Vorhersage der Aortendilatation und -ruptur (DilAo)

1. Zweck der Studie Der Zweck dieser Studie ist es, prognostische Parameter für die Aortendilatation zu untersuchen. Genauer gesagt geht es darum, prognostische Bildgebungsparameter zu identifizieren, die verwendet werden könnten, um Patienten mit hohem Risiko für eine schnelle Aortendilatation zu identifizieren, und sollten durch bildgebende Verfahren intensiv verfolgt werden.

2. Nebenversuche

1. Klinische Studie 1 Das Ziel der ersten Phase der Studie zielt darauf ab, 4D-MRT-Flussparameter zu identifizieren, die für eine dilatierte Aorta charakteristisch sind und zur Bewertung der zukünftigen Prognose bei Patienten mit Aortendilatation oder prädisponierenden Faktoren verwendet werden könnten.
2. Klinische Studie 2 Die zweite Phase der Studie zielt darauf ab, identifizierte Flussparameter in der Nachsorge der klinischen Bildgebung zu verwenden, um herauszufinden, welche Parameter eine Aortendilatation im wirklichen Leben vorhersagen und somit zur Auswahl von Patienten für eine intensivere Bildgebung in der Zukunft verwendet werden könnten.
3. Studie 3 – Molekulare Pathologie, Histologie und Genetik der Aorta Ziel dieses Teils der Studie ist es, Unterschiede in der Molekularbiologie, Histologie, Elastizität und Genetik der Aorta bei Patienten mit prädisponierenden Faktoren für eine Aortendilatation herauszufinden. Insbesondere werden zelluläre Faktoren untersucht, die die Bildung von Bindegewebe und vaskulärer glatter Muskelschicht beeinflussen.

3. Methoden

1. Patientenpopulation Alle Patienten und gesunden Freiwilligen geben ihre schriftliche Einverständniserklärung für die Studie. Die Ethikkommission des Krankenhausbezirks Northern Savo hat die Studie genehmigt.

Studie 1 Die erste Phase der Studie umfasst zwanzig Patienten mit anatomischer oder funktioneller BAV oder einer anderen Erkrankung, die für eine Dilatation der Aorta prädisponiert sind und für eine routinemäßige Aorten-MRT in der Abteilung für Radiologie des Kuopio University Hospital (KUH) vorgesehen sind. Die 4D-Durchfluss-MRT wird unmittelbar nach der routinemäßigen 2D-MRT durchgeführt und verlängert die Bildgebungszeit um etwa 20 Minuten. Zwanzig gesunde freiwillige Kontrollen werden aus der Forschungsgruppe und dem Personal der Abteilung rekrutiert und für das ähnliche Bildgebungsverfahren eingeplant. Die Hauptparameter, die aus diesen einmaligen Bilddaten analysiert werden, sind Spitzenströmungsgeschwindigkeit und Exzentrizität der Strömung, Strömungsverwirbelung und Wandschubspannung. In dieser Studie werden auch Parameter im Zusammenhang mit der Steifigkeit und Geometrie der Aorta bestimmt. Es wird ein Vergleich der 4D-Fluss-MRT-Parameter zwischen den Patienten und gesunden Kontrollen durchgeführt, 4D-Flussparameter werden auch mit herkömmlichen 2D-Flussparametern sowohl bei den Studienpatienten als auch bei gesunden Kontrollen verglichen.

Studie 2 Für die Folgestudie werden 100 Patienten auf die gleiche Weise rekrutiert wie im Fall der ersten Studienpatienten. Die Einschlusskriterien sind: Erwachsener (Alter > 18 Jahre), zuvor dokumentierte Aortendilatation, dokumentierte anatomische oder funktionelle BAV oder andere erbliche Störung, die ein erhöhtes Risiko für Aortendilatation verursacht, keine Kontraindikation für MRT. Es wird eine ähnliche Aorten-MRT wie in der klinischen Studie 1 durchgeführt. Die Nachuntersuchung wird jedoch 6 Monate nach der ersten MRT und 5 Jahre lang jährlich durchgeführt. Dieselben 4D- und 2D-Strömungsparameter werden wie in der ersten Studie analysiert. Das besondere Interesse gilt dem Grad der Aortendilatation und der Korrelation zwischen 4D- (und 2D-) Strömungsparametern und den Aortendimensionen.

