In-vivo-Thrombus-Bildgebung mit 18F-GP1, einem neuartigen Thrombozyten-PET-Radiotracer (iThrombus)

Kardiovaskuläre thrombotische Erkrankungen machten 2010 schätzungsweise 1 von 4 Todesfällen weltweit aus und sind die Hauptursache für weltweite Sterblichkeit. Unterteilt in arterielle und venöse Thrombosen, umfassen ischämische Herzkrankheit und ischämischer Schlaganfall die wichtigsten arteriellen Thrombosen und tiefe Venenthrombosen und Lungenembolien umfassen die wichtigsten venösen Thrombosen. Obwohl sich sowohl arterielle als auch venöse Thromben sowohl in der Ätiologie als auch in der Pathophysiologie unterscheiden, bleiben viele Gemeinsamkeiten bestehen.

Eine Thrombose beginnt mit einer Schädigung der Gefäßwand. Physiologische Hämostase wird ausgelöst, wenn darunterliegendes Kollagen zirkulierenden Blutplättchen ausgesetzt wird, die direkt an Kollagen mit kollagenspezifischen Glykoprotein-Oberflächenrezeptoren binden. Nach einer anfänglichen Signalkaskade, die die Freisetzung des Plättchenbinders von Willebrand Factor beinhaltet, werden die Plättchen aktiviert, was ein Anhaften an der Verletzungsstelle ermöglicht. Nach der Aktivierung modifiziert Phospholipase A2 das Glykoprotein IIb/IIIa (GP IIb/IIIa) der Integrinmembran und erhöht die Fähigkeit der Blutplättchen, Fibrinogen zu binden. Die aktivierten Blutplättchen ändern dann ihre Form von kugelförmig zu sternförmig, und das Fibrinogen vernetzt sich mit Glykoprotein IIb/IIIa, was die Aggregation von mehr Blutplättchen unterstützt und die primäre Hämostase vervollständigt. Die sekundäre Hämostase umfasst die Aktivierung der Gerinnungskaskade durch extrinsische und intrinsische Wege und endet mit einer vernetzten Fibrinablagerung und einem reifen Thrombus.

Der hämostatische Prozess ist fließend und dynamisch, wobei sich die Expression von aktivierten Membranproteinen und Gerinnungsfaktoren durchgehend ändert. Die Blutplättchenexpression von GP IIb/IIIa nimmt ab, wenn ein Thrombus reift, weshalb es ein pharmakologisches Ziel für antithrombotische Therapien ist. Ziel der Forscher ist es, die Expression und Verteilung von GP IIb/IIIa-Rezeptoren bei einer Reihe von unten aufgeführten thrombotischen Zuständen zu untersuchen, die sich über arterielle und venöse Systeme erstrecken. Ein besseres Verständnis darüber, wie das klinische Erscheinungsbild bei einer Reihe von Erkrankungen mit der Thrombozytenaktivierung zusammenhängt, ist von entscheidender Bedeutung bei der Entscheidung über geeignete antithrombotische Therapien.

1.2.1 Koronare Herzkrankheit und Myokardinfarkt Die koronare Herzkrankheit ist weltweit die häufigste Todesursache und für 17,5 Millionen oder 46 % aller nicht übertragbaren Todesfälle im Jahr 2012 verantwortlich. Der Großteil der kardiovaskulären Morbidität und Mortalität ist auf koronare Arteriosklerose und Thrombose zurückzuführen. Arteriosklerose ist der zentrale Prozess, bei dem sich die Herzarterien aufgrund der Ablagerung von Fettplättchen innerhalb der Arterienwand verengen und verhärten. Dieser Prozess kann zu einer Beschädigung der Arterienauskleidung führen, was zur Bildung eines Thrombus (Gerinnsel) innerhalb der Arterie führen kann, der den Blutfluss zum Herzmuskel teilweise oder vollständig blockieren kann, wodurch ein Myokardinfarkt ausgelöst wird. Dies ist die häufigste Form eines Herzinfarkts und für einen Großteil der plötzlichen Herztode verantwortlich. Es wird klassischerweise angenommen, dass Thrombus bei Myokardinfarkt überwiegend aus Blutplättchen besteht. Jüngste Forschungen haben jedoch gezeigt, dass 56 % der Thromben bei MI aus Fibrin und nur 17 % Blutplättchen bestehen. Die ischämische Zeit korrelierte positiv mit dem Fibringehalt des Thrombus und negativ mit der Thrombozytenkomponente des Thrombus. Dies veranschaulicht die dynamische Wechselwirkung zwischen Blutplättchen und Fibrin im Laufe der Zeit.

