Bewertung der kardialen Allograft-Vaskulopathie durch optische Kohärenztomographie (EARLY-OCT)

Die kardiale Allotransplantat-Vaskulopathie (CAV) stellt die Hauptursache für späte Morbidität und Mortalität bei Empfängern von Herztransplantaten dar und macht nach 3 Jahren eine zweite Gesamtmortalität aus. Die Entwicklung von CAV ist ein komplexer Prozess, der laut Histologie Intimaverdickung, Atherosklerose, Thrombose und Vaskulitis umfasst, aber letztendlich ist Intimahyperplasie die vorherrschende Ursache für Lumenverengung, was zu Ischämie und Transplantatversagen führt. Im Unterschied zur allgemeinen koronaren Atherosklerose, die durch fokales und exzentrisches fibrofettartiges Atherom gekennzeichnet ist, befällt CAV diffus das gesamte koronare Gefäßsystem mit deutlicher Intimaproliferation und konzentrischer Gefäßverdickung und Fibrose.

Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist im Vergleich zu IVUS empfindlicher für die Früherkennung von CAV. OCT ist eine katheterbasierte Modalität der neuen Generation, die Bilder mit einer räumlichen Auflösung von 10-20 μm aufnimmt, die 10-mal höher ist als die von IVUS. OCT konnte die Medienschicht offensichtlich als echoärmere Linie identifizieren, die von IVUS nicht identifiziert werden konnte. Bei der genauen Beurteilung der Qualität einer intrakoronaren Struktur scheint die OCT mehr Potenzial zu haben als die IVUS.

Die Endothelzellen des Herzgefäßsystems exprimieren Human-Leukozyten-Antigene (HLA) und andere, wie Vimentin und Major Histocompatibility Complex (MHC)-Klasse-I-verwandte Kette A (MICA), und scheinen primäre Ziele der zellvermittelten und humoralen Immunität zu sein Reaktionen nach Herztransplantation (HTx). Zirkulierende Antikörper vermitteln die Abstoßung durch Komplementaktivierung und Fixierung auf Transplantat-Endothelium, wodurch der Patient für Transplantatverlust, beschleunigte kardiale Allotransplantat-Vaskulopathie und Tod prädisponiert wird. Die Rate der allosensibilisierten Patienten (Patienten mit zirkulierenden Antikörpern gegen Spenderantigene) auf Wartelisten steigt als Folge der wachsenden Zahl von Retransplantationen und Implantationen von Hilfsgeräten. Allosensibilisierung ist eine Folge der Exposition gegenüber unterschiedlichen HLA-Molekülen während der Schwangerschaft, Blut-/Thrombozytentransfusionen oder nach Herzreparaturen mit Homotransplantatmaterial, kann aber bei manchen Patienten auch ohne einen dieser Auslöser aus unbekannten Gründen auftreten.

Die orthotope Herztransplantation wird von einer sympathischen und parasympathischen Denervation begleitet. Die nachfolgende Herzfrequenz ist normalerweise höher und die zirkadiane Schwankung ist aufgrund der Eliminierung des Vagusnerveneffekts gering. Es ist bekannt, dass eine anhaltende Erhöhung der Herzfrequenz zur Pathogenese von Gefäßerkrankungen beiträgt.

ZIELE DES PROJEKTS Das Ziel dieser Studie ist die Verwendung von OCT-Bildgebung zur Identifizierung von Patienten mit früher rascher Progression der kardialen Allotransplantat-Vaskulopathie (schnelle Progressoren) und zur Identifizierung der kritischen Risikofaktoren, die für die CAV-Progression verantwortlich sind. In einer prospektiven Kohortenstudie auf nationaler Ebene wird der Einfluss konventioneller und HTx-spezifischer Risikofaktoren wie z. B. spenderspezifischer Antikörper (unter Verwendung der empfindlichsten Methoden zur Messung) oder schneller Herzfrequenz (unter Verwendung wiederholter Holter-Überwachung) untersucht. Die Implikation der OCT-Ergebnisse wird zu einer Anpassung der immunsuppressiven Therapie innerhalb eines Jahres nach der Herztransplantation führen, um ein weiteres Fortschreiten der Erkrankung bei CAV-Schnellprogressoren zu verhindern.

ARBEITSHYPOTHESEN

1. Patienten mit raschem Fortschreiten der kardialen Allotransplantat-Vaskulopathie können durch erhöhte Titer spenderspezifischer Anti-HLA- und/oder MICA-Antikörper identifiziert werden.
2. Es lassen sich spezifische Hochrisikomerkmale von Anti-HLA-Antikörpern identifizieren, die mit einer besonders hohen CAV-Progressionsrate einhergehen (vaskuläre Komplementaktivierung in Biopsien, bestimmte HLA-Haplotypen).
3. Tachykardie bei Herztransplantatempfängern stellt einen Risikofaktor für die Entwicklung einer kardialen Allotransplantat-Vaskulopathie dar.
4. Der Einfluss von Anti-HLA-Antikörpern und erhöhter Herzfrequenz ist unabhängig von bereits etablierten Risikofaktoren für CAV.