Klinische Parameter Alle Patienten, die eine Ambulanz aufsuchen, werden klinisch untersucht (Auskultation, klinische Anzeichen für Herzinsuffizienz, Hepatomegalie, peripheres Ödem, Arteriengeräusche). Es werden eine 12-Kanal-Elektrokardiographie und grundlegende Laboranalysen (Hämoglobin, Hämatokrit, Natrium, Kalium, Kreatinin, natriuretisches Peptid des Gehirns) durchgeführt. Mit schriftlicher Zustimmung des Patienten wird ein zusätzliches Blutröhrchen für zukünftige Analysen aufbewahrt und der Patient wird über den Zweck dieser Probe informiert.

Echokardiographie Die transthorakale Echokardiographie wird mit klinischen Routinemethoden durchgeführt. Besonderes Interesse gilt der Anatomie der Aortenklappe und den Abmessungen der Aorta. Andere Anzeichen von Herzmanifestationen werden ebenfalls registriert. Ventrikuläre Abmessungen und volumetrische Parameter sowie ventrikuläre systolische und diastolische Funktion werden ausgewertet.

Aorta-MRT Magnetresonanzangiographie und 2D-Flussmessungen Die statische Bildgebung der Aorta erfolgt mit einer EKG- und atmungsgesteuerten 3D-SSFP-Sequenz (steady state free percession) [Kawel et al. 2012]. Der Bildstapel wird in der Sagittalebene aufgenommen und an der MPR-Workstation verarbeitet, um Bilder senkrecht zur Achse des Blutflusses zu erhalten. Der Durchmesser der Aorta wird von Außenwand zu Außenwand gemessen. Der breiteste Durchmesser der Aorta wird bestimmt und routinemäßig wird der Durchmesser der Aorta in 8 vorbestimmten Höhen gemessen.

4D-Phasenkontrast-MRT Der Blutfluss in der Aorta wird anhand des MRT-Phasenkontrasts gemessen. Die Messung erfolgt durch Wiederholen der bildgebenden Pulssequenz ohne und mit Flussgewichtungsgradienten für drei Dimensionen mit verschachtelter Weise und der Messung. Die Bildgebungsparameter werden gemäß 4D MRI Flow Measurement Consensus Statement [Dyverfelt 2015] in Kürze eingestellt: Auflösung von < 2,5x2,5x2,5 mm3, zeitliche Auflösung von 30 ms (zeitliche Auflösung im Fluss in verschiedenen Herzphasen), retrospektive EKG-Synchronisation und Atembewegungskompensation, Flip-Winkel nahe Ernst-Winkel und die Flussgewichtungsgradientenamplitude, so dass der maximale Fluss 10 % höher ist als die erwartete maximale Flussrate in der Aorta. Das Bildgebungsvolumen deckt die Aortenklappe, den Aortenbogen und die absteigende Aorta auf Höhe der Myokardspitze ab. Die Daten werden vorverarbeitet, um den Beitrag von Hintergrundphasen-Offsets, Gradientenfehlern und Phasenumbrüchen zu minimieren.

Strömungsparameter Aus den 4D-Strömungsbildern werden mehrere quantitative Parameter extrahiert. Die Hauptparameter sind diejenigen, die die Strömungsverteilung in der Aorta beschreiben, d. h. Spitzenströmungsgeschwindigkeit und -exzentrizität, Strömungsverwirbelung und Scherspannung an den Gefäßwänden. Darüber hinaus werden mehrere Parameter im Zusammenhang mit der Aortensteifigkeit sowie der Geometrie und Funktion der Aortenklappe aufgezeichnet. Während der Nachsorge werden Veränderungen und der prognostische Wert der quantifizierten Parameter bewertet.

Zur Validierung werden 4D-Strömungsparameter mit Parametern verglichen, die aus konventionellen 2D-Strömungssequenzen extrahiert wurden.

Klinisches Follow-up-Protokoll Patienten, die für die Follow-up-Studie (Studie 2) rekrutiert wurden, werden nach einem halben Jahr nach der Rekrutierung und jährlich nach dem ersten Follow-up-Besuch bis zu fünf Jahre oder gemäß der klinischen Follow-up erneut durch Aorten-MRT untersucht Zeitplan. Wenn der Zustand der Aortendilatation darauf hindeutet, wird eine intensivere Nachsorge durchgeführt.

Statistische Analysen Prognostische Faktoren werden auf statistische Signifikanz getestet, indem Strömungsparameter und assoziierte Faktoren mit dem Grad der Aortendilatation unter Verwendung einer geeigneten multivariaten Analyse verglichen werden. Die statistische Signifikanz wird auf p < 0,05 und die hohe statistische Signifikanz auf p < 0,01 festgelegt. Die Daten werden mit dem Programm SPSS für Windows analysiert.

