Forudsigelse af aortadilatation og -ruptur (DilAo)

1. Formålet med undersøgelsen Formålet med denne undersøgelse er at udforske prognostiske parametre for aortadilation. Mere specifikt er det at identificere prognostiske billeddiagnostiske parametre, som kan bruges til at identificere patienter med høj risiko for hurtig aortaudvidelse og bør følges intensivt af billeddiagnostiske metoder.

2. Underforsøg

1. Klinisk undersøgelse 1 Formålet med første fase af undersøgelsen er at identificere 4D MR-flowparametre, som er karakteristiske for dilateret aorta og kan bruges til at evaluere fremtidig prognose hos patienter med aortadilatation eller disponerende faktorer.
2. Klinisk undersøgelse 2 Anden fase af studiet har til formål at bruge identificerede flowparametre i klinisk billeddiagnostik opfølgning til at finde ud af, hvilke parametre der forudsiger aortaudvidelse i det virkelige liv og dermed kan bruges til at udvælge patienter til mere intensiv billeddannelse i fremtiden.
3. Studie 3 - Molekylær patologi, histologi og genetik af aorta Formålet med denne del af undersøgelsen er at finde ud af forskelle i molekylærbiologi, histologi, elasticitet og genetik af aorta hos patienter med disponerende faktorer for aortaudvidelse. Særligt vil cellulære faktorer, der påvirker dannelsen af ​​bindevæv og vaskulært glat muskellag, blive undersøgt.

3. Metoder

1. Patientpopulation Alle patienter og raske frivillige vil give deres skriftlige informerede samtykke til undersøgelsen. Den etiske komité i det nordlige Savo hospitalsdistrikt har givet godkendelse til forsøget.

Undersøgelse 1 Den første fase af undersøgelsen vil omfatte tyve patienter med anatomisk eller funktionel BAV eller anden sygdom, der er disponeret for dilatation af aorta, planlagt til rutinemæssig aorta MR på Kuopio Universitetshospital (KUH) Radiologisk afdeling. 4D flow MRI vil blive udført lige efter den rutinemæssige 2D MRI, og det vil forlænge billeddannelsestiden med cirka 20 minutter. Tyve raske frivillige kontroller vil blive rekrutteret fra forskningsgruppen og personalet på afdelingen, og de vil blive planlagt til den lignende billedbehandlingsprocedure. De vigtigste parametre, der analyseres ud fra disse engangsbilleddannelsesdata, er spidsstrømningshastighed og strømmens excentricitet, strømningshvirvel og vægforskydningsspænding. Også parametre relateret til aortastivhed og geometri vil blive bestemt i denne undersøgelse. Sammenligning af 4D flow MRI parametrene mellem patienterne og raske kontroller vil blive udført, 4D flow parametre vil også blive sammenlignet med konventionelle 2D flow parametre både hos undersøgelsespatienterne og hos raske kontroller.

Studie 2 Til opfølgningsstudiet vil 100 patienter blive rekrutteret på samme måde som i tilfældet med de første undersøgelsespatienter. Inklusionskriterierne vil være: voksen (alder > 18 år), tidligere dokumenteret aorta-udvidelse, dokumenteret anatomisk eller funktionel BAV eller anden arvelig lidelse, som medfører øget risiko for aorta-udvidelse, ingen kontraindikation for MR. Lignende aorta-MR vil blive udført som under det kliniske studie 1. Den opfølgende billeddiagnostik vil dog blive udført efter 6 måneder fra den første MR og årligt i 5 år. De samme 4D- og 2D-flowparametre vil blive analyseret som i den første undersøgelse. Den særlige interesse vil blive udpeget til graden af ​​aorta dilatation og korrelation mellem 4D (og 2D) flow parametre til aorta dimensioner.

