VITAL - delstudien Hjärtsvikt med reducerad ejektionsfraktion

Hjärtsvikt drabbar över 1 miljon människor i Storbritannien. Cirka 50 % av dessa personer har hjärtsvikt med reducerad ejektionsfraktion (HFrEF), ett tillstånd där hjärtmuskeln inte drar ihop sig ordentligt. Utan behandling riskerar patienterna att utveckla vätska runt lungorna och benen (kallat ödem), onormal hjärtrytm (känd som arytmier) och död. Behandlingen innebär en kombination av tabletter, men vissa patienter visar ingen förbättring med mediciner. När hjärtats vänstra och högra kammare inte pumpar samtidigt, kan enheter som kallas hjärtresynkroniseringsterapi (CRT) implanteras för att uppmuntra kamrarna att pumpa ihop, minska symtomen och förbättra patientens livskvalitet.

CRT-apparater består av ledningar som placeras in i ventriklarna genom blodkärlen som leder till hjärtat. Trots en initialt framgångsrik procedur visar över en tredjedel av patienterna ingen förbättring efter CRT-implantation. Risker förknippade med proceduren inkluderar blödning, infektion och skador på den underliggande lungan eller hjärtmuskeln (vilket kan vara livshotande), vilket innebär att en betydande del av patienterna tar dessa risker utan någon nytta efteråt. Dessutom är infektionsrisken livslång och patienter kan utveckla enhetsrelaterad infektiös endokardit när som helst, vilket är förknippat med hög dödlighet.

Virtuella modeller av en patients anatomi och blodflöde, känd som en "digital tvilling", kan genereras med hjälp av artificiell intelligens. Dessa modeller kan användas för att förutsäga en patients svar på en behandling eller procedur. Digitala tvillingar har studerats i forskningsprojekt som tittar på coronavirus sjukdom 2019 (COVID-19), astma och cancer. Inom kardiologi har digitala tvillingar studerats hos patienter som genomgår en klaffoperation. Hittills har inga modeller utvecklats för att förutsäga patienternas svar på hjärtsviktsbehandlingar.

I nära samarbete med bioingenjörer, fysiologer och datavetare, syftar denna studie till att utveckla en validerad multi-skala, multi-organ modellering plattform som kan skapa en individualiserad virtuell tvilling, som inkluderar kardiovaskulär anatomi såväl som komplexa fysiologiska processer inklusive sammankoppling av organsystem, det autonoma nervsystemets aktivitet och hormonella verkan.

Minst 30 patienter som genomgår en kliniskt indicerad implantation av CRT kommer att rekryteras. Före proceduren kommer varje patient att gå på University College London (UCL) för en rad tester, inklusive mätning av längd, vikt och blodtryck, ett ekokardiogram, en magnetisk magnetisk resonanstomografi (MRI)-skanning, ett 12-avlednings elektrokardiogram (EKG) , en elektrokardiografisk avbildningsinspelning med 256 avledningar (en detaljerad inspelning på 5 minuter av hjärtslaget), ett 6 minuters promenad-/stegprov och blod- och urinprovinsamling. En undergrupp av patienter kommer också att förses med en bärbar hjärtmonitor som kommer att bäras under deras UCL-besök. Dessa data kommer att integreras i modelleringsramverket för att skapa en personlig virtuell "tvilling" för varje patient.

Efter implantation av CRT kommer varje patient att återvända för uppföljningsbesök efter 3 månader och 6 månader då de kommer att genomgå ytterligare ett ekokardiogram, blodprov och 6 minuters steg/gångtest.

En kliniskt validerad virtuell plattform skulle ha potential att förändra hur patienter väljs ut för att genomgå implantation av enheter på följande sätt:

• Patienter som förutspås vara "icke-responderare" kan hänvisas till andra behandlingar och undvika de allvarliga potentiella riskerna som är förknippade med implantation av enheten.

• Val av enhet kan optimeras. Det finns två former av CRT:

  1. Biventrikulär stimulering (BiVP) som innebär att en ledning implanteras i varje ventrikel
  2. Conduction system pacing (CSP) som kräver placering av en ledning i den ledande hjärtvävnaden i septum mellan ventriklarna.

CSP anses bättre efterlikna hjärtats egen fysiologi, men är mer tekniskt utmanande att uppnå, vilket ofta leder till en längre och högre riskprocedur. Patienter som hänvisas till båda formerna av CRT kommer att rekryteras till denna studie. En validerad modelleringsplattform kan kanske förutsäga vilken form av stimulering som skulle gynna patienten mest, vilket innebär att läkare kommer att kunna välja den optimala formen av stimulering utan att utsätta en patient för onödiga komplikationer.