Previsione di dilatazione e rottura aortica (DilAo)

1. Scopo dello studio Lo scopo di questo studio è quello di esplorare i parametri prognostici per la dilatazione aortica. Più specificamente si tratta di identificare i parametri di imaging prognostici che potrebbero essere utilizzati per identificare i pazienti ad alto rischio di rapida dilatazione aortica e dovrebbero essere intensamente seguiti da metodi di imaging.

2. Subprocessi

1. Studio clinico 1 Lo scopo della prima fase dello studio è quello di identificare i parametri di flusso 4D MRI che sono caratteristici dell'aorta dilatata e potrebbero essere utilizzati per valutare la prognosi futura in pazienti con dilatazione aortica o fattori predisponenti.
2. Studio clinico 2 La seconda fase dello studio mira a utilizzare i parametri di flusso identificati nel follow-up dell'imaging clinico per scoprire quali parametri predicono la dilatazione aortica nella vita reale e quindi potrebbero essere utilizzati per selezionare i pazienti per l'imaging più intensivo in futuro.
3. Studio 3 - Patologia molecolare, istologia e genetica dell'aorta Lo scopo di questa parte dello studio è quello di scoprire differenze di biologia molecolare, istologia, elasticità e genetica dell'aorta in pazienti con fattori predisponenti alla dilatazione aortica. In particolare, verranno studiati i fattori cellulari che influenzano la formazione del tessuto connettivo e della muscolatura liscia vascolare.

3. Metodi

1. Popolazione di pazienti Tutti i pazienti ei volontari sani forniranno il loro consenso informato scritto per lo studio. Il comitato etico del distretto ospedaliero del Savo Nord ha dato il via libera alla sperimentazione.

Studio 1 La prima fase dello studio includerà venti pazienti con BAV anatomico o funzionale o altra malattia che predispone alla dilatazione dell'aorta programmata per la risonanza magnetica aortica di routine presso il Dipartimento di Radiologia dell'ospedale universitario di Kuopio (KUH). La risonanza magnetica a flusso 4D verrà eseguita subito dopo la risonanza magnetica 2D di routine e prolungherà il tempo di imaging di circa 20 minuti. Venti controlli volontari sani saranno reclutati dal gruppo di ricerca e dal personale del dipartimento e saranno programmati per la procedura di imaging simile. I parametri principali analizzati da questi dati di imaging una tantum sono la velocità di flusso di picco e l'eccentricità del flusso, la vorticità del flusso e lo sforzo di taglio della parete. Inoltre, in questo studio saranno determinati i parametri relativi alla rigidità e alla geometria aortica. Verrà effettuato il confronto dei parametri MRI del flusso 4D tra i pazienti e i controlli sani, i parametri del flusso 4D saranno anche confrontati con i parametri del flusso 2D convenzionali sia nei pazienti dello studio che nei controlli sani.

Studio 2 Per lo studio di follow-up 100 pazienti saranno reclutati nello stesso modo del caso dei primi pazienti dello studio. I criteri di inclusione saranno: adulto (età> 18 anni), dilatazione aortica precedentemente documentata, BAV anatomico o funzionale documentato o altro disturbo ereditario, che causa un aumento del rischio di dilatazione aortica, nessuna controindicazione per la risonanza magnetica. Verrà eseguita una risonanza magnetica aortica simile come durante lo studio clinico 1. Tuttavia, l'imaging di follow-up verrà eseguito dopo 6 mesi dalla prima risonanza magnetica e ogni anno per 5 anni. Verranno analizzati gli stessi parametri di flusso 4D e 2D del primo studio. Particolare interesse sarà rivolto al grado di dilatazione aortica e alla correlazione tra i parametri di flusso 4D (e 2D) e le dimensioni aortiche.

Parametri clinici Tutti i pazienti in visita ambulatoriale saranno sottoposti a esame clinico (auscultazione, segni clinici di insufficienza cardiaca, epatomegalia, edema periferico, soffi arteriosi). Verranno eseguite l'elettrocardiografia a 12 derivazioni e le analisi di laboratorio di base (emoglobina, ematocrito, sodio, potassio, creatinina, peptide natriuretico cerebrale). Con il permesso scritto del paziente, un'ulteriore provetta di sangue verrà conservata per analisi future e il paziente verrà informato sullo scopo di questo campione.

