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26.11.2016 | Herzrhythmusstörungen | Nachrichten

Experimentelle Kardiologie

Mechanischer Stress und Arrhythmien

Autor:
Prof. Dr. med. Ursula Ravens

Bei einem Workshop in Freiburg ging es um bioelektrische Phänomene am Herzen und experimentelle therapeutische Ansätze.

Bereits sechsmal trafen sich internationale Spitzenforscher in Oxford bei der Arbeitstagung „Cardiac Mechano-Electric Coupling and Arrhythmias“, um sich über das Zusammenspiel zwischen mechanischen Kräften und bioelektrischen Phänomenen am Herzen wissenschaftlich auszutauschen und nach möglichen neuen therapeutischen Ansatzpunkten für Herzrhythmusstörungen zu suchen.

Das 7. Mal fand der Workshop vom 21.–24. 9.2016 nun in Freiburg statt. Organisiert und ausgerichtet wurde er von dem neu gegründeten Institut für Experimentelle Kardiovaskuläre Medizin (IEKM; Leitung: Prof. Dr. Peter Kohl) am Universitäts-Herzzentrum Freiburg/Bad Krozingen (UHZ), das anlässlich der Eröffnung der Tagung durch den Rektor der Universität Freiburg Prof. Hans-Jochen Schiewer feierlich eingeweiht wurde.

Macro to Nano und Nano to Macro

Bereits die beiden Festvorträge zur Eröffnungsfeier loteten das ehrgeizige Spektrum des Workshops aus. Prof. Kevin Kit Parker vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard University, Boston faszinierte seine Zuhörer mit künstlichen Miniquallen, einem kleinen Roboter in Form eines Rochens, bei dem die ausladenden Schwimmflossen aus kultivierten Rattenherzmuskelzellen bestanden. Die Schwimmbewegung wurde durch elektrische Erregung der Zellen ausgelöst und konnten mit hilfe der Optogenetik durch Lichtimpulse gesteuert werden. „Cardiovascular Engineering: Macro to Nano“ nannte er seinen Vortrag.

Den umgekehrten Weg ging Prof. Natalia Trayanova vom Institute for Computational Medicine, Johns Hopkins University, Baltimore in ihrem Vortrag „Computational Cardiology: Nano to Macro“. Ihr Team nutzt das Wissen um die Funktion von subzellulären Strukturen in Herzmuskelzellen für ein Simulationsmodel des gesamten Herzens. Mithilfe von modernsten 3D-Imaging-Methoden und mit elektrophysiologischen Messungen konstruierten sie das „virtuelle Herz“ eines individuellen Patienten. Das Computermodell kann sein Arrhythmierisiko bestimmen und die Punkte für eine Katheter-Ablation vorausberechnen. In ersten klinischen Studien wurden die Langzeitergebnisse bei Katheter-Ablationen nach herkömmlichem und nach computerbasiertem Vorgehen miteinander verglichen, die Ergebnisse sind vielversprechend.

Die zentrale Frage des Workshops war der Einfluss mechanischer Kräfte auf kardiale Strukturen und elektrische Funktion mit dem erklärten Ziel, Herzrhythmusstörungen erfolgreich vorhersagen, behandeln oder gar vermeiden zu können. Großen Raum nahm die Diskussion mechanosensitiver Kanäle, die es keineswegs nur bei Kardiomyozyten, sondern auch bei Fibroblasten und Endothelzellen gibt und die sogar an überraschenden Stellen wie den Herzklappen gefunden werden.

Neu waren auch die Vorschläge, in anderen subzellulären Strukturen nach mechanosensitiven Mechanismen mit Rückwirkung auf elektrophysiologische Vorgänge zu suchen, wobei besonders das Zytoskelett, die interzellulären Verbindungen an den Desmosomen oder auch Mitochondrien genannt wurden. Durch interzelluläre Kontakte zwischen verschiedenen kardialen Zelltypen (Fibroblasten, Makrophagen, Herzmuskelzellen) sind die mechanischen und elektrischen Funktionen eng gekoppelt und können zur Entstehung von Herzrhythmusstörungen beitragen.

Am Ende waren sich die über 100 Teilnehmer aus 15 Ländern einig, dass der gelungene Austausch zwischen Naturwissenschaften, Medizin, Ingenieurwissenschaften und Mathematik in der Herzforschung im Jahre 2019 beim 8. Workshop dann erneuert werden soll.

Literatur