Angiogenese en fibrose bij aortastenose

Integrinen

Integrinen zijn een groep moleculen die verantwoordelijk zijn voor intercellulaire adhesie en signalering. Ze omvatten een superfamilie van heterodimere receptoren die zijn samengesteld uit 18 verschillende α- en β-subeenheden. In combinatie kunnen ze 24 verschillende receptorsubtypen genereren met een reeks fysiologische en pathofysiologische functies. De αvβ3-receptor is een integrine dat in lage concentraties wordt aangetroffen op rijpe endotheelcellen, maar sterk wordt gereguleerd op endotheelcellen van actief groeiende bloedvaten. Het was voorheen bekend als de vitronectinereceptor, hoewel later werd ontdekt dat het vele andere liganden bindt, waaronder fibrinogeen, fibronectine, laminine, trombospondine, von Willebrand-factor en bepaalde collageensubtypen. Deze kenmerken worden ook waargenomen bij de avβ5-integrinereceptor, waarbij beide receptoren het arginine-glycine-aspartaat (RGD)-motief herkennen dat op deze liganden aanwezig is.

1.1.2 De rol van αvβ3- en αvβ5-integrinen bij hart- en vaatziekten

De expressie van avβ3- en avβ5-receptoren wordt omhoog gereguleerd in een aantal ziektetoestanden en dit is bijzonder goed gekarakteriseerd in de angiogenese geassocieerd met tumorgroei en metastasen. Er zijn echter veel potentiële rollen voor deze integrineroute bij hart- en vaatziekten, waaronder myocardinfarct, atherosclerose, restenose, aortastenose en aneurysmaziekte die relatief onontgonnen zijn.

1.1.2.1 Aortastenose

Aortastenose wordt gekenmerkt door uitgebreide klepverdikking als gevolg van ophoping van fibreus weefsel en hermodellering van de extracellulaire matrix. In alle drie de lagen van de klep worden overvloedige fibroblastachtige cellen gevonden en deze worden gewoonlijk valvulaire interstitiële cellen genoemd. Een subpopulatie van deze cellen wordt geactiveerd door de ontstekingsactiviteit in de klep en differentieert tot myofibroblasten. Terwijl fibroblasten de synthese van collageen in de normale klep regelen, zijn myofibroblasten verantwoordelijk voor de versnelde fibrose die wordt waargenomen in stenotische kleppen. Bovendien worden matrixmetalloproteïnasen uitgescheiden door myofibroblasten en ontstekingscellen en spelen ze een belangrijke en complexe rol bij de herstructurering van de klepbladmatrix. Zoals reeds aangegeven, zijn activering en differentiatie van fibroblasten tot myofibroblasten afhankelijk van de expressie van de avβ3- en avβ5-receptor. Bovendien, in navolging van de situatie bij atherosclerose van de halsslagader, hebben patiënten met ernstige aortaklepstenose een hoge incidentie (78%) van bloedingen in de bladeren en dit wordt in verband gebracht met angiogenese en snellere ziekteprogressie.

Histopathologische studies hebben bevestigd dat fibrose een integraal onderdeel is van het linker ventrikel hypertrofische proces bij aortastenose. Myofibroblasten infiltreren het myocardium en scheiden extracellulaire matrixeiwitten af, waaronder collageentypes I en III. Er is waargenomen dat gebieden van fibrose zich co-lokaliseren met gebieden van apoptose van myocyten en er is gesuggereerd dat fibrose optreedt als een vorm van littekenvorming na dood en letsel van myocyten. Net als bij fibrose in de klep, zijn het renine-angiotensinesysteem, transformerende groeifactor-bèta en een onevenwichtigheid in matrixmetalloproteïnase en hun weefselremmende activiteit allemaal bij dit proces betrokken. Een middenwandpatroon van fibrose is waargenomen in het myocardium bij tot 38% van de patiënten met matige of ernstige aortastenose en is in verband gebracht met een meer gevorderde hypertrofische respons. Belangrijk is dat er ook een 8-voudige toename is in sterfte geassocieerd met middenwandfibrose.

