Neue Methode könnte Organe bei Herz- und Aortenoperationen schützen

Neue Methode könnte Organe bei Herz- und Aortenoperationen schützen

Forscher unter der Leitung von Hidetoshi Masumoto und Genshiro Sunagawa am RIKEN Middle for Biorhythmic Dynamics Analysis (BDR) in Japan haben eine neue Methode entwickelt, um Organe während Herz- und Aortenoperationen zu schützen, wenn die Blutzirkulation blockiert werden muss. Anstatt sich auf kalte Temperaturen zu verlassen, um einen Stoffwechselmangel hervorzurufen und den Sauerstoffbedarf zu verringern, funktioniert die Technologie, indem sie Q-Neuronen im Gehirn stimuliert und den Stoffwechsel in einen Winterschlafzustand verlangsamt. In dieser Proof-of-Idea-Studie schützte das Verfahren die Mäusenieren vor Schäden durch Hypoxie und vermied die nachteiligen Nebenwirkungen, die mit einer ausgedehnten Hypothermie verbunden sind. Die Ergebnisse könnten zu neuen Wegen führen, ähnliche Operationen an Menschen durchzuführen.

Bei einigen Arten von Herz- und Aortenoperationen müssen Ärzte die Blutzirkulation unterbrechen, während sie an der Reparatur der Aorta arbeiten. In den letzten 50 Jahren wurde diese Artwork von Operation durchgeführt, nachdem kalte Temperaturen verwendet wurden, um eine tiefe Unterkühlung herbeizuführen, die den Stoffwechsel des Körpers verlangsamt, sodass die Organe mit sehr wenig Sauerstoff überleben können. Während dies zum Schutz von Organen wie den Nieren wirksam ist, verringert es auch die Blutgerinnung, die übermäßige Blutungen und die Notwendigkeit von Bluttransfusionen verursacht.

Masumoto und sein Group bei RIKEN BDR suchen nach Möglichkeiten, den Stoffwechsel zu verlangsamen, ohne Unterkühlung zu verursachen. Wir wissen, dass viele Tiere – wie Bären und Eichhörnchen – Winterschlaf halten können, und obwohl sich ihr Stoffwechsel während des Winterschlafs verlangsamt, sind sie ziemlich gesund, wenn sie aufwachen. Wie die meisten Tiere halten Menschen jedoch keinen Winterschlaf. Das struggle das Ende der Geschichte, bis Sunagawas Gruppe vor einigen Jahren einen Weg entdeckte, Mäuse in einen Winterschlafzustand zu versetzen. Tiere, die normalerweise keinen Winterschlaf halten.

Wenn wir sie herbeiführen können, gibt es viele Möglichkeiten, Winterschlaf-ähnliche Zustände in der Herz-Kreislauf-Medizin, der Reanimationsmedizin oder anderen Situationen einzusetzen, in denen der Schutz der Organe durch Unterkühlung unzureichend oder unangemessen ist.“

Genichiro Sunagawa, RIKEN Middle for Biosystem Dynamics Analysis

Aber zuerst muss die Wirksamkeit dieser Technik in Tiermodellen verifiziert werden. Die neue Studie ist die erste klinische Anwendung dieser Technik und testete ihre Wirksamkeit an einem Mausmodell einer Aortenoperation, die einen Kreislaufstillstand erforderte. Frühere Studien des Groups zeigten, dass ein Stoffwechselmangel auf der Ebene des Winterschlafs durch die Aktivierung spezieller Neuronen im Hypothalamus des Gehirns, den so genannten Q-Neuronen, erreicht werden konnte.Genetische Biotechnologie ermöglichte es den Forschern, die Aktivierung dieser spezifischen Neuronen durch Injektion zu stimulieren. Sie verglichen vier Gruppen von Modellmäusen, die sich darin unterschieden, ob kalte Temperaturen verwendet wurden, um Hypometabolismus zu induzieren, und ob Q-Neuronen aktiviert wurden oder nicht.

Nierenschäden und Nierenfunktion wurden anhand der Konzentrationen von Biomarkern im Blut bewertet. Die Analyse zeigte, dass der durch Q-Neuronen bei normalen Temperaturen induzierte Stoffwechselmangel die Nieren ebenso schützte wie die durch Hypothermie induzierten. „Mit diesen Erkenntnissen wissen wir jetzt, dass Q-Neuronen, die durch Winterschlaf-ähnliche Zustände ausgelöst werden, zum Schutz von Organen verwendet werden können“, sagt Masumoto.

Das ultimative Ziel der Forschung von Masumoto und Sunagawa ist es, den Stoffwechsel von Menschen während einer Herzoperation oder aus anderen medizinischen Gründen durch eine Variation dieser Technik zu verlangsamen. Da Q-Neuronen beim Menschen jedoch nicht so selektiv aktiviert werden können wie bei experimentell hergestellten Mäusen, sucht das Group nun nach Möglichkeiten, die dem Gehirn nachgeschalteten Organe zu schützen. “Die Aktivierung von Q-Neuronen löst eine Kette biologischer Ereignisse aus, die es den Organen ermöglichen, tagelang in einem hypometabolischen Zustand zu existieren”, erklärt Sunagawa. „Sobald wir genau wissen, was diese Ereignisse sind, sind wir zuversichtlich, dass wir sie im Körper pharmakologisch stimulieren können, ohne zuerst Q-Neuronen aktivieren zu müssen.“

Die Studie ist erschienen in JTCVS ist geöffnet Am 7.11.

Quelle:

Zeitschriftenreferenz:

Shuichi Kyō. et al. (2022) Q-Neuron-induzierter Hypometabolismus verbessert akute Nierenverletzungen in einem Mausmodell, das eine kardiovaskuläre Operation simuliert, die einen Kreislaufstillstand erfordert. JTCVS ist geöffnet. doi.org/10.1016/j.xjon.2022.11.001.

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