STUDIENAUFBAU Die Sammlung von Daten und Blutproben wird gleichzeitig mit der regelmäßig geplanten Herzkatheterisierung des Patienten zur Überwachung durchgeführt (1 Monat und 12 Monate nach der Herztransplantation). Zusätzlich werden spenderspezifische Anti-HLA-Antikörper (Klasse I, II) und MHC-Komplex-Klasse-I-verwandte Kette A (MICA)-Antikörper auch vor der Herztransplantation und 6 Monate nach der Herztransplantation während regelmäßiger Nachsorgeuntersuchungen gemessen.

Die OCT-Bildgebung (optische Kohärenztomographie) wird gleichzeitig mit der regelmäßig geplanten Überwachung des Herzkatheters des Patienten durchgeführt (1 Monat und 12 Monate nach der Herztransplantation). Die OCT-Bildgebung wird mit dem kommerziell erhältlichen Frequenzbereich Ilumien Optis der zweiten Generation (St. Jude Medical, St. Paul, Minnesota). Der OCT-Katheter (Dragonfly Duo) wird über einen 0,014-Zoll-Koronarführungsdraht in die mittleren Segmente aller drei Hauptarterien (linke vordere absteigende, linke Zirkumflex- und rechte Koronararterie) vorgeschoben und die Bildgebung wird durch automatisiertes Zurückziehen mit einer Länge durchgeführt 45 mm, mit einer Rückzugsgeschwindigkeit von 25 mm/s im hochauflösenden Modus (10 Bilder/mm). Die OCT-Untersuchung wird nach Verabreichung von 200-300 μg intrakoronarem Nitroglycerin und gleichzeitiger Injektion von 14 ml Kontrastmittel in jede Arterie mit einem Power-Injektor durch den Führungskatheter durchgeführt. OCT-Daten werden für die 3-D-Gefäßrekonstruktion verwendet, die durch die Fusion mit einer routinemäßigen Angiographie durchgeführt wird, die in zwei Projektionen mit einem Abstand von mindestens 60 Grad durchgeführt wird.

Die aus der Zwei-Ebenen-Angiographie gewonnenen Bilddaten können verwendet werden, um den Weg und die Ausrichtung des OCT-Katheters in 3-D genau zu rekonstruieren.

Die Zwei-Ebenen-Angiogramme werden unmittelbar vor dem Pullback-Start aufgenommen und decken jeweils mindestens einen Herzzyklus ab. Sie werden verwendet, um den Katheterpfad automatisch entlang der erwarteten Rückzugsbahn durch einen dynamischen Programmieransatz zu extrahieren. Aus der bekannten Bildgebungsgeometrie wird für die enddiastolische Herzphase ein genaues 3-D-Modell des Katheterverlaufs innerhalb des jeweiligen Gefäßabschnitts generiert. Bei der OCT-Akquisition sorgt der motorisierte Rückzug für eine konstante Rückzugsgeschwindigkeit, wodurch jedem OCT-Bildframe eine bestimmte Position auf dem 3-D-Katheterbahnmodell zugewiesen werden kann. Die relativen und absoluten Orientierungen der OCT-Rahmen werden unter Verwendung eines zuvor berichteten Systems zum Feststellen der absoluten Orientierung in 3-D auf IVUS-Bildern bestimmt. Aus den Konturdaten lassen sich quantitative Daten wie Lumenabmessungen und Dicke der Plaquekappe ableiten, die im Gegensatz zu herkömmlichen OCT-Rekonstruktionssystemen tatsächlich die Gefäßkrümmung berücksichtigen. Der Raum zwischen benachbarten Konturen wird interpoliert, um ein Volumenelement zu bilden. An Stellen der Plaquekappe ergibt das Integrieren über ein gesamtes Gefäßsegment oder irgendeinen Teil davon das gesamte Plaquekappenvolumen, das von den inneren und äußeren Kappenoberflächen umschlossen ist.

Die OCT-Untersuchung wird gemäß den OCT-Konsensstandarddefinitionen analysiert. Intima ist aufgrund der geringen Rückstreuung als gleichmäßige signalreiche helle Schicht und Medien als signalarme dunklere Schicht zu erkennen. Die Lumen-, Intima- und Medienschichten werden automatisch mit manueller Korrektur nachgezeichnet, um die durchschnittliche Dicke und Fläche für jeden Rahmen zu erhalten. Für die OCT-Untersuchung wird das einzige Segment ohne Anzeichen einer Koronaratherosklerose in der Koronarangiographie verwendet. Folgende Indizes werden analysiert:

1. Normalisiertes Intimavolumen: Die Summe der Intimaquerschnittsfläche (Differenz zwischen Mediafläche und Lumenfläche) in jedem Rahmen / Pullback-Länge.
2. Normalisiertes Lumenvolumen: Die Summe der Lumenquerschnittsfläche in jedem Rahmen / Pullback-Länge.
3. Mittlere Intimadicke: Die Werte von allen Rahmen mit ausreichender Qualität werden gemittelt, um eine durchschnittliche Intimadicke zu ergeben.
4. Mittleres Intima-zu-Media-Verhältnis (I/M): Werte von allen Rahmen mit ausreichender Qualität werden gemittelt, um eine durchschnittliche Intima-Dicke und Media-Dicke zu erhalten. Das Intima-zu-Media-Verhältnis (I/M) wird als Verhältnis der durchschnittlichen Fläche jeder Schicht über den gesamten Pullback berechnet. Ein I/M-Verhältnis von mehr als 1 wird als anormal definiert.