1.2.2 Thrombose der bioprothetischen Herzklappe Die Thrombose der bioprothetischen Herzklappe ist eine zunehmend anerkannte Komplikation des Klappenersatzes. Zu den Patientenrisiken gehören ein frühes Prothesenversagen, das eine erneute Operation sowie einen Schlaganfall oder eine andere systemische Embolie erfordert. Eine Metaanalyse hat die Inzidenz bioprothetischer Thrombosen auf 0,03 pro 100 Patientenjahre geschätzt, wobei das Embolierisiko in den ersten 3 Monaten nach der Implantation am höchsten ist. Die Zusammensetzung der Thrombose einer prothetischen Klappe variiert je nach Klappentyp und Zeit nach dem Einsetzen. Interessanterweise waren in der randomisierten kontrollierten MISTRAL-C-Studie 50 % der akuten thromboembolischen Ereignisse innerhalb von 3 Tagen nach dem Einsetzen der Transkatheter-Aortenklappe ein Thrombozyten-Fibrin-Thrombus und nicht Kalkablagerungen von der Aortenwurzel. Thromboembolien traten weniger häufig bei Patienten auf, die mit Antikoagulantien behandelt wurden, als mit einer antithrombotischen Behandlung, was auf ein Vorherrschen von Fibrin hindeutet. Ähnliche Ergebnisse wurden in einem großen Register von über 25.000 Patienten gefunden, die sich einer chirurgischen bioprothetischen Klappeninsertion unterzogen. Warfarin plus Aspirin war bei der Vorbeugung von thromboembolischen Ereignissen und Todesfällen wirksamer als Aspirin allein.

1.2.3 Venöse thromboembolische Erkrankung Die Lungenembolie ist eine häufige kardiovaskuläre Erkrankung mit hoher Morbidität und Mortalität. Die Embolisation einer Venenthrombose aus den tiefen Venen der unteren Extremitäten oder des Beckens ist bei mehr als 90 % der Fälle die Ursache. Die Thrombusbildung wird durch intravaskuläre Aktivierung der Gerinnung und Thrombin-vermittelte intraluminale Fibrinablagerung ausgelöst. Es wird angenommen, dass rote Blutkörperchen (RBCs) in venöse Thromben durch passives Einfangen im wachsenden Fibrinnetzwerk eingebaut werden, was in der Produktion eines RBC- und Fibrin-reichen venösen Thrombus gipfelt. Die Behandlung von sowohl TVT als auch LE reduziert die Mortalität, und eine Sekundärprophylaxe mit Antikoagulation verhindert wirksam weitere Ereignisse. Der klinisch am häufigsten angewandte bildgebende Test zur Visualisierung einer vermuteten LE ist die CT-Lungenangiographie (CTPA). Bei der DVT kann eine Reihe von bildgebenden Verfahren (US, CT oder MR) verwendet werden, wobei Ultraschall die häufigste Erstlinienuntersuchung ist.

1.2.4 Schlaganfall und transiente ischämische Attacke (TIA) Schlaganfall und TIA sind weltweit die Hauptursachen für vermeidbare Todesfälle und Morbidität. Es wird angenommen, dass die Zusammensetzung des Thrombus von der Quelle (Herzkammer oder Kopf- oder Halsarterie) und der Zeit ab dem Ereignis abhängt. Fibrin-dominanter Thrombus ist wahrscheinlich resistenter gegenüber thrombolytischen Arzneimitteln, ebenso wie das Vorhandensein chronischer histopathologischer Merkmale in Blutgerinnseln wie Endothelialisierung und Verkalkung. Die Diagnose basiert auf der klinischen Präsentation, gefolgt von CT oder MRT des Gehirns mit anschließender US- oder MR-Beurteilung der Karotisstenose, um das zukünftige Ereignisrisiko zu ermitteln.

1.2.5 COVID-19 Die COVID-19-Pandemie hat zu erheblicher Mortalität und Morbidität geführt. In der veröffentlichten Literatur, Nachrichtenagenturen und sozialen Medien wurden durchweg klinische Bedenken hinsichtlich thromboembolischer Ereignisse geäußert, die sowohl die Mikrovaskulatur als auch große Gefäße betreffen. Dies hat weitreichende Aufmerksamkeit erregt und dazu geführt, dass prophylaktische oder therapeutische Antikoagulationsregime oder sogar Fibrinolyse außerhalb der Standardprotokolle und -indikationen eingesetzt wurden, da keine eindeutigen Beweise für den klinischen Nutzen vorliegen, so die Besorgnis. Angesichts seiner Empfindlichkeit für den Nachweis aktivierter Blutplättchen, die laut unseren Pilotdaten anderen bildgebenden Verfahren in einigen Situationen überlegen sein könnte, bietet 18F-GP1-PET-CT möglicherweise eine geeignete Methode, um den postulierten Zusammenhang zwischen COVID-19 und thromboembolischen Erkrankungen zu untersuchen.

