Angiogenese und Fibrose bei Aortenstenose

Integrine

Integrine sind eine Gruppe von Molekülen, die für die interzelluläre Adhäsion und Signalübertragung verantwortlich sind. Sie umfassen eine Superfamilie heterodimerer Rezeptoren, die aus 18 verschiedenen α- und β-Untereinheiten bestehen. In Kombination können sie 24 verschiedene Rezeptorsubtypen mit einer Reihe physiologischer und pathophysiologischer Funktionen erzeugen. Der αvβ3-Rezeptor ist ein Integrin, das in geringen Mengen auf reifen Endothelzellen vorkommt, aber auf Endothelzellen aktiv wachsender Blutgefäße deutlich hochreguliert ist. Früher war es als Vitronectin-Rezeptor bekannt, obwohl später festgestellt wurde, dass es viele andere Liganden bindet, darunter Fibrinogen, Fibronectin, Laminin, Thrombospondin, von Willebrand-Faktor und bestimmte Kollagen-Subtypen. Diese Merkmale werden auch beim αvβ5-Integrinrezeptor beobachtet, wobei beide Rezeptoren das auf diesen Liganden vorhandene Arginin-Glycin-Aspartat (RGD)-Motiv erkennen.

1.1.2 Rolle von αvβ3- und αvβ5-Integrinen bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Die Expression von αvβ3- und αvβ5-Rezeptoren ist in einer Reihe von Krankheitszuständen hochreguliert und dies wurde besonders gut bei der mit Tumorwachstum und Metastasen verbundenen Angiogenese charakterisiert. Es gibt jedoch viele potenzielle Rollen für diesen Integrinweg bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich Myokardinfarkt, Arteriosklerose, Restenose, Aortenstenose und Aneurysma-Erkrankung, die relativ unerforscht sind.

1.1.2.1 Aortenstenose

Die Aortenstenose ist durch eine ausgedehnte Klappenverdickung aufgrund der Ansammlung von fibrösem Gewebe und der Umgestaltung der extrazellulären Matrix gekennzeichnet. In allen drei Schichten der Klappe kommen zahlreiche fibroblastenähnliche Zellen vor, die üblicherweise als interstitielle Klappenzellen bezeichnet werden. Eine Teilpopulation dieser Zellen wird durch die entzündliche Aktivität innerhalb der Klappe aktiviert und differenziert sich zu Myofibroblasten. Während Fibroblasten die Kollagensynthese in der normalen Klappe steuern, sind Myofibroblasten für die beschleunigte Fibrose verantwortlich, die in stenotischen Klappen beobachtet wird. Darüber hinaus werden Matrixmetalloproteinasen von Myofibroblasten und Entzündungszellen sezerniert und spielen eine wichtige und komplexe Rolle bei der Umstrukturierung der Klappensegelmatrix. Wie bereits angedeutet, hängen die Aktivierung und Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten von der Expression der αvβ3- und αvβ5-Rezeptoren ab. Darüber hinaus kommt es bei Patienten mit schwerer Aortenklappenstenose, ähnlich wie bei der Karotis-Atherosklerose, häufig (78 %) zu Blutungen im Intrasegel, was mit Angiogenese und einem schnelleren Fortschreiten der Erkrankung einhergeht.

Histopathologische Studien haben bestätigt, dass Fibrose ein integraler Bestandteil des linksventrikulären Hypertrophieprozesses bei Aortenstenose ist. Myofibroblasten infiltrieren das Myokard und sezernieren extrazelluläre Matrixproteine, einschließlich Kollagen Typ I und III. Es wird beobachtet, dass Bereiche mit Fibrose gleichzeitig mit Bereichen mit Myozyten-Apoptose lokalisiert sind, und es wurde vermutet, dass Fibrose als eine Form der Narbenbildung nach dem Tod und der Verletzung von Myozyten auftritt. Wie bei der Fibrose in der Klappe sind auch das Renin-Angiotensin-System, der transformierende Wachstumsfaktor Beta und ein Ungleichgewicht der Matrix-Metalloproteinase sowie deren Gewebeinhibitoraktivität an diesem Prozess beteiligt. Bei bis zu 38 % der Patienten mit mittelschwerer oder schwerer Aortenstenose wurde im Myokard ein Fibrosemuster in der Mittelwand beobachtet, das mit einer fortgeschritteneren hypertrophen Reaktion in Verbindung gebracht wurde. Wichtig ist auch, dass die Mortalität im Zusammenhang mit einer Mittelwandfibrose um das Achtfache steigt.