1.1.2.2 Atherosclerose en restenose

De ontwikkeling van atherosclerose is het gevolg van een complex samenspel van geoxideerde lipiden, infiltratie van ontstekingscellen en migratie van gladde spiercellen in de arteriële wand. Eenmaal vastgesteld, kunnen atherosclerotische plaques toenemen en scheuren, wat leidt tot de klinische presentaties van acuut myocardinfarct en beroerte. Kenmerken die verband houden met plaqueruptuur zijn onder meer een dunne vezelige kap, een vetrijke plas en intraplaque bloeding. Plaqueruptuur wordt inderdaad in het bijzonder geassocieerd met plaque-neovascularisatie en vasculair-endotheliale groeifactorexpressie, wat suggereert dat instabiliteit kan worden geïnduceerd door angiogenese. Opwaartse regulatie van avβ3- en avβ5-receptoren kan dus een nieuwe marker zijn van, en mogelijk therapeutisch doelwit voor, kwetsbaarheid voor plaque.

1.1.3 Fluciclatide

Fluciclatide is een RGD-bevattend cyclisch peptide dat onlangs is ontwikkeld als een 18F-radiotracer om tumorangiogenese te detecteren door middel van positronemissietomografie. Het is zeer selectief voor de αvβ3- en αvβ5-receptoren met affiniteiten (EC50) van respectievelijk 11,1 en 0,1 nM met minimale kruisreactiviteit met de αIIbβ3-receptor (EC50 281 nM). Preklinisch tumoronderzoek heeft aangetoond dat 18F-fluciclatide wordt opgenomen door glioblastomen en dat dit wordt onderdrukt door de anti-angiogene tyrosinekinaseremmer sunitinib, wat de specificiteit van fluciclatide voor gebieden van angiogenese bevestigt. Het is beoordeeld in klinische fase I-onderzoeken en veilig bevonden en goed verdragen.

1.1.4 Doelstellingen

Tot op heden zijn er veel preklinische onderzoeken geweest naar de toepassing van radiotracers gericht op de αvβ3- en αvβ5-integrinereceptoren. De klinische toepassing van deze tracers is grotendeels beperkt tot de oncologie als methode om angiogenese in tumoren te beoordelen. Hier willen we de rol onderzoeken van de αvβ3- en αvβ5-receptor-radiotracer, 18F-fluciclatide, om angiogenese en fibrose te beoordelen bij patiënten met aortastenose als maat voor zowel klep- als myocardiale fibrose. Deze patiëntengroep zal co-existent aorta-atheroma hebben en dit zal ons een opportunistische beoordeling geven van de opname van tracer bij atherosclerose. We vinden het belangrijk om een ​​reeks cardiovasculaire aandoeningen te beoordelen om te bepalen of de expressie van de αvβ3- en αvβ5-integrinereceptor specifiek is voor bepaalde ziekteprocessen. Indien succesvol, zullen deze voorlopige gegevens de meer gedetailleerde verkenning van specifieke ziektegebieden en nieuwe therapeutische interventies mogelijk maken. Op dit moment heeft fluciclatide geen vergunning of goedkeuring voor klinisch gebruik en wordt het hier gebruikt als onderzoeksmiddel om de pathofysiologie van aortastenose te onderzoeken.

1.2 OORSPRONKELIJKE HYPOTHESEN

Onze hypothese is dat 18F-fluciclatide de expressie van de αvβ3- en αvβ5-integrinereceptoren in vivo bij de mens kan identificeren in twee belangrijke cardiovasculaire ziektegebieden: aorta-atherosclerose en aortastenose. Concreet veronderstellen we dat 18F-fluciclatide:

1. Wordt opgenomen in atherosclerotische plaque in de aorta.
2. Toon aantoonbare opname in de aortaklep en het myocardium van patiënten met aortastenose die correleert met de mate van actieve angiogenese en fibrose.

6.1 ANGIOGENESE EN FIBROSE BIJ AORTASTENOSE

Aortastenose wordt geassocieerd met substantiële linkerventrikelhypertrofie en daaruit voortvloeiende myocardiale fibrose, waarbij de laatste de prognose voorspelt. Linkerventrikelhypertrofie en daarmee samenhangende fibrose is ook een belangrijke risicofactor voor ongunstige cardiovasculaire voorvallen bij een aantal andere aandoeningen, waaronder essentiële hypertensie. Cardiale magnetische resonantiebeeldvorming is de gouden standaardmethode voor het beoordelen van de aanwezigheid van myocardiale fibrose, maar het geeft niet noodzakelijkerwijs de aanhoudende activiteit van het fibrotische proces aan. In deze studie zullen we de opname van 18F-fluciclatide bij patiënten met aortaklepstenose beoordelen als een model van drukoverbelasting linkerventrikelhypertrofie. We zullen ook van de gelegenheid gebruik maken om te bepalen of er enige opname van 18F-fluciclatide in de aortaklep is, aangezien is aangetoond dat deze gebieden van fibrose en angiogenese heeft.