Ecocardiografia L'ecocardiografia transtoracica verrà eseguita utilizzando metodi clinici di routine. Particolare interesse sarà rivolto all'anatomia della valvola aortica e alle dimensioni aortiche. Saranno registrati anche altri segni di manifestazioni cardiache. Verranno valutate le dimensioni ventricolari ei parametri volumetrici nonché la funzione ventricolare sistolica e diastolica.

Risonanza magnetica dell'aorta Angiografia a risonanza magnetica e misurazioni del flusso 2D L'imaging statico dell'aorta viene eseguito con una sequenza 3D SSFP (steady state free percession) controllata da ECG e respirazione [Kawel et al 2012]. Lo stack di immagini viene ottenuto sul piano sagittale ed elaborato presso la stazione di lavoro MPR per ottenere immagini perpendicolari all'asse del flusso sanguigno. Il diametro dell'aorta è misurato dalla parete esterna alla parete esterna. Viene determinato il diametro più ampio dell'aorta e, di routine, il diametro dell'aorta viene misurato a 8 livelli predeterminati.

MRI a contrasto di fase 4D Il flusso sanguigno nell'aorta sarà misurato in base al contrasto di fase MRI. La misurazione verrà effettuata ripetendo la sequenza di impulsi di imaging senza e con gradienti di ponderazione del flusso per tre dimensioni con modalità interleaved e la misurazione. I parametri di imaging saranno impostati in base alla dichiarazione di consenso sulla misurazione del flusso MRI 4D [Dyverfelt 2015] a breve: risoluzione di <2,5x2,5x2,5 mm3, risoluzione temporale di 30 ms (risoluzione temporale nel flusso in diverse fasi cardiache), sincronizzazione ECG retrospettiva e compensazione del movimento respiratorio, angolo di inversione vicino all'angolo di Ernst e ampiezza del gradiente di ponderazione del flusso in modo che il flusso massimo sia superiore del 10% rispetto alla portata massima prevista nell'aorta. Il volume di imaging coprirà la valvola aortica, l'arco aortico e l'aorta discendente a livello dell'apice del miocardio. I dati verranno preelaborati per ridurre al minimo il contributo di offset di fase di sfondo, imperfezioni del gradiente e avvolgimenti di fase.

Parametri di flusso Dalle immagini di flusso 4D, verranno estratti diversi parametri quantitativi. I parametri principali sono quelli che descrivono la distribuzione del flusso nell'aorta, cioè la velocità di flusso di picco e l'eccentricità, la vorticità del flusso e lo sforzo di taglio sulle pareti dei vasi. Inoltre, verranno registrati diversi parametri relativi alla rigidità aortica e alla geometria e funzione della valvola aortica. Durante il follow-up verranno valutati i cambiamenti e il valore prognostico dei parametri quantificati.

Ai fini della validazione, i parametri di flusso 4D saranno confrontati con i parametri estratti da sequenze di flusso 2D convenzionali.

Protocollo di follow-up clinico I pazienti reclutati per lo studio di follow-up (studio 2) saranno riesaminati mediante risonanza magnetica aortica dopo sei mesi dall'arruolamento e annualmente dopo la prima visita di follow-up fino a cinque anni o in base al follow-up clinico programma. Se lo stato della dilatazione aortica indica un follow-up più intensivo.

Analisi statistiche I fattori prognostici saranno testati per significatività statistica confrontando i parametri di flusso ei fattori associati al grado di dilatazione aortica utilizzando un'analisi multivariata appropriata. La significatività statistica sarà fissata a p<0.05 e l'alta significatività statistica a p<0.01. I dati verranno analizzati utilizzando il programma SPSS per Windows.

