Ledlampjes voor een gezond hartritme

Wat is de overeenkomst tussen de alg en een hartspiercel? Ze produceren allebei hun eigen stroom. Bij het hart loopt die stroom via een vast patroon door het weefsel, bij elke hartslag opnieuw. De impuls begint in de sinusknoop en wordt razendsnel van cel op cel doorgegeven. Dit verloopt via ionkanalen, eiwitten in de celmembraan die onder invloed van stroomspanning opengaan om geladen deeltjes (ionen) te laten passeren, waarbij de stroom in elke hartspiercel opnieuw wordt versterkt. Ook eencellige algen hebben zulke ionkanaaltjes. Een aantal daarvan reageert niet op stroom maar op licht.

Daniël Pijnappels is associate professor en hoofd van het laboratorium Experimentele Cardiologie in het LUMC. Hij wil weten of algen een rol kunnen spelen bij het onderzoek naar hartritmestoornissen. ‘Bij zo’n stoornis is het stroompje in het verkeerde pad geschoten’, zegt hij. ‘Als het daarin blijft rondcirkelen, gaat het hart “fibrilleren”. Het trekt ongecontroleerd en chaotisch samen en pompt daardoor niet meer.’ Het fibrilleren kan in de boezem optreden, maar ook in de kamers. ‘Boezemfibrilleren komt veel voor bij ouderen, het kan gevaarlijke bloedpropjes doen ontstaan. Maar als de kamers fibrilleren ontstaat acuut een levensbedreigende situatie. Alleen een korte zware en pijnlijke stroomstoot kan het hart weer in het goede ritme krijgen.’

Therapieën

De huidige behandelmethoden zijn niet altijd even effectief. Pijnappels: ‘Medicijnen blokkeren bepaalde ionkanalen bij boezemfibrilleren. Maar de ionkanalen van gezonde cellen kunnen door het medicijn juist gaan disfunctioneren. Bovendien kun je met pillen niet exact bepalen wannéér de ionkanalen worden geblokkeerd. Defibrilleren heeft weer een ander nadeel: je kunt het maar enkele milliseconden doen, omdat de stroom het hart zou kunnen beschadigen. Bij patiënten met een inwendige defibrillator komt de stroomstoot vaak onverwacht. Soms durven ze zich niet meer in te spannen uit angst voor een schok. Veel patiënten zijn angstig en depressief.’

Groene algen maken met behulp van zonlicht hun eigen voedsel. Ze moeten dus altijd het licht opzoeken. Daarom zijn hun ionkanalen niet gevoelig voor voltage, maar gaan ze open onder invloed van zonlicht. Pijnappels: ‘We halen het gen voor die ionkanalen uit de alg en plaatsen het – met behulp van een aangepast virus – in hartspiercellen. Dankzij het algen-gen krijgen die hartcellen nu óók lichtgevoelige ionkanalen die openen bij een lichtflits. Het is een vorm van gentherapie genaamd optogenetics.’ Deze zomer publiceerden de onderzoekers in Cardiovascular Research. Ze toonden in een kweekmodel van boezemfibrilleren aan dat hartspiercellen met een algen-gen inderdaad een verstoord hartritme zelf kunnen herstellen zodra de lichtflits het signaal heeft gegeven. Onlangs ontving Pijnappels ook een Vidi-subsidie van ZonMw.

Spelen met licht

Dankzij de verschillende algen-genen zijn vele types lichtgevoelige ionkanalen te onderzoeken. Ze verschillen in bijvoorbeeld hun lichtgevoeligheid, de kleur licht waarbij ze opengaan, en de grootte van de stroom die ze doorlaten. Pijnappels: ‘In de algenpopulatie vind je het hele spectrum aan mogelijkheden. We selecteren ook verschillende typen hartcellen. Want ook in het littekenweefsel na een hartinfarct zijn verschillende ionkanalen actief. Als lichtbron gebruiken we ledlampjes. We gaan spelen met de kleur ervan: rood licht dringt diep in de weefsels door, blauw licht alleen oppervlakkig. We kunnen bepalen waar, wanneer en hoelang de cellen stroom genereren. Iets dat voorheen simpelweg nog niet mogelijk was.’ 

In levend hart

Het onderzoek is nog in een experimentele fase; het werkt vooralsnog alleen in een laag hartspiercellen in een kweekschaaltje. Dankzij de Vidi-subsidie kan Pijnappels 5 jaar lang 3 onderzoekers aan het project laten werken. Pijnappels: ‘We willen met behulp van het licht onderzoeken hoe een hartritmestoornis ontstaat en in stand blijft. En hoe we hem kunnen stoppen. Ook willen we weten welk algeneiwit voor welke vraagstelling het meest geschikt is. Dat gaan we vervolgens in het lab ook onderzoeken in harten. We willen het licht bij de diepste cellagen zien te krijgen, hoewel dat laatste wellicht niet eens nodig is. Want uiteindelijk hopen we dat het hart zelfs zónder lichtsignaal zelf een hartritmestoornis kan herstellen. Dat bepaalde hartspiercellen met hun eigen elektrische stroom het hart elektrisch resetten. Een geheel pijnloze schok van binnenuit, zonder enig hulpmiddel.’

De mascotte van de onderzoekers is ET: de alien van Steven Spielberg met een lichtgevend hart. Het onderwerp spreekt tot de verbeelding; Pijnappels is onlangs geïnterviewd door NU.nl en zat bij de Tros Nieuwsshow. ‘Al gauw wil men weten hoe we het licht bij het hart krijgen. Dan brainstorm ik over een spinnenweb van lichtjes om het hart, of een lichtapp op je smartphone die je kunt gebruiken om door huid en vetlagen te dringen. Leuk om over te praten, maar nog niet echt reëel. Optogenetics is een compleet nieuw concept binnen het onderzoek naar hartritmestoornissen. In de neurologie worden lichtgevoelige ionkanalen al langer toegepast om de werking van de hersenen te begrijpen en te beïnvloeden. Binnen ons vakgebied zetten wij nu slechts de allereerste stappen. We hopen dat ze uiteindelijk leiden naar een beter begrip van hartritmestoornissen. En mogelijk ook naar een schokvrije therapie.’

Tekst: Riëtte Duynstee
Foto: Marc de Haan