Alle studiepatiënten en gezonde vrijwilligers ondergaan bloedafname, echocardiogram, positronemissie en computertomografiescans met 18F-fluciclatide, evenals cardiale magnetische resonantiebeeldvorming met beoordeling van late versterking door gadolinium. Na injectie van 18F-fluciclatide zullen patiënten worden gecontroleerd met behulp van onze standaard klinische benadering, inclusief observatie van hemodynamische parameters, en dit zal doorgaan tijdens hun studiebezoek tot vertrek. Bij patiënten die een aortaklepvervangende operatie ondergaan, wordt aortaklepweefsel behouden en wordt een 3 mm tru-cut biopsie van het linkerventrikelmyocardium verkregen waarmee de bevindingen van de scans kunnen worden vergeleken.

Gezonde vrijwillige patiënten ondergaan geen herhaalde beoordeling. Na een periode van één tot twee jaar vanaf hun eerste scan, zullen patiënten met aortastenose terugkeren voor herhaalde bloedafname, cardiale magnetische resonantiebeeldvorming met beoordeling van late gadoliniumversterking en echocardiogram. Patiënten die een aortaklepvervanging hebben ondergaan, ondergaan zes maanden na hun operatie, voorafgaand aan hun tweede cardiale MRI-scan, herhaalde positronemissie- en computertomografiescans met 18F-fluciclatide.

Bloedmonsters zullen worden beoordeeld met behulp van standaard klinische biochemische en hematologische profielen zoals volledig bloedbeeld en ureum en elektrolyten. Daarnaast zullen markers van cardiale ischemie, fibrose en angiogenese worden beoordeeld. Extra serum, plasma en DNA worden bewaard bij -80 graden Celsius voor toekomstige mogelijke analyses.

6.1.2 Studie-interpretatie

We verwachten dat de myocardiale opname van 18F-fluciclatide verhoogd zal zijn bij patiënten met aortastenose en linkerventrikelhypertrofie. We verwachten dat de mate van myocardiale opname correleert met cardiale magnetische resonantiebeeldvormingsbeoordeling van fibrose, evenals de histologische metingen van fibrose en αvβ3- en αvβ5-integrinereceptorexpressie. We verwachten dat de mate van myocardiale opname de beoordeling van fibrose door magnetische resonantiebeeldvorming na een periode van één tot twee jaar zal voorspellen. In verkennende analyses zullen we ook van de gelegenheid gebruik maken om de mate van opname van 18F-fluciclatide in de aortaklep zelf te beoordelen en, indien succesvol, dit te correleren met histologische metingen van angiogenese en fibrose.

6.2 ANGIOGENESE BIJ AORTATHEROSCLEROSE

Patiënten met aortastenose zullen een hoge prevalentie van gelijktijdige aorta-atherosclerose hebben. In de Dr. Dweck's Fellowship waren we in staat om deze associatie te benutten en secundaire analyses uit te voeren van de opname van 18F-natriumfluoride bij aorta- en coronaire atherosclerose. Dit leverde een aantal zeer innovatieve bevindingen op die ons begrip van atherosclerose en de rol van verkalking hebben geïnformeerd.

6.2.1 Studierooster

We zullen de datasets van de patiënten hierboven gebruiken om de opname van 18F-fluciclatide in de thoracale aorta te onderzoeken. Atherosclerose zal worden geïdentificeerd met behulp van computertomografie en magnetische resonantiebeelden die van de thorax zijn verkregen op het moment van de studiescans. Er is geen aanvullende beeldacquisitie vereist. Dit zal proefgegevens opleveren voor latere specifieke onderzoeken gericht op acuut ontstoken atherosclerotische plaques, zoals patiënten met recente voorbijgaande ischemische aanvallen of beroertes die te wijten zijn aan een halsslagaderaandoening.