Studio 3

Il terzo subtrial arruolerà 20+100 pazienti con grave dilatazione aortica in attesa di operazione aortica. I campioni di aorta umana vengono raccolti durante l'intervento chirurgico di sostituzione dell'aorta di routine dal tessuto vascolare rimosso. Oltre ai campioni di tessuto, verrà prelevato un campione di sangue per l'analisi genetica e molecolare. I pazienti hanno dato il loro permesso scritto per i campioni istologici e di sangue prima dell'operazione. Dopo la resezione, i campioni vengono immediatamente trasferiti in azoto liquido (campioni congelati), PFA-PBS (campioni istologici) o in terreno di coltura cellulare per l'isolamento cellulare (cellule endoteliali, cellule muscolari lisce vascolari, fibroblasti). I campioni congelati vengono conservati a -70 °C e le cellule isolate in azoto liquido. I campioni istologici saranno trasformati in paraffina e conservati come blocchi di paraffina. I campioni verranno conservati fino a 10 anni, dopodiché verranno distrutti come rifiuti a rischio biologico. I dati grezzi saranno conservati in un archivio elettrico come l'European Genome-phenome Archive (EGA).

Analisi La biologia molecolare e l'istologia dei campioni di aorta vengono esaminate mediante RT-qPCR, immunoistochimica e imaging con microscopia multifotonica. Espressione di geni rilevanti, ad es. Vengono studiati TGF-β, famiglia VEGF, COX-1 e 2, eNOS/Akt e citochine pro-infiammatorie, e anche il sequenziamento dell'RNA, identificando simultaneamente tutti gli mRNA espressi, può essere utilizzato per trovare differenze nell'espressione di tutti i geni aortici tra diversi gruppi di pazienti. Il gene FBN1 viene sequenziato e ricercato per mutazioni o delezioni.

L'architettura della parete del vaso aortico e l'espressione dei geni rilevanti sono visualizzate mediante microscopia multifotone e immunoistochimica. Le cellule isolate vengono utilizzate per l'analisi di una singola cellula, che consente di studiare una cellula vivente e i suoi eventi molecolari alla volta, e fornisce informazioni totalmente nuove sulle funzioni di diverse cellule nella parete del vaso. I dati ottenuti sono divisi in gruppi di corrispondenza per malattia ed età, e si cercheranno correlazioni tra lo stato della malattia cardiaca, l'espressione genica aortica e l'istologia aortica. I dati saranno inoltre collegati e confrontati con lo studio preclinico sui topi descritto nell'Appendice 1 e con lo studio di imaging del flusso MRI 4D dell'aorta umana descritto nel paragrafo 3.4.

Biomeccanica dei campioni istologici di aorta I parametri biomeccanici come la rigidità e la resistenza al cedimento saranno misurati dai campioni di aorta. Le misurazioni e l'analisi saranno effettuate in collaborazione con il gruppo BBC dell'Università della Finlandia orientale. I parametri biomeccanici nei gruppi di pazienti studiati saranno confrontati e utilizzati come parametro in analisi statistiche multivariate. I risultati saranno inoltre confrontati e collegati a reperti di biologia istologica e molecolare.

Controlli I campioni per il confronto con il tessuto normale saranno raccolti da 10 donatori di organi operati presso l'ospedale universitario di Kuopio. I campioni saranno manipolati come descritto nei pazienti aortici.

Modellazione matematica dell'aorta I dati di imaging di 20 pazienti saranno inviati in forma anonima alla JAMK University of Applied sciences per la modellazione matematica della simulazione del flusso aortico e dello stress della parete.

4. Collaborazione Lo studio clinico è condotto in modo multiprofessionale presso l'ospedale universitario di Kuopio insieme ai dipartimenti di cardiologia clinica, chirurgia cardiotoracica (Heart Center) e radiologia (Clinical Imaging Center). Gli studi istopatologici, molecolari e genetici vengono eseguiti presso il Dipartimento di Scienze Molecolari dell'AI Virtanen Institute, Università della Finlandia orientale (UEF). I test biomeccanici saranno condotti presso il Dipartimento di Fisica Applicata dell'UEF. La modellazione matematica delle immagini aortiche sarà eseguita presso la JAMK University of Applied Sciences. I risultati del flusso MRI 4D acquisiti saranno analizzati e convalidati secondo gli standard dell'ospedale universitario di Kuopio.