Kliniske parametre Alle patienter, der besøger ambulatoriet, vil have klinisk undersøgelse (auskultation, kliniske tegn på hjertesvigt, hepatomegali, perifert ødem, arteriel mislyde). 12-aflednings elektrokardiografi og grundlæggende laboratorieanalyser (hæmoglobin, hæmatokrit, natrium, kalium, kreatinin, hjernenatriuretisk peptid) vil blive udført. Med patientens skriftlige tilladelse vil et ekstra rør med blod blive gemt til fremtidig analyse, og patienten vil blive informeret om formålet med denne prøve.

Ekkokardiografi Transthorakal ekkokardiografi vil blive udført ved hjælp af rutinemæssige kliniske metoder. Særlig interesse vil blive udpeget til aortaklappens anatomi og aorta dimensioner. Andre tegn på hjertemanifestationer vil også blive registreret. Ventrikulære dimensioner og volumetriske parametre samt ventrikulær systolisk og diastolisk funktion vil blive evalueret.

Aorta MRI Magnetisk resonansangiografi og 2D flowmålinger Statisk billeddannelse af aorta udføres med en EKG- og respiratorisk-gated 3D SSFP (steady state free percession) sekvens [Kawel et al 2012]. Billedstak opnås i sagittalt plan og behandles på MPR-arbejdsstationen for at få billeder vinkelret på blodgennemstrømningsaksen. Diameteren af ​​aorta måles fra ydervæg til ydervæg. Den bredeste diameter af aorta bestemmes, og som rutine måles diameteren af ​​aorta ved 8 forudbestemte niveauer.

4D fase kontrast MR Blodgennemstrømning i aorta vil blive målt baseret på MR fase kontrast. Målingen vil blive udført ved at gentage billedpulssekvensen uden og med flowvægtningsgradienter for tre dimensioner med interleaved måde og målingen. Billeddannelsesparametrene indstilles i henhold til 4D MRI flowmåling konsensuserklæring [Dyverfelt 2015] om kort tid: opløsning på < 2,5x2,5x2,5 mm3, tidsmæssig opløsning på 30 ms (tidsopløsning i flow i forskellige hjertefaser), retrospektiv EKG-synkronisering og respiratorisk bevægelseskompensation, flip-vinkel tæt på Ernst-vinklen og flowvægtningsgradientamplituden, således at maksimal flow på 10 % højere end forventet maksimal flowhastighed i aorta. Billedvolumenet vil dække aortaklappen, aortabuen og nedadgående aorta på niveauet af myokardiets spids. Dataene vil blive forbehandlet for at minimere bidraget fra baggrundsfaseforskydninger, gradient-ufuldkommenheder og faseombrydning.

Flowparametre Fra 4D flowbillederne vil flere kvantitative parametre blive udtrukket. De vigtigste parametre er dem, der beskriver strømningsfordelingen i aorta, dvs. maksimal strømningshastighed og excentricitet, strømningshvirvel og forskydningsspænding på karvæggene. Endvidere vil flere parametre relateret til aortastivhed og geometri og funktion af aortaklappen blive registreret. Under opfølgningen vil ændringer og prognostisk værdi af de kvantificerede parametre blive evalueret.

Med henblik på validering vil 4D flowparametre blive sammenlignet med parametre udtrukket fra konventionelle 2D flowsekvenser.

Klinisk opfølgningsprotokol Patienter rekrutteret til opfølgningsstudiet (undersøgelse 2) vil blive genscreenet ved aorta-MR efter et halvt år fra rekrutteringen og årligt efter det første opfølgningsbesøg op til fem år eller i henhold til klinisk opfølgning tidsplan. Hvis tilstanden af ​​aortadilationen indikerer, vil mere intensiv opfølgning blive brugt.

Statistiske analyser Prognostiske faktorer vil blive testet for statistisk signifikans ved at sammenligne flowparametre og associerede faktorer med graden af ​​aortadilation ved at bruge passende multivariat analyse. Statistisk signifikans vil blive sat til p<0,05 og høj statistisk signifikans til p < 0,01. Dataene vil blive analyseret ved hjælp af SPSS til Windows-programmet.

