WASHINGTON – Wetenschappers hebben virtuele replica’s gemaakt van de zieke harten van patiënten, zo nauwkeurig dat het blokkeren van een gevaarlijke onregelmatige hartslag in deze digitale ’tweeling’ artsen liet zien hoe ze het echte hart beter konden behandelen.
Een van de eerste klinische onderzoeken met deze op maat gemaakte modellen suggereert dat het de zorg voor ventriculaire tachycardie zou kunnen verbeteren, een notoir moeilijk te behandelen aritmie die een belangrijke oorzaak is van plotselinge hartstilstand en verantwoordelijk is voor ongeveer 300.000 sterfgevallen in de VS per jaar.
Aanbevolen video’s
Het onderzoek, uitgevoerd door onderzoekers van de Johns Hopkins University, was een kleine eerste stap. De Food and Drug Administration heeft de digitale tweelingtechnologie toegestaan om de behandeling van slechts tien patiënten te begeleiden, en er zullen veel grotere onderzoeken nodig zijn.
Maar de resultaten die woensdag in de New England Journal of Medicine worden gerapporteerd, komen omdat artsen steeds meer onderzoeken hoe een technologie die al lang in de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt gebruikt, ook kan worden ingezet voor een betere gezondheid.
Dr. Jeffrey Goldberger, een hartspecialist aan de Universiteit van Miami die niet bij het onderzoek betrokken was, experimenteerde vijftien jaar geleden met meer rudimentaire iteraties en prees de nieuwe bevindingen. “Dit is wat we voor ogen hadden”, zei hij.
Artsen maken al lang gebruik van 3D-modellen, zowel fysieke als computergegenereerde modellen, om ziekten te simuleren en technieken te oefenen. Maar de biomedische ingenieur Natalia Trayanova van Hopkins zei dat echte digitale tweelingen voorspellen hoe een echt orgaan op verschillende behandelingen kan reageren. Haar laboratorium is baanbrekend op het gebied van kleurrijke interactieve modellen die zijn ontwikkeld met een geavanceerde MRI-scan en andere gegevens van elke patiënt.
“We behandelen de tweeling voordat we de patiënt behandelen”, zei Trayanova. “Heeft het gewerkt? En zo ja, ontstaan er dan nieuwe dingen” die meer of andere zorg vergen?
Het elektrische systeem van het hart zorgt voor onze hartslag. Ventriculaire tachycardie is een supersnelle hartslag die wordt geactiveerd wanneer een elektrische golf kortsluiting veroorzaakt in de onderste kamers van het orgaan, de ventrikels, en voorkomt dat deze bloed naar het lichaam pompen.
‘Je ziet dit hart dat feitelijk trilt,’ zei Trayanova.
Medicatie kan helpen, maar de belangrijkste behandeling is ablatie, waarbij artsen katheters in het hart brengen om verkeerd weefsel te verbranden. Maar het is een beetje vallen en opstaan, omdat patiënten uren onder narcose doorbrengen terwijl artsen bepalen waar ze moeten richten. Herhaalde ablaties komen vaak voor en veel patiënten hebben een geïmplanteerde defibrillator als back-up.
Betreed Trayanova’s digitale tweeling van de ventrikels van patiënten. Kleuren wervelen op een computerscherm – blauw, groen, geel en oranje – en laten zien hoe de elektrische golf van het hart door de gezonde delen van de kamer beweegt voordat hij vast komt te zitten in beschadigd weefsel. Het zit gevangen in een cirkelvormige beweging die ze vergelijkt met de werveling van een orkaan.
“Hiermee kan ik de werking van het orgaan van de patiënt nabootsen en vervolgens voorspellen wat de beste manier is om te ablateren,” zei ze.
De technologie lokaliseert een disfunctioneel gebied waar de elektrische golf herhaaldelijk inslaat. Door het virtueel te ableren, zal blijken of dat het probleem oplost of dat zich een andere aritmie vormt die ook moet worden gezapt. ‘Dan prikken we er weer in,’ legde ze uit.
Het team van Trayanova creëerde aangepaste ablatiedoelen voor elk van de 10 deelnemers aan de studie. Cardiologen hebben ze overgebracht naar een kaartsysteem dat ze als leidraad gebruiken en richtten zich alleen op die doelen in plaats van op hun eigen doelen te jagen.
Meer dan een jaar later hadden acht patiënten geen aritmieën, terwijl twee patiënten slechts één korte episode doormaakten terwijl ze aan het genezen waren – beter dan het typische succespercentage van de behandeling van 60%, zei dr. Jonathan Chrispin, een cardioloog uit Hopkins en hoofdauteur van de studie. Op twee na stopten ze ook allemaal met hun anti-aritmiemedicijn.
Wat nog belangrijker is, is dat cardiologen mogelijk minder weefsel wegbranden door zich te richten op “specifiek de gebieden waarvan wij denken dat ze van cruciaal belang zijn”, aldus Chrispin. “We zouden deze procedures mogelijk korter, veiliger en effectiever kunnen maken.”
Het Hopkins-team hoopt de digital twin-aanpak te bestuderen in een groter onderzoek met andere ziekenhuizen, en is begonnen met een proef om deze te gebruiken voor de behandeling van een vaker voorkomend type onregelmatige hartslag, genaamd atriale fibrillatie. Andere onderzoekers bestuderen digitale tweelingen voor de kankerzorg.