1.3 Verständnis der Blutplättchenbiologie Da die Blutplättchenaggregation eine Hauptkomponente sowohl arterieller als auch venöser Thromben ist, schlagen die Forscher vor zu untersuchen, ob ein radioaktiv markierter Ligand (18F-GP1) des Glykoprotein-IIb/IIIa-(GPIIb/IIIa)-Rezeptors aktivierte Blutplättchen auf Thrombus erkennen kann . GPIIb/IIIa-Rezeptoren vermitteln die Anhaftung und Aggregation von Blutplättchen. Sie werden in größerer Zahl exprimiert und nehmen bei der Aktivierung eine stärker Ligandenbindungskonformation an, die Proteinliganden einschließlich von Willebrand-Faktor und Fibrinogen bindet. Dies ermöglicht die Überbrückung und Aggregation von Blutplättchen. Dementsprechend stellen sie ein attraktives Ziel für die akute Thrombus-Bildgebung dar. Wir hoffen, aktivierte Blutplättchen in den fünf oben dargestellten Gruppen zu identifizieren. Die Identifizierung von aktivierten Blutplättchen bei allen Zuständen wird unser Verständnis der Rolle dieses Rezeptors sowohl bei arterieller als auch bei venöser Thrombose und darüber, wie eine antithrombotische Therapie die Expression beeinflusst, weiter verbessern.

1.4 Glykoprotein-IIb/IIIa-Hemmung Drei intravenöse Thrombozyten-Glykoprotein (GP)-IIb/IIIa-Inhibitoren wurden ausführlich untersucht und sind für die klinische Anwendung verfügbar: Abciximab, Tirofiban und Eptifibatid. Abciximab ist ein monoklonaler Antikörper, der gegen den Rezeptor gerichtet ist, während Tirofiban und Eptifibatid hochaffine Nicht-Antikörper-Rezeptor-Inhibitoren sind.

Die Thrombozytenaggregationshemmung mit intravenösen GP IIb/IIIa-Inhibitoren wurde bei Patienten mit akutem Koronarsyndrom (ACS) und bei Patienten mit intrakoronarer Stent-Implantation und Schlaganfall, jedoch ohne TVT/LE oder Implantation einer Klappenprothese untersucht.

Metaanalysen haben die Verwendung von intravenösen Glykoprotein (GP) IIb/IIIa-Inhibitoren in einer Vielzahl von Situationen im Zusammenhang mit Koronarerkrankungen bewertet. Die Auswirkung der intravenösen GP IIb/IIIa-Inhibitoren auf die klinischen Ergebnisse wurde in einer gepoolten Analyse von 21 Studien bewertet, an denen verschiedene Gruppen von Patienten mit ischämischer Herzkrankheit teilnahmen. Der GP IIb/IIIa-Inhibitor reduzierte den kombinierten Endpunkt von Tod, nicht tödlichem Myokardinfarkt (MI) oder dringender Revaskularisierung nach 30 Tagen in den folgenden Patientengruppen:

• Personen, die sich einer perkutanen Koronarintervention (PCI) unterziehen
• Patienten mit Myokardinfarkt ohne ST-Hebung (NSTEMI)
• Patienten mit ST-Hebungsinfarkt (STEMI), die mit perkutaner transluminaler Koronarangioplastie (PTCA) behandelt wurden. Diese Studien wurden jedoch größtenteils vor der routinemäßigen Verwendung von medikamentenfreisetzenden Stents und einer dualen oralen Thrombozytenaggregationshemmung mit Aspirin und einem Thrombozyten-P2Y12-Rezeptorblocker durchgeführt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Rolle von P2Y12-Inhibitoren die Rolle der GP IIb/IIIa-Therapie bei koronarer Herzkrankheit verringert hat, obwohl sie in einigen Untergruppen von Patienten weiterhin wichtig ist. Unser Ziel ist es, die Expression aktivierter Thrombozyten sowohl bei stabiler als auch instabiler Koronarerkrankung zu untersuchen und wie PCI und die Verwendung von Antithrombosemitteln (P2Y12- und GPIIb/IIIa-Inhibitoren) die Expression vermitteln.

