VITAL – die Teilstudie zur Herzinsuffizienz mit reduzierter Ejektionsfraktion

Im Vereinigten Königreich sind über 1 Million Menschen von Herzversagen betroffen. Ungefähr 50 % dieser Menschen leiden an einer Herzinsuffizienz mit reduzierter Ejektionsfraktion (HFrEF), einer Erkrankung, bei der sich der Herzmuskel nicht richtig zusammenzieht. Ohne Behandlung besteht für die Patienten das Risiko einer Flüssigkeitsbildung in Lunge und Beinen (sogenanntes Ödem), Herzrhythmusstörungen (sogenannte Arrhythmien) und Tod. Die Behandlung umfasst eine Kombination von Tabletten, bei einigen Patienten zeigt sich jedoch keine Besserung durch Medikamente. Wenn die linke und die rechte Herzkammer nicht gleichzeitig pumpen, können Geräte namens kardiale Resynchronisationstherapie (CRT) implantiert werden, um das gemeinsame Pumpen der Kammern zu fördern, wodurch die Symptome gelindert und die Lebensqualität des Patienten verbessert werden.

CRT-Geräte bestehen aus Drähten, die durch die Blutgefäße, die zum Herzen führen, in die Herzkammern eingeführt werden. Doch trotz eines anfänglich erfolgreichen Eingriffs zeigen mehr als ein Drittel der Patienten nach der CRT-Implantation keine Besserung. Zu den mit dem Eingriff verbundenen Risiken gehören Blutungen, Infektionen und Schädigungen des darunter liegenden Lungen- oder Herzmuskels (die lebensbedrohlich sein können), was bedeutet, dass ein erheblicher Teil der Patienten diese Risiken eingeht, ohne dass sie danach davon profitieren. Darüber hinaus besteht ein lebenslanges Infektionsrisiko, und Patienten können in jedem Stadium eine gerätebedingte infektiöse Endokarditis entwickeln, die mit einer hohen Mortalität verbunden ist.

Mithilfe künstlicher Intelligenz können virtuelle Modelle der Anatomie und des Blutflusses eines Patienten erstellt werden, ein sogenannter „digitaler Zwilling“. Diese Modelle können verwendet werden, um die Reaktion eines Patienten auf eine Behandlung oder einen Eingriff vorherzusagen. Digitale Zwillinge wurden in Forschungsprojekten untersucht, die sich mit der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19), Asthma und Krebs befassten. In der Kardiologie wurden digitale Zwillinge bei Patienten untersucht, die sich einer Klappenoperation unterziehen. Bisher wurden keine Modelle entwickelt, um die Reaktion von Patienten auf Behandlungen gegen Herzinsuffizienz vorherzusagen.

In enger Zusammenarbeit mit Bioingenieuren, Physiologen und Informatikern zielt diese Studie darauf ab, eine validierte, multiskalige Multiorgan-Modellierungsplattform zu entwickeln, mit der ein individualisierter virtueller Zwilling erstellt werden kann, der sowohl die kardiovaskuläre Anatomie als auch komplexe physiologische Prozesse einschließlich der Verbindung zwischen ihnen berücksichtigt Organsysteme, die Aktivität des autonomen Nervensystems und hormonelle Wirkungen.

Es werden mindestens 30 Patienten rekrutiert, die sich einer klinisch indizierten CRT-Implantation unterziehen. Vor dem Eingriff wird jeder Patient am University College London (UCL) eine Reihe von Tests durchführen lassen, darunter die Messung von Größe, Gewicht und Blutdruck, ein Echokardiogramm, eine kardiale Magnetresonanztomographie (MRT) und ein 12-Kanal-Elektrokardiogramm (EKG). , eine elektrokardiographische Bildaufzeichnung mit 256 Ableitungen (eine 5-minütige detaillierte Aufzeichnung des Herzschlags), ein 6-minütiger Geh-/Schritttest sowie die Entnahme von Blut- und Urinproben. Einem Teil der Patienten wird außerdem ein tragbarer Herzmonitor zur Verfügung gestellt, der während ihres UCL-Termins getragen wird. Diese Daten werden in das Modellierungsframework integriert, um für jeden Patienten einen personalisierten virtuellen „Zwilling“ zu erstellen.

Nach der Implantation des CRT kommt jeder Patient nach 3 und 6 Monaten zu Nachuntersuchungen zurück und unterzieht sich einem weiteren Echokardiogramm, einem Bluttest und einem 6-Minuten-Schritt-/Gehtest.

Eine klinisch validierte virtuelle Plattform hätte das Potenzial, die Art und Weise, wie Patienten für eine Geräteimplantation ausgewählt werden, auf folgende Weise zu verändern:

• Patienten, bei denen ein „Non-Responder“ vorhergesagt wird, können auf andere Behandlungen verwiesen werden und die schwerwiegenden potenziellen Risiken vermeiden, die mit der Implantation des Geräts verbunden sind.

• Die Geräteauswahl kann optimiert werden. Es gibt zwei Formen der CRT:

  1. Biventrikuläre Stimulation (BiVP), bei der eine Elektrode in jeden Ventrikel implantiert wird
  2. Reizleitungssystemstimulation (CSP), bei der eine Elektrode in das leitende Herzgewebe im Septum zwischen den Ventrikeln eingeführt werden muss.

Man geht davon aus, dass CSP die Physiologie des Herzens besser nachahmt, ist jedoch technisch anspruchsvoller zu erreichen, was häufig zu einem längeren und risikoreicheren Eingriff führt. Patienten, die für beide Formen der CRT überwiesen werden, werden für diese Studie rekrutiert. Eine validierte Modellierungsplattform kann möglicherweise vorhersagen, welche Stimulationsform dem Patienten am meisten nützen würde, sodass Ärzte die optimale Stimulationsform auswählen können, ohne den Patienten unnötigen Komplikationen auszusetzen.