Patiënten met hartfalen kunnen veel baat hebben bij een speciale pacemaker. In de praktijk blijkt echter dat het implanteren van dit apparaat bij 30 tot 50 procent van de patiënten niet helpt. Biomedisch ingenieur Joost Lumens (Maastricht University) werkt met steun van ZonMw aan een computermodel dat kan voorspellen of een individuele patiënt erbij gebaat zal zijn.

Bij patiënten met hartfalen is het hart niet in staat om voldoende bloed door het lichaam te pompen. Zij kunnen behandeld worden met cardiale resynchronisatietherapie (CRT), waarbij er tijdens een operatie twee elektrodes op het hart geplaatst worden. Door deze pacemaker kunnen de hartkamers weer in harmonie samentrekken, wat de pompkracht van het hart verbetert. Tenminste, in theorie. ‘CRT werkt bij een deel van de mensen heel goed, maar in praktijk blijkt 30 tot 50 procent van de patiënten er geen baat bij te hebben’, vertelt biomedisch ingenieur dr. ir. Joost Lumens (Maastricht University).

Betere voorspelling

Als het zou gaan om een medicijn, dan was dat acceptabel. ‘Met een medicijn kun je simpelweg stoppen. Maar bij CRT gaat het om een geïmplanteerd apparaat dat je niet zomaar kunt weghalen. De plaatsingsoperatie geeft risico’s, er is onderhoud nodig en bovendien is het erg duur.’ Redenen genoeg om te willen voorspellen wie er wél baat zal hebben bij CRT en wie niet. Dat is precies waar Lumens zich op richt in zijn onderzoek, mede gefinancierd door ZonMw. ‘De industrie financiert dit soort onderzoek niet – die heeft er geen baat bij om minder pacemakers te verkopen’, merkt Lumens op. ‘We zijn dus afhankelijk van publieke subsidieverstrekkers.’ 

Systems Medicine

Volgens de huidige richtlijnen is bij patiënten met hartfalen een elektrocardiogram (ECG) voldoende om uit te wijzen of CRT zinvol is. Daarmee breng je de elektrische geleiding in kaart. Als die niet optimaal is, zou CRT kunnen helpen. ‘Maar uit onderzoek blijkt dat dat te simpel gedacht is’, zegt Lumens. ‘Behalve een goed gecoördineerde elektrische activatie is er namelijk ook een goede contractiekracht van het hart nodig. Je kunt de hartspier wel elektrisch activeren, maar als de spier nauwelijks werkt, dan helpt dat niet.’ Lumens en zijn collega’s kijken daarom niet alleen naar de geleiding. ‘We ontwikkelden een computermodel dat de samenhang tussen de elektrische en de mechanische functie van het hart beschrijft’, licht hij toe. ‘Je kunt dan beter voorspellen of CRT überhaupt zin heeft, en zo ja, waar je de twee elektrodes dan precies moet plaatsen.’ Dit is een vorm van Systems Medicine: met behulp van computerkracht niet alleen naar de afzonderlijke onderdelen van het lichaam kijken maar naar het systeem als geheel.

Innovatie voor de individuele patiënt

De contractiekracht van het hart kun je meten met MRI of echocardiografie, terwijl de elektrische activatie van de hartkamers met een uitgebreid ECG in kaart kan worden gebracht. ‘Ingenieurs vatten vervolgens de pompfunctie van het hart in natuurkundige vergelijkingen en cardiologen vertellen welke metingen ertoe doen in het hart’, legt Lumens uit. ‘Met die kennis en metingen kunnen we het model personaliseren en als het ware het hart van de patiënt virtueel nabootsen. Vervolgens kunnen we elektrodes op het gemodelleerde hart plaatsen om te voorspellen of CRT de pompfunctie zal verbeteren.’ Binnen het ZonMw-project Personalized MultiSystems simulations for Honing Cardiac Resynchronization Therapy (PUSHCART) is er veel technische vooruitgang geboekt. ‘We hebben daarnaast samenwerkingsverbanden gelegd met onderzoekers in Bordeaux en Graz, wat ook in de toekomst zal blijven lonen.’

Klinische besluitvorming

Promovendus Erik Willemen voerde binnen PUSHCART concrete studies uit met computersimulaties van pacemakertherapie in het falende hart. ‘Hij ontdekte dat sommige patiëntkenmerken die nu nog niet worden meegenomen in de klinische besluitvorming, wel degelijk relevant zijn. Zo blijkt een voldoende goede werking van de rechterkant van het hart belangrijk te zijn. Op zich logisch, want de rechterkant zorgt voor vulling van de linkerkant. En een herstelde pompfunctie loont alleen als die pomp ook goed gevuld wordt.’ In Maastricht zijn de eerste stappen naar toepassing in de kliniek al gezet. ‘De komende maanden zullen we patiëntspecifieke gegevens van een cohort CRT-patiënten gebruiken om ons model te valideren. Klopt onze voorspelling met hoe het deze patiënten daadwerkelijk is vergaan?’ Uiteindelijk moet het model de klinische besluitvorming gaan ondersteunen.

Open Science

De onderzoekers stelden hun resultaten en data openlijk beschikbaar. Zo zijn de broncode van het computermodel en de wijze van data-analyse als supplement toegevoegd aan de Open Access publicaties. ‘Als academicus in hart en nieren ben ik daar groot voorstander van’, zegt Lumens. ‘Het zit in onze natuur om kennis zo snel mogelijk te willen delen. Onder computeringenieurs is het inmiddels heel normaal om de broncode te delen, maar klinische journals zijn daar technisch nog niet altijd voor toegerust.’ De onderzoeker ervaart soms wel een spanningsveld. ‘De universiteit stimuleert   open science maar wil ook dat onderzoekers intellectueel eigendom beschermen. Dat is voor mij soms lastige materie.’

Joost Lumens
Associate Professor Joost Lumens. Biomedische Technologie, School for Cardiovascular Diseases, Fac. Health, Medicine and Life Sciences

Bekijk hier de projectomschrijving van dr. Joost Lumens. Dit project is onderdeel van het internationale programma ERACoSysMed. Lees meer op de programmapagina.

Klik hier om terug te gaan naar de homepagina van Translationeel Onderzoek.

Tekst Diana de Veld

© ZonMw 2020

Naar boven
Direct naar: InhoudDirect naar: Onderkant website