Ny metod kan skydda organ vid hjärt- och aortaoperationer

Ny metod kan skydda organ vid hjärt- och aortaoperationer

Forskare under ledning av Hidetoshi Masumoto och Genshiro Sunagawa vid RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) i Japan har utvecklat en ny metod för att skydda organ under hjärt- och aortaoperationer när blodcirkulationen behöver blockeras. Istället för att förlita sig på kalla temperaturer för att inducera hypometabolism och minska syrebehovet, fungerar tekniken genom att stimulera Q-neuroner i hjärnan, som saktar ner ämnesomsättningen till ett viloliknande tillstånd. I denna proof-of-concept-studie skyddade proceduren musnjurar från skador orsakade av syrebrist och undvek skadliga biverkningar i samband med långvarig hypotermi. Fynden kan leda till nya sätt att utföra liknande operationer på människor.

Vissa typer av hjärt- och aortaoperationer kräver att läkare stänger av blodcirkulationen medan de arbetar med att reparera aortan. Under de senaste 50 åren har denna typ av operation utförts efter att ha använt kalla temperaturer för att inducera djup hypotermi, vilket saktar ner kroppens ämnesomsättning så att organ kan överleva med mycket lite syre. Även om detta är effektivt för att skydda organ som njurarna, minskar det också blodpropp, vilket leder till överdriven blödning och behovet av blodtransfusioner.

Masumoto och hans team på RIKEN BDR letade efter sätt att bromsa ämnesomsättningen utan att utlösa hypotermi. Vi vet att många djur – som björnar och ekorrar – kan övervintra och trots sin extremt långsamma ämnesomsättning under vinterdvalan är de friska när de vaknar. Men som de flesta djur går människor inte i dvala. Det var slutet på historien tills för flera år sedan när Sunagawas grupp upptäckte ett sätt att försätta möss i ett viloläge - djur som normalt inte går i viloläge.

Om vi ​​kan framkalla dem, finns det många möjligheter att använda vilolägesliknande tillstånd inom hjärt-kärlmedicin, återupplivningsmedicin eller andra fall där organskydd genom hypotermi är otillräckligt eller olämpligt."

Genshiro Sunagawa, RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research

Men först måste teknikens effektivitet verifieras i djurmodeller. Den nya studien är den första kliniska implementeringen av tekniken och testade dess effektivitet med hjälp av en musmodell för aortakirurgi som kräver hjärtstillestånd. Teamets tidigare studier visade att hypometabolism på vilonivå kan uppnås genom att aktivera speciella neuroner i hjärnans hypotalamus, kallade Q-neuroner. Kemogenetisk bioteknik gjorde det möjligt för forskare att utlösa aktiveringen av dessa specifika neuroner med en injektion. De jämförde fyra grupper av modellmöss som skilde sig åt i huruvida kalla temperaturer användes för att inducera hypometabolism och huruvida Q-neuroner aktiverades eller inte.

Njurskador och njurfunktion bedömdes utifrån koncentrationerna av biomarkörer i blodet. Analysen visade att hypometabolism inducerad av Q-neuroner vid normala temperaturer var lika skyddande för njurarna som den som inducerades av hypotermi. "Med dessa resultat vet vi nu att Q-neuroner kan använda inducerade vilolägesliknande tillstånd för att skydda organ", säger Masumoto.

Det slutliga målet med Masumoto och Sunagawas forskning är att bromsa människors ämnesomsättning under hjärtkirurgi eller andra medicinska skäl med hjälp av en variant av denna teknik. Men eftersom Q-neuroner inte kan aktiveras lika selektivt hos människor som de är i experimentellt skapade möss, letar teamet nu efter sätt att skydda organen nedströms hjärnan. "Aktivering av Q-neuroner utlöser en sekvens av biologiska händelser som gör att organ kan existera i ett hypometaboliskt tillstånd i flera dagar," förklarar Sunagawa. "När vi vet exakt vad dessa händelser är, är vi övertygade om att vi kan inducera dem farmakologiskt i kroppen utan att först aktivera Q-neuronerna."

Studien publicerades den 7 november i JTCVS Open.

Källa:

RIKEN

Hänvisning:

Shoichi Kyo., et al. (2022) Q-neuroninducerad hypometabolism förbättrar akut njurskada i en musmodell som efterliknar kardiovaskulär kirurgi som kräver hjärtstillestånd. JTCVS öppnade. doi.org/10.1016/j.xjon.2022.11.001.

.