Studie 3

Det tredje delforsøg vil inkludere 20+100 patienter med svær aorta-dilatation planlagt til aortaoperation. Humane aortaprøver opsamles under rutinemæssig aortaudskiftningskirurgi fra det fjernede vaskulære væv. Ud over vævsprøver vil der blive indsamlet en blodprøve til genetisk og molekylær analyse. Patienterne har givet deres skriftlige tilladelse til de histologiske og blodprøver inden operationen. Efter resektion overføres prøver straks til flydende nitrogen (frosne prøver), PFA-PBS (histologiske prøver) eller til cellekulturmedium til celleisolering (endotelceller, vaskulære glatte muskelceller, fibroblaster). Frosne prøver opbevares i -70 °C og isolerede celler i flydende nitrogen. Histologiske prøver vil blive behandlet til paraffinen og opbevaret som en paraffinblokke. Prøver vil blive opbevaret i op til 10 år, og derefter destrueres de som biofarligt affald. Rådata vil blive lagret i elektriske arkiver som European Genome-phenome Archive (EGA).

Analyser Molekylærbiologi og histologi af aortaprøverne undersøges ved RT-qPCR, immunhistokemi og multifotonmikroskopi. Ekspression af relevante gener f.eks. TGF-β, VEGF-familien, COX-1 og 2, eNOS/Akt og pro-inflammatoriske cytokiner studeres, og også RNA-sekventering, der identificerer alle udtrykte mRNA'er samtidigt, kan bruges til at finde forskelle i ekspression af alle aorta-gener mellem forskellige patientgrupper. FBN1-genet sekventeres og kigges efter mutationer eller deletioner.

Aorta karvægsarkitektur og ekspression af relevante gener visualiseres ved multifotonmikroskopi og immunhistokemi. Isolerede celler bruges til enkeltcelleanalyse, som gør det muligt at studere en levende celle og dens molekylære begivenheder ad gangen, og giver helt ny information om forskellige cellers funktioner i karvæggen. Opnåede data er opdelt i sygdoms- og aldersmatchende grupper, og der vil blive kigget efter sammenhænge mellem hjertesygdomsstatus, aorta-genekspression og aorta-histologi. Data vil også blive forbundet og sammenlignet med det prækliniske musestudie beskrevet i tillæg 1 og human aorta MRI 4D flow billeddannelsesundersøgelse beskrevet i afsnit 3.4.

Biomekanik af histologiske aortaprøver Biomekaniske parametre såsom stivhed og brudstyrke vil blive målt fra aortaprøverne. Målingerne og analysen vil blive udført i samarbejde med BBC-gruppen på University of Eastern Finland. De biomekaniske parametre i de undersøgte patientgrupper vil blive sammenlignet og brugt som parameter i multivariante statistiske analyser. Resultaterne vil også blive sammenlignet og knyttet til fund inden for histologisk og molekylærbiologi.

Kontroller Prøver til sammenligning med normalt væv vil blive indsamlet fra 10 organdonorer opereret på Kuopio Universitetshospital. Prøverne vil blive håndteret som beskrevet hos aortapatienter.

Matematisk modellering af aorta Billeddata fra 20 patienter vil blive sendt anonymt til JAMK University of Applied Sciences til matematisk simuleringsmodellering af aortaflow og vægspænding.

4. Samarbejde Det kliniske studie udføres multiprofessionelt på Kuopio Universitetshospital sammen med afdelinger for klinisk kardiologi, kardiotorakal kirurgi (Hjertecenter) og radiologi (Clinical Imaging Center). De histopatologiske, molekylære og genetiske undersøgelser udføres i Institut for Molekylær Videnskab i A I Virtanen Institute, University of Eastern Finland (UEF). Biomekaniske tests vil blive udført i Institut for Anvendt Fysik i UEF. Den matematiske modellering af aortabillederne vil blive udført i JAMK University of Applied Sciences. De opnåede 4D MRI-flowresultater vil blive analyseret og valideret i henhold til standarder fra Kuopio Universitetshospital.