Met steun van ZonMw werkte Daniël Pijnappels aan een manier om het hart een ritmestoornis zelf te laten stoppen. Met een zeer innovatieve aanpak, die gebruikmaakt van lichtgevoelige eiwitten uit algen, is dat inmiddels bij proefdieren gelukt. Voor zijn onderzoek ontving Pijnappels op 10 juni een ZonMw Parel.

Op zijn werkkamer hangt een schets die bioloog Daniël Pijnappels (Leids Universitair Medisch Centrum) maakte op 11 juli 2011. ‘Die dag stelde ik mijzelf een vraag die ons onderzoek tot op de dag van vandaag bepaalt: hoe zou het hart zichzelf kunnen defibrilleren, oftewel zelf een ritmestoornis kunnen stoppen?’ Destijds had hij nog geen flauw idee van het antwoord, maar dat is 10 jaar later wel anders. Mede dankzij een Vidi-subsidie van ZonMw is het gelukt om bij proefdieren hartritmestoornissen automatisch te stoppen met door het hart zelf opgewekte elektriciteit. Daarmee werd zijn concept van het hart als biologische defibrillator realiteit.

Elektrische schok

Pijnappels richt zich in zijn onderzoek onder meer op boezemfibrilleren, een hartritmestoornis waar ruim 300.000 Nederlanders last van hebben. De behandeling van deze ritmestoornis bestaat onder andere uit medicijnen, maar dat is vaak niet voldoende. In dat geval kunnen artsen een elektrische schok toedienen om het hart te resetten (cardioversie). Dit is pijnlijk en daarom worden patiënten eerst in het ziekenhuis in slaap gebracht. Vaak komt het boezemfibrilleren helaas terug en is herhaling van de procedure nodig.

Veel patiëntvriendelijker

‘Het zou veel patiëntvriendelijker zijn wanneer het hart de ritmestoornis zelf kon verhelpen’, merkt Pijnappels op. ‘Als patiënt zou je daar niets van voelen – normaal gesproken merk je tenslotte ook niks van de elektrische stroompjes door je hart.’ Er is nog een ander voordeel. ‘De kans op terugkeer van boezemfibrilleren wordt groter als patiënten vaker en langer periodes hebben doorgemaakt. Dus als het hart het boezemfibrilleren zelf direct stopt, dan zou dat ook gunstig kunnen zijn voor de prognose.’

Eiwitten van algen

Pijnappels idee van het hart als defibrillator kwam in een stroomversnelling toen hij kennismaakte met optogenetica. Dit is een nieuwe methode waarmee lichtgevoelige eiwitten in cellen worden ingebracht, waarna je een specifiek proces in de cel kunt sturen met licht. ‘Door bepaalde lichtgevoelige eiwitten afkomstig van algen in hartcellen te plaatsen blijk je niet alleen te kunnen beïnvloeden hoeveel stroom de cellen produceren, maar ook wanneer en waar ze dat doen’, legt Pijnappels uit. ‘Dat bood precies de mogelijkheden die wij zochten.’

De techniek kan niet alleen bijdragen aan een nieuwe behandeling, maar ook aan meer kennis van hartritmestoornissen

De onderzoeker ontving een Vidi-subsidie (2014-2019) om antwoorden te vinden op zijn vragen. ‘Hoeveel stroom moet het hart opwekken en wanneer precies? Welke lichtgevoelige eiwitten zijn daarvoor het meest geschikt en in welke hoeveelheid? Hoeveel licht is er nodig en welke LED-lampjes kun je gebruiken?’ De aanpak was onvermijdelijk interdisciplinair. ‘We hadden onder meer wiskundigen, ingenieurs, biologen en artsen nodig’, zegt Pijnappels. ‘De samenwerking pakte heel goed uit: de talenten van individuele onderzoekers en de kracht van het team bleken doorslaggevend voor ons succes.’

LED-lampjes uit Delft

Het Vidi-onderzoek verliep bijzonder vlot. ‘Zo konden we eerder dan verwacht overstappen van een kweekschaaltje met cellen naar een dier’, herinnert de onderzoeker zich. ‘Maar daarvoor was wél een ander LED-lampje nodig.’ Dit lampje moest klein genoeg zijn om in de borstkast van een rat te passen. Het moest genoeg licht afgeven maar het hart niet te veel verhitten. Dat vroeg om nieuwe opto-elektronica. ‘Mijn eerste gedachte was: de TU Delft’, zegt Pijnappels. ‘Met Google vond ik de afdeling Micro-elektronica. Ik mailde en kreeg nog dezelfde dag antwoord: we waren welkom!’ De samenwerking bleek uiterst vruchtbaar: enkele weken later was het eerste prototype van het benodigde LED-lampje al beschikbaar. ‘Sindsdien zijn we alleen maar meer gaan samenwerken.’

Levende rat

Voor het eerst kon het team van Pijnappels testen of het mogelijk was de hartritmestoornis met deze techniek direct en volledig automatisch te beëindigen in een levende rat, zonder een zware elektrische schok. Het werkte. ‘Een geweldig moment, waarmee we ook volop in de media kwamen. We lieten toen een animatie maken om het concept te verduidelijken. Het is mooi om zulke resultaten te delen met de belastingbetaler die heeft bijgedragen, met patiënten die wachten op een behandeling, maar ook met scholieren en studenten.’ Dit jaar was zijn Vidi-onderzoek zelfs onderdeel van het landelijke vwo-examen biologie.

Zonder licht defibrilleren

Het onderzoek leverde al veel wetenschappelijke publicaties op. ‘De techniek kan niet alleen bijdragen aan een nieuwe behandeling, maar ook aan meer begrip van hoe hartritmestoornissen ontstaan’, licht Pijnappels toe. Er zijn verschillende internationale prijzen en vervolgsubsidies verkregen, waaronder een ERC Starting Grant van de EU. ‘We zijn nu druk bezig met het vervolgonderzoek, waarbij we ons ook richten op een volledig biologisch systeem, dus zónder LED-lampje. Het optreden van de hartritmestoornis zelf zou dan de trigger moeten vormen die de hartcellen activeert, waarna ze met elektriciteit het hartritme herstellen. Dit zou de behandeling van hartritmestoornissen aanzienlijk kunnen verbeteren: dan is het hart dankzij gentherapie écht een defibrillator geworden.’


Tekst: Diana de Veld
Foto: Sannaz Moghaddam/Sannaz Fotografie
Bijschrift Foto: Daniël Pijnappels (l) ontvangt de ZonMw-Parel van ZonMw-voorzitter Jeroen Geurts
Publicatiedatum: 24 juni 2021

Naar boven
Direct naar: InhoudDirect naar: NavigatieDirect naar: Onderkant website