Studie 3

In die dritte Teilstudie werden 20 + 100 Patienten mit schwerer Aortenerweiterung, die für eine Aortenoperation vorgesehen sind, aufgenommen. Menschliche Aortenproben werden während routinemäßiger Aortenersatzoperationen aus dem entfernten Gefäßgewebe entnommen. Neben Gewebeproben wird eine Blutprobe zur genetischen und molekularen Analyse entnommen. Die Patientinnen und Patienten haben vor der Operation ihr schriftliches Einverständnis für die Histologie- und Blutproben gegeben. Nach der Resektion werden die Proben sofort in flüssigen Stickstoff (gefrorene Proben), PFA-PBS (histologische Proben) oder in Zellkulturmedium zur Zellisolierung (Endothelzellen, glatte Gefäßmuskelzellen, Fibroblasten) überführt. Gefrorene Proben werden bei -70 °C und isolierte Zellen in flüssigem Stickstoff gelagert. Histologische Proben werden zu Paraffin verarbeitet und als Paraffinblöcke gelagert. Die Proben werden bis zu 10 Jahre gelagert und danach als biologisch gefährlicher Abfall vernichtet. Rohdaten werden in elektrischen Archiven wie dem European Genome-Phenome Archive (EGA) gespeichert.

Analysen Molekularbiologie und Histologie der Aortenproben werden mittels RT-qPCR, Immunhistochemie und Multiphotonen-Mikroskopie-Bildgebung untersucht. Expression relevanter Gene z.B. TGF-β, VEGF-Familie, COX-1 und 2, eNOS/Akt und entzündungsfördernde Zytokine werden untersucht, und auch die RNA-Sequenzierung, die alle exprimierten mRNAs gleichzeitig identifiziert, kann verwendet werden, um Unterschiede in der Expression aller Aortengene zwischen ihnen zu finden verschiedene Patientengruppen. Das FBN1-Gen wird sequenziert und nach Mutationen oder Deletionen gesucht.

Die Architektur der Gefäßwand der Aorta und die Expression relevanter Gene wird durch Multiphotonen-Mikroskopie und Immunhistochemie sichtbar gemacht. Isolierte Zellen werden für die Einzelzellanalyse verwendet, die es ermöglicht, jeweils eine lebende Zelle und ihre molekularen Ereignisse zu untersuchen, und völlig neue Informationen über die Funktionen verschiedener Zellen in der Gefäßwand liefert. Die erhaltenen Daten werden in Krankheits- und Altersgruppen eingeteilt, und es wird nach Korrelationen zwischen Herzkrankheitsstatus, Aortengenexpression und Aortenhistologie gesucht. Die Daten werden auch mit der in Anhang 1 beschriebenen vorklinischen Mausstudie und der in Absatz 3.4 beschriebenen Studie zur MRT-4D-Flussbildgebung an der menschlichen Aorta verbunden und verglichen.

Biomechanik histologischer Aortenproben An den Aortenproben werden biomechanische Parameter wie Steifigkeit und Bruchfestigkeit gemessen. Die Messungen und Analysen werden in Zusammenarbeit mit der BBC-Gruppe der University of Eastern Finland durchgeführt. Die biomechanischen Parameter in den untersuchten Patientengruppen werden verglichen und als Parameter in multivarianten statistischen Analysen verwendet. Die Ergebnisse werden zudem mit histologischen und molekularbiologischen Erkenntnissen verglichen und verknüpft.

Kontrollen Proben zum Vergleich mit normalem Gewebe werden von 10 Organspendern entnommen, die im Kuopio University Hospital operiert werden. Die Proben werden wie bei Aortenpatienten beschrieben gehandhabt.

Mathematische Modellierung der Aorta Bilddaten von 20 Patienten werden anonym an die JAMK University of Applied Sciences zur mathematischen Simulationsmodellierung des Aortenflusses und der Wandspannung gesendet.

4. Zusammenarbeit Die klinische Studie wird multiprofessionell im Kuopio University Hospital zusammen mit den Abteilungen für klinische Kardiologie, Herz-Thorax-Chirurgie (Heart Center) und Radiologie (Clinical Imaging Center) durchgeführt. Die histopathologischen, molekularen und genetischen Studien werden in der Abteilung für Molekularwissenschaften des A I Virtanen Instituts der Universität von Ostfinnland (UEF) durchgeführt. Biomechanische Tests werden in der Abteilung für Angewandte Physik der UEF durchgeführt. Die mathematische Modellierung der Aortenbilder wird in der JAMK University of Applied Sciences durchgeführt. Die erfassten 4D-MRT-Flow-Ergebnisse werden gemäß den Standards des Kuopio University Hospital analysiert und validiert.