotto nessuna aritmia. Invece, la stimolazione optogenetica dei tessuti del gruppo di controllo, modificati per esprimere citrina, ha interrotto l’evento aritmico solo nell’8% dei casi.

Per valutare la reale fattibilità di questo sistema autogeno di interruzione degli episodi di fibrillazione atriale basato sulla stimolazione optogenetica di miociti geneticamente modificati, i ricercatori hanno poi testato il modello su un gruppo di ratti vivi. Anche in questo caso, in seguito all’induzione di una fibrillazione atriale sostenuta, la somministrazione per 1000 ms di luce con una lunghezza d’onda di 470 nm a 3.5 mW/mm² ha permesso di interrompere, con un’efficacia pari al 94%, l’aritmia in tutti i ratti (n=12) i cui miociti dell’atrio destro erano stati ingegnerizzati per esprimere ReaChR.  Nel gruppo di controllo (n=4), invece, la stimolazione optogenetica ha interrotto l’aritmia solo nel 3% dei casi.

Infine, i ricercatori hanno combinato questo sistema di stimolazione basato su meccanismi optogenetici con uno in grado di monitorare il ritmo cardiaco. In particolare, l’algoritmo in questione permetteva di  identificare gli episodi di fibrillazione atriale indotti sperimentalmente e di innescare automaticamente la somministrazione della stimolazione optogenetica. È stato così possibile interrompere con successo il 96% degli episodi di fibrillazione atriale, senza provocare danni ai tessuti miocardici o alterazioni della conduzione cardiaca.

Conclusione

Insieme, questi dati mostrano che è possibile sviluppare un sistema biolettrico ibrido in grado allo stesso tempo di identificare gli eventi aritmici attraverso un sistema di monitoraggio e di ripristinare il ritmo sinusale mediante la stimolazione optogenetica di cellule geneticamente modificate. Uno scenario, quindi, in cui il cuore stesso funge da generatore di impulsi elettrici utili a interrompere la fibrillazione atriale. “Questo studio potrebbe contribuire a un cambio di paradigma in campo biomedico – concludono gli autori della ricerca -, dove gli organi patologici non sono più considerati solo il target della terapia ma una parte integrante della stessa”.

Bibliografia
1. Nyns ECA, Poelma RH, Volkers L, et al. An automated hybrid bioelectronic system for autogenous restoration of sinus rhythm in atrial fibrillation. Science Translational Medicine 2019; 11: eaau6447.