Ionen gegen Herzrhythmusstörungen

Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff

Biophysiker von GSI und Mediziner der Universität Heidelberg sowie der Mayo Clinic in den USA haben am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung ein Verfahren entwickelt und getestet, mit dem in Zukunft Herzrhythmusstörungen behandelt werden können.

GSI-Beschleunigeranlage

Die GSI-Beschleunigeranlage wurde für die Untersuchung der Behandlungsmöglichkeiten für Herzrhythmusstörungen mit Ionen genutzt. | A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Die bei der Tumorbehandlung bereits erfolgreich eingesetzten Kohlenstoffionen könnten eine nicht-invasive Alternative zu der bisherigen Behandlung mit Herzkathetern oder Medikamenten darstellen. In Deutschland leiden etwa 350.000 Patienten unter verschiedenen Herzrhythmusstörungen. Diese können zur dauerhaften Schädigung, etwa durch einen Schlaganfall, oder zum plötzlichen Herztod führen. Bei Herzrhythmusstörungen wie dem Vorhofflimmern oder der Herzkammertachykardie gerät das Herz aus seinem regulären Takt, der durch einen Impulsgeber, den Sinusknoten, vorgegeben wird. Dies wird häufig mit Medikamenten oder mit einer sogenannten Katheterablation behandelt, bei der der Katheter durch Blutgefäße zum Herzen geführt und dort entsprechendes Gewebe verödet wird. Basierend auf diesem Prinzip könnte mit Ionen aus dem Teilchenbeschleuniger in Zukunft eine Behandlung ohne Katheter durchgeführt werden. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass mit den hochenergetischen Kohlenstoffionen von außen gezielt Veränderungen am Herzgewebe erzeugt werden können, die die Weiterleitung des elektrischen Signals verhindern.

Erste Machbarkeitsstudie

Diese Methode mit Kohlenstoffionen wurde nun erstmals von Wissenschaftlern am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt in Zusammenarbeit mit Medizinern und Wissenschaftlern der Mayo Clinic (Minnesota, USA), dem Helmholtzzentrum Dresden-Rossendorf, der Universität Heidelberg, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, dem Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum und der Universität Trento (Italien) in einer Machbarkeitsstudie überprüft und die Ergebnisse im Fachmagazin Scientific Reports der Nature Reihe veröffentlicht.

Optogenetische Defibrillation

Einem Forscherteam der Uni Bonn ist es erstmals gelungen, lebensgefährliche Herzrhythmusstörungen in Mäusen mit Lichtreizen zu beenden. Wie darüber hinaus Computersimulationen an der Johns Hopkins Universität zeigen, könnte diese Technik auch im menschlichen Herzen erfolgreich angewendet werden.

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Erstmals komplett ohne Katheter

Nach vorangehenden Tests an Herz-Zellkulturen und an schlagenden Herz-Präparaten mit vielversprechenden Ergebnissen hatten die Wissenschaftler eine Tierstudie ausgearbeitet. „Die neue Methode ist ein großer Schritt in die Zukunft, da sie uns erlaubt, diese Behandlung erstmals komplett ohne Katheter und dennoch zielgerichtet durchzuführen,“ sagt Dr. H. Immo Lehmann, Mediziner und Wissenschaftler der Mayo Clinic und einer der Autoren der Studie. „Die Studie hat gezeigt, dass die Methode erfolgreich dazu genutzt werden kann, Herzgewebe so zu verändern, dass die Ausbreitung störender Impulse dauerhaft unterbrochen wird. Weitere detaillierte Studien sind jedoch nötig, bis die Methode erstmals Patienten zugutekommen wird“, sagt Dr. Christian Graeff, Leiter der Arbeitsgruppe Medizinische Physik bei GSI.

Eingriff wird nur wenige Minuten dauern

Die Bestrahlung des Gewebes mit Kohlenstoffionen verspricht schonender und potentiell auch wirksamer zu sein als die Behandlung mit Katheter. Sobald die Methode technisch ausgereift ist, wird ein Eingriff nur wenige Minuten dauern, im Vergleich zu den teilweise stundenlangen Kathetereingriffen. Ein wesentlicher Vorteil ist die nicht limitierte Eindringtiefe der Ionen. Da insbesondere die linke Kammerwand des Herzens besonders dick ist, ist eine effektive Verödung mit Kathetern dort oft nicht möglich, obwohl gerade an dieser Stelle besonders schwer betroffene Patienten mit sogenannter Ventrikulärer Tachykardie behandelt werden müssten.

Reicher Erfahrungsschatz bezüglich Ionenstrahlen

„Es ist beeindruckend, dass der Kohlenstoff-Strahl mit chirurgischer Präzision bei der Behandlung besonders sensibler Organe eingesetzt werden könnte“, sagt Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von FAIR und GSI. „Der reiche Erfahrungsschatz bezüglich Ionenstrahlen in der Medizin hier bei GSI ist die Grundlage dieser neuen, vielversprechenden Behandlungsmethode.“ „Das Wissen über die biologische Wirksamkeit von Kohlenstoffionen und das technologische Know-how für die Bestrahlung von Patienten sind unerlässlich, um eine solche Idee zur Anwendungsreife zu bringen. Wir sind stolz, dass die ersten Schritte hin zu einer neuen Therapie erfolgreich gemeistert wurden.“

Erfahrung aus der Krebstherapie genutzt

Die Wissenschaftler konnten bei der Studie auf viele Technologien zurückgreifen, die ursprünglich für die Krebstherapie mit Ionen entwickelt wurden, die bei GSI erstmals 1997 durchgeführt wurde. Mit der mittlerweile etablierten Therapie wurden in der Krebstherapie weltweit schon viele tausend Patienten behandelt. Weitere Experimente sind in Planung, um eine Umsetzung der Methode beispielsweise am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum erreichen zu können. (idw, red)

 

Literatur:

H. Immo Lehmann, Christian Graeff, Palma Simoniello, et al.: Feasibility Study on Cardiac Arrhythmia Ablation Using High-Energy Heavy Ion Beams. Scientific Reports 6, Article number: 38895 (2016), Published online: 20 December 2016, DOI:10.1038/srep38895