Angiogenesi e fibrosi nella stenosi aortica

Integrine

Le integrine sono un gruppo di molecole responsabili dell'adesione e della segnalazione intercellulare. Comprendono una superfamiglia di recettori eterodimerici composti da 18 diverse subunità α e β. In combinazione, possono generare 24 diversi sottotipi di recettori con una gamma di funzioni fisiologiche e fisiopatologiche. Il recettore αvβ3 è un'integrina che si trova a bassi livelli sulle cellule endoteliali mature, ma è marcatamente regolata sulle cellule endoteliali dei vasi sanguigni in crescita attiva. In precedenza era noto come recettore della vitronectina, anche se in seguito si scoprì che legava molti altri ligandi tra cui fibrinogeno, fibronectina, laminina, trombospondina, fattore di von Willebrand e alcuni sottotipi di collagene. Queste caratteristiche si osservano anche con il recettore dell'integrina αvβ5, con entrambi i recettori che riconoscono il motivo arginina-glicina-aspartato (RGD) presente su questi ligandi.

1.1.2 Ruolo delle integrine αvβ3 e αvβ5 nelle malattie cardiovascolari

L'espressione dei recettori αvβ3 e αvβ5 è sovraregolata in un certo numero di stati patologici e questo è stato particolarmente ben caratterizzato nell'angiogenesi associata alla crescita tumorale e alle metastasi. Tuttavia, ci sono molti ruoli potenziali per questa via dell'integrina nelle malattie cardiovascolari tra cui infarto del miocardio, aterosclerosi, restenosi, stenosi aortica e malattia dell'aneurisma che sono stati relativamente inesplorati.

1.1.2.1 Stenosi aortica

La stenosi aortica è caratterizzata da un esteso ispessimento valvolare dovuto all'accumulo di tessuto fibroso e al rimodellamento della matrice extracellulare. In tutti e tre gli strati della valvola si trovano abbondanti cellule simili a fibroblasti, comunemente chiamate cellule interstiziali valvolari. Una sottopopolazione di queste cellule viene attivata dall'attività infiammatoria all'interno della valvola e si differenzia in miofibroblasti. Mentre i fibroblasti controllano la sintesi del collagene nella valvola normale, i miofibroblasti sono responsabili della fibrosi accelerata osservata all'interno delle valvole stenotiche. Inoltre, le metalloproteinasi della matrice sono secrete dai miofibroblasti e dalle cellule infiammatorie e hanno un ruolo importante e complesso nella ristrutturazione della matrice del lembo valvolare. Come già indicato, l'attivazione e la differenziazione dei fibroblasti in miofibroblasti dipendono dall'espressione dei recettori αvβ3 e αvβ5. Inoltre, rispecchiando la situazione dell'aterosclerosi carotidea, i pazienti con stenosi aortica grave hanno un'alta incidenza (78%) di emorragia intraleaflet e questo è associato con l'angiogenesi e una più rapida progressione della malattia.

Studi istopatologici hanno confermato che la fibrosi è parte integrante del processo ipertrofico ventricolare sinistro nella stenosi aortica. I miofibroblasti si infiltrano nel miocardio e secernono proteine ​​della matrice extracellulare, inclusi i tipi di collagene I e III. Si osserva che le aree di fibrosi co-localizzano con le aree di apoptosi dei miociti ed è stato suggerito che la fibrosi si presenti come una forma di cicatrizzazione dopo la morte e la lesione dei miociti. Come per la fibrosi della valvola, il sistema renina-angiotensina, il fattore di crescita trasformante-beta e uno squilibrio nella metalloproteinasi della matrice e la loro attività di inibitore tissutale sono stati tutti implicati in questo processo. Un modello di fibrosi della parete media è stato osservato nel miocardio fino al 38% dei pazienti con stenosi aortica moderata o grave ed è stato associato a una risposta ipertrofica più avanzata. È importante sottolineare che c'è anche un aumento di 8 volte della mortalità associata alla fibrosi della parete media.