Bei Schlaganfallerkrankungen zeigte eine einzelne randomisierte kontrollierte Studie (SaTIS), die bei mittelschwerem ischämischem Schlaganfall durchgeführt wurde, eine signifikante Verringerung der Sterblichkeit nach 5 Monaten mit Tirofiban im Vergleich zu Placebo. Wichtig ist, dass es keinen Unterschied bei größeren Blutungen gab. Ziel der Forscher ist es, die Expression von GPIIb/IIIa bei Schlaganfall und TIA zu untersuchen und zu untersuchen, wie sie sich im embolisierten Thrombus im Vergleich zur Plaque des Übeltäters unterscheiden kann.

Die Wirksamkeit der GPIIb/IIIa-Hemmung bei der kürzlichen Insertion einer bioprothetischen Klappe und TVT/LE ist nicht bekannt. Unser Ziel ist es, die aktivierte Thrombozytenexpression bei beiden Erkrankungen zu untersuchen, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, ob die Hemmung von GPIIb/IIIa eine potenziell nützliche Behandlung sein könnte.

1.5 Hintergrund von 18F-GP1 GP1 ist ein Ligand der Fiban-Molekülklasse, der eine hohe Affinität für den Glykoprotein-IIb/IIIa-Rezeptor aufweist; stark auf aktivierten Blutplättchen exprimiert. Es ist ein ausgezeichnetes Ziel für die Abbildung arterieller Thromben mit einer großen aktivierten Blutplättchenkomponente. Nach einer 2-stufigen Radiofluorierung mit anschließendem Reinigungsprozess kann 18F-GP1 für die PET-Bildgebung verwendet werden.

18F-GP1 wurde vorklinischen und klinischen Phase-1-Bewertungen unterzogen, die eine hohe Affinität zu GPIIb/IIIa, dem Schlüsselrezeptor für die Thrombozytenaggregation, zeigen. Es bindet stabil und spezifisch an arterielle, venöse und intrakardiale humane Thromben in vivo. Die Bindung wird entscheidend nicht durch eine Antikoagulationstherapie (Aspirin und Heparin) verändert.

In der kürzlich durchgeführten Phase-1-Studie zeigte 18F-GP1 eine hohe Erkennungsrate von thromboembolischen Herden bei 20 Patienten mit kürzlich gebildeten tiefen Venenthromben (TVT) und Lungenthromboembolien. Der Tracer schnitt auch im Hinblick auf seinen Metabolismus, sein pharmakokinetisches und sein dosimetrisches Profil positiv ab. Bei keinem der 20 rekrutierten Teilnehmer traten signifikante Nebenwirkungen auf.

1.6 Studienziele

Wir wollen die Expression des Glykoprotein-IIb/IIIa-Rezeptors untersuchen in:

1. Intrakoronarer Thrombus nach spontanem Myokardinfarkt
2. Intrakoronarer Thrombus nach routinemäßiger Stenteinlage.
3. Bioprothetische Herzklappenthrombose (chirurgische oder Transkatheter-Klappen).
4. Venöse thromboembolische Erkrankung bei Patienten mit kürzlich bestätigter tiefer Venenthrombose und Lungenembolie.
5. Karotis- und zerebraler Thrombus bei Patienten mit Schlaganfall und TIA. Dies würde unser Verständnis der Häufigkeit, der Folgen und des natürlichen Verlaufs der Blutplättchenaktivierung bei kardiovaskulärer Thrombose verbessern.

1.7 Forschungshypothese

Die Expression des GPIIb/IIIa-Rezeptors variiert je nach thrombotischem Zustand, einschließlich venösem (TVT/LE) versus arteriellem (MI/Schlaganfall), in situ (MI) versus embolischem (Schlaganfall, LE) und prothetischem Material (Stents und Klappen) versus erkranktem nativem Gewebe ( MI, Schlaganfall, TVT/LE).

1.8 Begründung der Studie Bis heute haben die Forscher erfolgreich einen Radiotracer (18F-Natriumfluorid) als Marker für nekrotische Entzündung bei menschlicher Atherosklerose eingesetzt. Die Bindung von 18F-GP1 an aktivierte Blutplättchen in venösen und arteriellen Thromben wurde bereits in vorklinischen Studien und einer Phase-1-Studie am Menschen nachgewiesen. Bei Erfolg würde diese Studie die Rolle des Glykoprotein-IIb/IIIa-Rezeptors bei In-vivo-Thrombosen bei einer Reihe von Herz-Kreislauf-Erkrankungen definieren.