Diese Indizes werden zwischen Ausgangs- und Folgeuntersuchungen verglichen. Nach der Identifizierung von vaskulären Orientierungspunkten, die in den beiden 3-D-Gefäßmodellen übereinstimmen, werden die patientenspezifischen Modellpaare koregistriert, um die OCT-Pullbacks korrekt abzugleichen.

OCT-Ausgangs- und Nachuntersuchungen werden in Prag (IKEM-Krankenhaus) und Brünn (Saint-Anna-Krankenhaus) durchgeführt, und die Daten werden zur Analyse an das Kernlabor des Iowa Institute for Biomedical Imaging, The University of Iowa, USA, gesendet. Das Iowa Institute for Biomedical Imaging ist ein Forschungszentrum, das über umfangreiche Erfahrung mit der Bewertung von koronarer Atherosklerose verfügt. Zur detaillierten Analyse der Koronararterien wurde an dieser Einrichtung eine einzigartige Software zur Erstellung von 3-D-Rekonstruktionen von Koronararterien basierend auf der Fusion von Angiographie und optischer Kohärenztomographie entwickelt. Diese Software ermöglicht eine exakte Beurteilung von Plaque- und Lumenvolumina. Die Software ist durch ein US-Patent geschützt. Aufgrund der großen Menge an Daten und Patienten in diesem Projekt sind Anwendungen solcher automatisierter Analysewerkzeuge Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung.

Die durchschnittliche Herzfrequenz wird während der 24-Stunden-EKG-Holter-Überwachung gemessen, die alle erforderlichen Parameter einschließlich ihrer zirkadianen Variabilität bewertet. EKG-Holter-Aufzeichnungen werden 1 Monat und 12 Monate nach der Herztransplantation durchgeführt. Zusätzlich zur mittleren 24-Stunden-Herzfrequenz werden Zeit- und Frequenzbereichskomponenten der Herzfrequenzvariabilität analysiert, um das Ausmaß der vagalen Reinnervation abzuschätzen.

Spenderspezifische Anti-HLA-Antikörper (Klasse I, II) und MHC-Komplex-Klasse-I-Antikörper der verwandten Kette A (MICA) werden gemessen (vor der Herztransplantation, 1 Monat, 6 Monate und 12 Monate nach der Herztransplantation). Die Bewertung der Anti-HLA-Antikörperspiegel (Titer) im Serum eines Patienten erfolgt anhand der Fluoreszenzintensität der gebildeten Komplexe. Das Doppellaserzytometer Luminex 100 IS 2.3 wird für die Fluoreszenzmessung verwendet. Basierend auf dem Vergleich von Negativ- und Positivkontrollen wird der Cut-Off berechnet.

Herkömmliche Risikofaktoren für CAV werden 1 Monat und 12 Monate nach der Herztransplantation bestimmt.

Das Lipidprofil (Gesamtcholesterin, LDL, HDL und Triglyceride) wird gemessen. Der Blutdruck wird dreifach in Rückenlage gemessen (1 Stunde vor regulären Endomyokardbiopsien). Die glykämische Kontrolle wird durch Messungen des Hämoglobin-A1-Spiegels und der Plasmaglukose quantifiziert. Der Zytomegalievirus (CMV)-Status wird anhand der Titer von Immunglobulin G (IgG) und Immunglobulin M (IgM) gemessen.

Andere überwachte Parameter sind: 1) der Verlauf nach der Transplantation und der klinische Status; das Auftreten einer Transplantatdysfunktion (echokardiographische Überwachung folgt jeder Endomyokardbiopsie), 2) das Auftreten einer zellulären und/oder humoralen Abstoßung bei Endomyokardbiopsien (8 protokollarische Endomyokardbiopsien innerhalb von 12 Monaten nach einer Herztransplantation), 3) Vorhandensein und Gewebeverteilung (vaskulär /nicht-vaskulär) Färbung für die Komplementfragmente C3 und C4 (Marker der Antikörper-vermittelten Komplementaktivierung), 4) der Zeitraum der kardialen Allotransplantat-Kälteischämie 5) Ätiologie des Hirntods des Spenders 6) Grad der HLA-Fehlpaarung zwischen Spender und Empfänger , 7) Zytokinspiegel im Blut, die an der Regulierung der humoralen Immunantwort beteiligt sind.