WASHINGTON (AP) – Wissenschaftler haben virtuelle Repliken von erkrankten Herzen von Patienten geschaffen, die so präzise sind, dass das Blockieren eines gefährlichen unregelmäßigen Herzschlags bei diesen digitalen „Zwillingen“ den Ärzten zeigte, wie man die reale Situation besser behandelt.
Eine der ersten klinischen Studien mit diesen maßgeschneiderten Modellen deutet darauf hin, dass sie die Versorgung bei ventrikulärer Tachykardie verbessern könnte, einer berüchtigt schwer zu behandelnden Arrhythmie, die eine Hauptursache für plötzlichen Herzstillstand ist und in den USA für etwa 300.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich gemacht wird.
Die Studie, durchgeführt von Forschern der Johns Hopkins University, war ein kleiner erster Schritt. Die Food and Drug Administration erlaubte, dass die Digital‑Twin‑Technologie die Behandlung nur für 10 Patienten leiten durfte, und es werden wesentlich größere Studien erforderlich sein.
Aber die Ergebnisse, die am Mittwoch im New England Journal of Medicine veröffentlicht wurden, kommen zu einem Zeitpunkt, an dem Ärzte zunehmend erforschen, wie eine Technologie, die lange in der Luft‑ und Raumfahrt sowie in anderen Industriezweigen verwendet wird, auch für eine bessere Gesundheit genutzt werden könnte.
Dr. Jeffrey Goldberger, ein Herzspezialist an der University of Miami, der nicht an der Studie beteiligt war, experimentierte vor 15 Jahren mit rudimentäreren Versionen und lobte die neuen Ergebnisse: „Das ist, was wir uns vorgestellt haben“, sagte er.
Ärzte haben seit langem 3D‑Modelle – sowohl physische als auch computererzeugte – verwendet, um Krankheiten zu simulieren und Techniken zu üben. Aber die Biomedizintechnikerin Natalia Trayanova von Hopkins sagte, dass echte digitale Zwillinge vorhersagen, wie ein echtes Organ auf verschiedene Behandlungen reagieren kann.
In ihrem Labor werden farbenfrohe interaktive Modelle entwickelt, die mit einer fortschrittlichen MRT‑Untersuchung und anderen Daten jedes einzelnen Patienten erstellt werden.
„Wir behandeln den Zwilling, bevor wir den Patienten behandeln“, sagte Trayanova. „Hat es funktioniert? Und wenn ja, tauchen neue Dinge auf, die mehr oder andere Pflege erfordern?“
Das elektrische System des Herzens treibt unseren Herzschlag an. Ventrikuläre Tachykardie ist ein extrem schneller Herzschlag, der ausgelöst wird, wenn eine elektrische Welle in den unteren Herzkammern – den Ventrikeln – kurzschließt und verhindert, dass sie Blut in den Körper pumpen.
„Sie sehen dieses Herz, das im Grunde zittert“, sagte Trayanova.
Medikamente können helfen, aber die Hauptbehandlung ist die Ablation, bei der Ärzte Katheter zum Herzen führen, um fehlzündendes Gewebe zu verbrennen. Aber es ist ein wenig Versuch und Irrtum, da die Patienten stundenlang unter Anästhesie liegen, während die Ärzte bestimmen, wohin sie zielen müssen. Wiederholte Ablationen sind häufig, und viele Patienten haben als Backup einen implantierten Defibrillator.
Hier kommen Trayanovas digitale Zwillinge der Ventrikel der Patienten ins Spiel.
Farben wirbeln auf einem Computerbildschirm – Blau, Grün, Gelb und Orange – und zeigen, wie sich die elektrische Welle des Herzens über die gesunden Bereiche der Kammer bewegt, bevor sie an beschädigtem Gewebe hängen bleibt. Sie ist in einer kreisförmigen Bewegung gefangen, die sie mit dem Strudel eines Hurrikans vergleicht.
„Es erlaubt mir, die Funktionsweise des Organs des Patienten nachzubilden und dann vorherzusagen, was der beste Weg ist, zu ablieren“, sagte sie.
Die Technologie lokalisiert eine dysfunktionale Region, wo die elektrische Welle immer wieder auftrifft. Das virtuelle Ablieren dieser Stelle zeigt, ob das das Problem löst oder ob sich eine andere Arrhythmie bildet, die ebenfalls behandelt werden muss. „Dann pieksen wir wieder nach“, erklärte sie.
Trayanovas Team erstellte für jeden der 10 Studienteilnehmer individuelle Ablationsziele. Kardiologen übertrugen diese in ein Mapping‑System, das sie als Leitfaden verwenden, und zielten genau auf diese Stellen, anstatt selbst zu suchen.
Mehr als ein Jahr später hatten acht Patienten keine Arrhythmien, während zwei nur eine einzige kurze Episode während ihrer Heilung erlebten – besser als die typische Erfolgsrate von 60 %, sagte Dr. Jonathan Chrispin, ein Kardiologe an Hopkins und leitender Autor der Studie.
Alle bis auf zwei setzten auch ihre Anti‑Arrhythmie‑Medikation ab.
Noch wichtiger ist, dass Kardiologen weniger Gewebe verbrennen könnten, indem sie „genau die Bereiche anvisieren, von denen wir glauben, dass sie kritisch wichtig sind“, sagte Chrispin. „Wir könnten diese Verfahren möglicherweise kürzer, sicherer und wirksamer machen.“
Das Team von Hopkins hofft, den Digital‑Twin‑Ansatz in einer größeren Studie mit anderen Krankenhäusern zu untersuchen und hat eine Studie begonnen, in der versucht wird, damit eine häufigere Art von unregelmäßigem Herzschlag namens Vorhofflimmern zu behandeln. Andere Forscher untersuchen digitale Zwillinge auch in der Krebsbehandlung.