1.1.2.2 Aterosclerosi e restenosi

Lo sviluppo dell'aterosclerosi è dovuto a una complessa interazione di lipidi ossidati, infiltrazione di cellule infiammatorie e migrazione di cellule muscolari lisce nella parete arteriosa. Una volta stabilite, le placche aterosclerotiche possono progredire e rompersi portando alle presentazioni cliniche di infarto miocardico acuto e ictus. Le caratteristiche associate alla rottura della placca includono un sottile cappuccio fibroso, un pool ricco di lipidi e un'emorragia intraplacca. Infatti, la rottura della placca è particolarmente associata alla neovascolarizzazione della placca e all'espressione del fattore di crescita vascolare-endoteliale, suggerendo che l'instabilità può essere indotta dall'angiogenesi. Pertanto, l'upregolazione dei recettori αvβ3 e αvβ5 può rappresentare un nuovo marker e un potenziale bersaglio terapeutico per la vulnerabilità della placca.

1.1.3 Fluciclatide

Fluciclatide è un peptide ciclico contenente RGD che è stato recentemente sviluppato come radiotracciante 18F per rilevare l'angiogenesi tumorale mediante tomografia a emissione di positroni. È altamente selettivo per i recettori αvβ3 e αvβ5 con affinità (EC50) rispettivamente di 11,1 e 0,1 nM con reattività crociata minima con il recettore αIIbβ3 (EC50 281 nM). Il lavoro pre-clinico sui tumori ha dimostrato che il 18F-fluciclatide è assorbito dai glioblastomi e che questo è soppresso dall'inibitore anti-angiogenico della tirosina chinasi, sunitinib, confermando la specificità del fluciclatide per le aree di angiogenesi. È stato valutato in studi clinici di fase I ed è risultato sicuro e ben tollerato.

1.1.4 Obiettivi

Ad oggi, ci sono stati molti studi preclinici che hanno esaminato l'applicazione di radiotraccianti mirati ai recettori dell'integrina αvβ3 e αvβ5. L'applicazione clinica di questi traccianti è stata ampiamente limitata all'oncologia come metodo di valutazione dell'angiogenesi all'interno dei tumori. Qui desideriamo esplorare il ruolo del radiotracciante del recettore αvβ3 e αvβ5, 18F-fluciclatide, per valutare l'angiogenesi e la fibrosi nei pazienti con stenosi aortica come misura della fibrosi valvolare e miocardica. Questo gruppo di pazienti avrà un ateroma aortico coesistente e questo ci fornirà una valutazione opportunistica dell'assorbimento del tracciante nell'aterosclerosi. Riteniamo che sia importante valutare una serie di condizioni cardiovascolari per determinare se l'espressione del recettore dell'integrina αvβ3 e αvβ5 è particolare per determinati processi patologici. In caso di successo, questi dati preliminari consentiranno l'esplorazione più dettagliata di specifiche aree di malattia e nuovi interventi terapeutici. Al momento, il fluciclatide non è concesso in licenza o approvato per l'uso clinico e viene utilizzato qui come agente sperimentale per esplorare la fisiopatologia della stenosi aortica.

1.2 IPOTESI ORIGINALI

Ipotizziamo che il 18F-fluciclatide possa identificare l'espressione dei recettori dell'integrina αvβ3 e αvβ5 in vivo nell'uomo in due principali aree di malattie cardiovascolari: l'aterosclerosi aortica e la stenosi aortica. Nello specifico, ipotizziamo che il 18F-fluciclatide:

1. Essere assorbito nella placca aterosclerotica aortica.
2. Mostrare un assorbimento dimostrabile nella valvola aortica e nel miocardio di pazienti con stenosi aortica che sarà correlato al grado di angiogenesi attiva e fibrosi.

6.1 ANGIOGENESI E FIBROSI NELLA STENOSI AORTICA

La stenosi aortica è associata a una sostanziale ipertrofia ventricolare sinistra e alla conseguente fibrosi miocardica con quest'ultima prognosi predittiva. L'ipertrofia ventricolare sinistra e la fibrosi associata sono anche un importante fattore di rischio per eventi cardiovascolari avversi in una serie di altre condizioni tra cui l'ipertensione essenziale. La risonanza magnetica cardiaca è il metodo gold standard per valutare la presenza di fibrosi miocardica, ma non indica necessariamente l'attività in corso del processo fibrotico. In questo studio, valuteremo l'assorbimento di 18F-fluciclatide in pazienti con stenosi aortica come modello di ipertrofia ventricolare sinistra da sovraccarico di pressione. Coglieremo anche l'opportunità di determinare se vi è assorbimento di 18F-fluciclatide nella valvola aortica dato che questa ha dimostrato di avere aree di fibrosi e angiogenesi.