1.1.2.2 Atherosklerose und Restenose

Die Entstehung von Atherosklerose ist auf ein komplexes Zusammenspiel von oxidiertem Lipid, Infiltration entzündlicher Zellen und der Migration glatter Muskelzellen in der Arterienwand zurückzuführen. Sobald sich atherosklerotische Plaques gebildet haben, können sie fortschreiten und reißen, was zu den klinischen Symptomen eines akuten Myokardinfarkts und Schlaganfalls führen kann. Zu den Merkmalen, die mit einer Plaqueruptur einhergehen, gehören eine dünne Faserkappe, ein lipidreicher Pool und eine Blutung innerhalb der Plaque. Tatsächlich ist Plaque-Ruptur insbesondere mit Plaque-Neovaskularisation und Expression des vaskulär-endothelialen Wachstumsfaktors verbunden, was darauf hindeutet, dass die Instabilität durch Angiogenese induziert werden könnte. Daher könnte die Hochregulierung der αvβ3- und αvβ5-Rezeptoren einen neuen Marker und ein potenzielles therapeutisches Ziel für die Plaque-Anfälligkeit darstellen.

1.1.3 Fluciclatid

Fluciclatid ist ein RGD-haltiges zyklisches Peptid, das kürzlich als 18F-Radiotracer zum Nachweis der Tumorangiogenese mittels Positronenemissionstomographie entwickelt wurde. Es ist hochselektiv für die αvβ3- und αvβ5-Rezeptoren mit Affinitäten (EC50) von 11,1 bzw. 0,1 nM und minimaler Kreuzreaktivität mit dem αIIbβ3-Rezeptor (EC50 281 nM). Präklinische Tumorstudien haben gezeigt, dass 18F-Fluciclatid von Glioblastomen aufgenommen wird und dass dies durch den antiangiogenen Tyrosinkinase-Inhibitor Sunitinib unterdrückt wird, was die Spezifität von Fluciclatid für Bereiche der Angiogenese bestätigt. Es wurde in klinischen Phase-I-Studien bewertet und als sicher und gut verträglich befunden.

1.1.4 Ziele

Bisher gab es zahlreiche präklinische Studien, in denen die Anwendung von Radiotracern untersucht wurde, die auf die Integrinrezeptoren αvβ3 und αvβ5 abzielen. Die klinische Anwendung dieser Tracer war weitgehend auf die Onkologie als Methode zur Beurteilung der Angiogenese in Tumoren beschränkt. Hier möchten wir die Rolle des αvβ3- und αvβ5-Rezeptor-Radiotracers 18F-Fluciclatid untersuchen, um Angiogenese und Fibrose bei Patienten mit Aortenstenose als Maß für sowohl Klappen- als auch Myokardfibrose zu beurteilen. Diese Patientengruppe wird gleichzeitig ein Aorten-Atherom haben und dies wird uns eine opportunistische Beurteilung der Tracer-Aufnahme bei Arteriosklerose ermöglichen. Wir halten es für wichtig, eine Reihe von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu beurteilen, um festzustellen, ob die Expression der αvβ3- und αvβ5-Integrinrezeptoren für bestimmte Krankheitsprozesse spezifisch ist. Im Erfolgsfall werden diese vorläufigen Daten eine detailliertere Erforschung spezifischer Krankheitsbereiche und neuartiger therapeutischer Interventionen ermöglichen. Derzeit ist Fluciclatid nicht für den klinischen Einsatz zugelassen oder zugelassen und wird hier als Prüfpräparat zur Erforschung der Pathophysiologie der Aortenstenose eingesetzt.

1.2 URSPRÜNGLICHE HYPOTHESEN

Wir gehen davon aus, dass 18F-Fluciclatid die Expression der αvβ3- und αvβ5-Integrinrezeptoren in vivo beim Menschen in zwei Hauptbereichen kardiovaskulärer Erkrankungen identifizieren kann: Aorten-Atherosklerose und Aortenstenose. Konkret gehen wir davon aus, dass 18F-Fluciclatid:

1. Werden in atherosklerotische Plaques der Aorta aufgenommen.
2. Zeigen Sie eine nachweisbare Aufnahme in die Aortenklappe und das Myokard von Patienten mit Aortenstenose, die mit dem Grad der aktiven Angiogenese und Fibrose korreliert.

6.1 ANGIOGENESE UND FIBROSE BEI ​​AORTENSTENOSE

Eine Aortenstenose ist mit einer erheblichen linksventrikulären Hypertrophie und daraus resultierender Myokardfibrose verbunden, wobei letztere die Prognose vorhersagt. Die linksventrikuläre Hypertrophie und die damit verbundene Fibrose sind auch ein Hauptrisikofaktor für unerwünschte kardiovaskuläre Ereignisse bei einer Reihe anderer Erkrankungen, einschließlich essentieller Hypertonie. Die kardiale Magnetresonanztomographie ist die Goldstandardmethode zur Beurteilung des Vorliegens einer Myokardfibrose, sie zeigt jedoch nicht unbedingt die anhaltende Aktivität des fibrotischen Prozesses an. In dieser Studie werden wir die Aufnahme von 18F-Fluciclatid bei Patienten mit Aortenstenose als Modell für eine linksventrikuläre Hypertrophie mit Drucküberlastung untersuchen. Wir werden die Gelegenheit auch nutzen, um festzustellen, ob es zu einer Aufnahme von 18F-Fluciclatid in der Aortenklappe kommt, da diese nachweislich Bereiche mit Fibrose und Angiogenese aufweist.