Tutti i pazienti dello studio e i volontari sani saranno sottoposti a prelievo di sangue, ecocardiogramma, emissione di positroni e tomografia computerizzata con 18F-fluciclatide, nonché risonanza magnetica cardiaca con valutazione del miglioramento tardivo del gadolinio. Dopo l'iniezione di 18F-fluciclatide, i pazienti saranno monitorati utilizzando il nostro approccio clinico standard, inclusa l'osservazione dei parametri emodinamici, e questo continuerà per tutta la loro visita di studio fino alla partenza. Nei pazienti sottoposti a intervento chirurgico di sostituzione della valvola aortica, verrà trattenuto il tessuto della valvola aortica e verrà ottenuta una biopsia tru-cut di 3 mm del miocardio ventricolare sinistro con cui confrontare i risultati delle scansioni.

I pazienti volontari sani non saranno sottoposti a valutazione ripetuta. Dopo un periodo di uno o due anni dalla scansione iniziale, i pazienti con stenosi aortica torneranno per ripetere il prelievo di sangue, la risonanza magnetica cardiaca con valutazione dell'enhancement tardivo del gadolinio e l'ecocardiogramma. Quei pazienti che hanno subito una sostituzione della valvola aortica saranno sottoposti a ripetute emissioni di positroni e tomografia computerizzata con 18F-fluciclatide sei mesi dopo l'operazione, prima della loro seconda risonanza magnetica cardiaca.

I campioni di sangue saranno valutati utilizzando profili biochimici ed ematologici clinici standard come emocromo completo e urea ed elettroliti. Saranno inoltre valutati marcatori di ischemia cardiaca, fibrosi e angiogenesi. Ulteriori siero, plasma e DNA saranno conservati a -80 gradi Celsius per future potenziali analisi.

6.1.2 Interpretazione dello studio

Prevediamo che l'assorbimento miocardico di 18F-fluciclatide sarà aumentato nei pazienti con stenosi aortica e ipertrofia ventricolare sinistra. Ci aspettiamo che il grado di assorbimento miocardico sia correlato alla valutazione della fibrosi mediante risonanza magnetica cardiaca, nonché alle misure istologiche della fibrosi e dell'espressione del recettore dell'integrina αvβ3 e αvβ5. Ci aspettiamo che il grado di captazione miocardica preveda la valutazione della fibrosi mediante risonanza magnetica cardiaca dopo un periodo da uno a due anni. Nelle analisi esplorative, coglieremo anche l'opportunità di valutare l'entità dell'assorbimento di 18F-fluciclatide all'interno della stessa valvola aortica e, in caso di successo, correlarla con le misure istologiche di angiogenesi e fibrosi.

6.2 L'ANGIOGENESI NELL'ATEROSCLEROSI AORTICA

I pazienti con stenosi aortica avranno un'alta prevalenza di aterosclerosi aortica concomitante. Nella borsa di studio del dottor Dweck, siamo stati in grado di sfruttare questa associazione e intraprendere analisi secondarie dell'assorbimento di fluoruro di sodio 18F nell'aterosclerosi aortica e coronarica. Ciò ha generato alcune scoperte altamente innovative che hanno informato la nostra comprensione dell'aterosclerosi e del ruolo della calcificazione.

6.2.1 Piano degli studi

Useremo i set di dati ottenuti dai pazienti di cui sopra per esplorare l'assorbimento di 18F-fluciclatide all'interno dell'aorta toracica. L'aterosclerosi sarà identificata utilizzando la tomografia computerizzata e le immagini di risonanza magnetica ottenute dal torace al momento delle scansioni dello studio. Non sarà richiesta alcuna acquisizione di immagini aggiuntive. Ciò fornirà dati pilota per informare successivi studi dedicati incentrati su placche aterosclerotiche infiammate acute, come pazienti con recenti attacchi ischemici transitori o ictus attribuibili a malattia carotidea.