Alle Studienpatienten und gesunden Freiwilligen werden einer Blutentnahme, einem Echokardiogramm, Positronenemissions- und Computertomographie-Scans mit 18F-Fluciclatid sowie einer kardialen Magnetresonanztomographie mit Beurteilung der späten Gadolinium-Anreicherung unterzogen. Nach der Injektion von 18F-Fluciclatid werden die Patienten mithilfe unseres standardmäßigen klinischen Ansatzes überwacht, einschließlich der Beobachtung hämodynamischer Parameter. Dies wird während des gesamten Studienbesuchs bis zur Abreise fortgesetzt. Bei Patienten, die sich einer Aortenklappenersatzoperation unterziehen, wird Aortenklappengewebe erhalten und eine 3-mm-Schnittbiopsie des linksventrikulären Myokards entnommen, um die Ergebnisse der Scans zu vergleichen.

Gesunde freiwillige Patienten werden keiner wiederholten Untersuchung unterzogen. Nach einem Zeitraum von ein bis zwei Jahren nach der ersten Untersuchung kommen Patienten mit Aortenklappenstenose zur erneuten Blutentnahme, kardialen Magnetresonanztomographie mit Beurteilung der späten Gadoliniumanreicherung und Echokardiographie zurück. Patienten, die sich einem Aortenklappenersatz unterzogen haben, werden sechs Monate nach der Operation vor der zweiten MRT-Untersuchung des Herzens wiederholten Positronenemissions- und Computertomographie-Scans mit 18F-Fluciclatid unterzogen.

Blutproben werden anhand standardmäßiger klinischer biochemischer und hämatologischer Profile wie Vollblutbild sowie Harnstoff und Elektrolyten beurteilt. Darüber hinaus werden Marker für kardiale Ischämie, Fibrose und Angiogenese bewertet. Zusätzliches Serum, Plasma und DNA werden für zukünftige mögliche Analysen bei -80 Grad Celsius gelagert.

6.1.2 Studieninterpretation

Wir gehen davon aus, dass die myokardiale Aufnahme von 18F-Fluciclatid bei Patienten mit Aortenstenose und linksventrikulärer Hypertrophie erhöht sein wird. Wir gehen davon aus, dass der Grad der myokardialen Aufnahme mit der kardialen Magnetresonanztomographie-Beurteilung der Fibrose sowie den histologischen Messungen der Fibrose und der Expression des αvβ3- und αvβ5-Integrinrezeptors korreliert. Wir gehen davon aus, dass der Grad der Myokardaufnahme eine Prognose für die Beurteilung der Fibrose mittels Magnetresonanztomographie des Herzens nach einem Zeitraum von ein bis zwei Jahren liefern kann. In explorativen Analysen werden wir auch die Gelegenheit nutzen, das Ausmaß der 18F-Fluciclatid-Aufnahme innerhalb der Aortenklappe selbst zu beurteilen und dies bei Erfolg mit histologischen Messungen der Angiogenese und Fibrose zu korrelieren.

6.2 ANGIOGENESE BEI ​​AORTATHEROSKLEROSE

Bei Patienten mit Aortenklappenstenose ist die Prävalenz einer begleitenden Aortenarteriosklerose hoch. Im Rahmen des Dr. Dweck-Stipendiums konnten wir diesen Zusammenhang nutzen und Sekundäranalysen der 18F-Natriumfluoridaufnahme bei Aorten- und Koronararteriosklerose durchführen. Dies führte zu einigen äußerst innovativen Erkenntnissen, die unser Verständnis der Arteriosklerose und der Rolle der Verkalkung prägten.

6.2.1 Studienplan

Wir werden die von den oben genannten Patienten erhaltenen Datensätze verwenden, um die Aufnahme von 18F-Fluciclatid in der Brustaorta zu untersuchen. Atherosklerose wird mithilfe von Computertomographie- und Magnetresonanzbildern identifiziert, die zum Zeitpunkt der Studienscans vom Thorax aufgenommen wurden. Es ist keine zusätzliche Bildaufnahme erforderlich. Dadurch werden Pilotdaten bereitgestellt, die als Grundlage für nachfolgende spezielle Studien dienen, die sich auf akut entzündete atherosklerotische Plaques konzentrieren, beispielsweise bei Patienten mit kürzlich aufgetretenen vorübergehenden ischämischen Anfällen oder Schlaganfällen, die auf eine Karotiserkrankung zurückzuführen sind.