Angiogenese og fibrose ved hjerteinfarkt

Integriner er en gruppe molekyler som er ansvarlige for intercellulær adhesjon og signalering. De omfatter en superfamilie av heterodimere reseptorer som er sammensatt av 18 forskjellige α- og β-underenheter. I kombinasjon kan de generere 24 forskjellige reseptorsubtyper med en rekke fysiologiske og patofysiologiske funksjoner [Takada et al, 2007]. αvβ3-reseptoren er et integrin som finnes i lave nivåer på modne endotelceller, men som er markert oppregulert på endotelceller i aktivt voksende blodkar. Det var tidligere kjent som vitronektinreseptoren, selv om det senere ble funnet å binde mange andre ligander inkludert fibrinogen, fibronektin, laminin, trombospondin, von Willebrand-faktor og visse kollagenundertyper. Disse funksjonene sees også med αvβ5-integrinreseptoren, med begge reseptorene som gjenkjenner arginin-glycin-aspartat (RGD)-motivet til stede på disse liganden.

1.1.2 Rollen til αvβ3- og αvβ5-integriner i kardiovaskulær sykdom

Ekspresjonen av αvβ3- og αvβ5-reseptorer er oppregulert i en rekke syke tilstander og dette har vært spesielt godt karakterisert i angiogenesen assosiert med tumorvekst og metastaser [Friedlander et al, 1995; Brooks et al., 1994]. Imidlertid er det mange potensielle roller for denne integrinveien i kardiovaskulær sykdom, inkludert hjerteinfarkt, aterosklerose, restenose, aortastenose og aneurismesykdom som har vært relativt uutforsket.

1.1.2.1 Hjerteinfarkt

Etter hjerteinfarkt er det en intens inflammatorisk respons etterfulgt av angiogenese og fibrose. I løpet av denne tiden med helbredelse og reparasjon er det markert regulering av integriner for å orkestrere effektiv myokardheling. For αvβ3- og αvβ5-integrinreseptorene reflekterer dette både angiogenese og fibrose gitt deres ligandbindende egenskaper [van den Borne et al, 2008; Higuchi et al, 2008]. Dette er i sentrum av tidlig og forsinket venstre ventrikkelremodellering i infarkt- og peri-infarktsonen. Den tidlige fasen er dominert av angiogenese for å gjenopprette vaskulær integritet og vevsperfusjon med αvβ3- og αvβ5-reseptorer som oppreguleres og uttrykkes på aktiverte endotelceller i nydannende kar [Higuchi et al, 2008]. Med påfølgende myokardheling og remodellering krever aktivering av fibroblaster og differensiering til myofibroblaster αvβ3- og αvβ5-reseptorinteraksjoner og er sentralt i utviklingen av fibrose [van den Borne et al, 2008]. Maladaptive fibrotiske responser og ugunstig venstre ventrikkelremodellering kan ligge til grunn for utviklingen av hjertesvikt etter hjerteinfarkt. Disse prosessene og banene kan også spille en rolle i utviklingen av myokardfibrose ved andre tilstander som venstre ventrikkelhypertrofi assosiert med aortastenose [Dweck et al, 2011].

1.1.2.2 Aterosklerose og restenose

Utviklingen av aterosklerose skyldes et komplekst samspill av oksidert lipid, inflammatorisk celleinfiltrasjon og glattmuskelcellemigrasjon i arterieveggen. Når det er etablert, kan aterosklerotisk plakk utvikle seg og sprekke, noe som fører til kliniske presentasjoner av akutt hjerteinfarkt og hjerneslag. Funksjoner knyttet til plakkruptur inkluderer en tynn fibrøs hette, lipidrikt basseng og intraplakkblødning. Plakkruptur er faktisk spesielt assosiert med plakk-neovaskularisering og vaskulær-endotelial vekstfaktorekspresjon [Hiyama et al, 2010] som antyder at ustabilitet kan induseres av angiogenese. Dermed kan oppregulering av αvβ3- og αvβ5-reseptorer representere en ny markør for, og potensielt terapeutisk mål for [Maile et al, 2010], plakk sårbarhet.

Prosessen med neointimal hyperplasi og restenose etter perkutan koronar intervensjon involverer rekruttering av vaskulære glatte muskelceller. Denne prosessen er også avhengig av både αvβ3- og αvβ5-reseptorer og er også et potensielt mål for inhibering av restenose [Kokubo et al, 2007].

1.1.3 Fluciklatid

Fluciclatid er et RGD-holdig syklisk peptid som nylig har blitt utviklet som en 18F-radiotracer for å oppdage tumorangiogenese ved positronemisjonstomografi. Den er svært selektiv for αvβ3- og αvβ5-reseptorene med affiniteter (EC50) på henholdsvis 11,1 og 0,1 nM med minimal kryssreaktivitet med αIIbβ3-reseptoren (EC50 281 nM). Preklinisk tumorarbeid har vist at 18F-fluciklatid tas opp av glioblastomer og at dette undertrykkes av den anti-angiogene tyrosinkinaseinhibitoren, sunitinib, noe som bekrefter spesifisiteten til flukiklatid for områder med angiogenese. Det har blitt vurdert i fase I kliniske studier og funnet å være trygt og godt tolerert.

1.1.4 Mål

Til dags dato har det vært mange prekliniske studier som undersøker bruken av radiosporere rettet mot αvβ3- og αvβ5-integrinreseptorene. Den kliniske anvendelsen av disse sporstoffene har i stor grad vært begrenset til onkologi som en metode for å vurdere angiogenese i svulster. Her ønsker vi å utforske rollen til αvβ3- og αvβ5-reseptorradiotraceren, 18F-fluciclatid, for å vurdere angiogenese og fibrose i to store hjerte- og karsykdommer. Spesielt har vi til hensikt å vurdere myokardangiogenese og ombygging hos pasienter med nylig hjerteinfarkt. Vi forventer at denne pasientgruppen vil ha sameksisterende aorta aterom og dette vil gi oss en opportunistisk vurdering av sporopptak ved åreforkalkning. Vi føler det er viktig å vurdere en rekke kardiovaskulære tilstander for å bestemme om αvβ3- og αvβ5-integrinreseptoruttrykk er spesielt for visse sykdomsprosesser. Hvis de lykkes, vil disse foreløpige dataene tillate mer detaljert utforskning av spesifikke sykdomsområder og nye terapeutiske intervensjoner. For tiden er flukiklatid ikke lisensiert eller godkjent for klinisk bruk og brukes her som et undersøkelsesmiddel for å utforske patofysiologien til aortastenose.

1.2 ORIGINELLE HYPOTESER

Vi antar at 18F-fluciclatid kan identifisere uttrykket av αvβ3- og αvβ5-integrinreseptorene in vivo hos mennesker i to store hjerte- og karsykdommer: akutt hjerteinfarkt og aorta-aterosklerose. Spesifikt antar vi at 18F-fluciclatid vil:

1. Demonstrere selektivt opptak innen hjerteinfarktregionen i den tidlige restitusjonsfasen (1-3 uker).
2. Binder i både infarkt og fjerntliggende områder av pasienter med betydelig hjerteinfarkt i de senere faser av restitusjon (6-12 uker)
3. Bli tatt opp i aorta aterosklerotisk plakk.

6 VURDERINGER

6.1 ANGIOGENESE OG FIBROSES EFTER AKUTT HJERTEINFARKT

Etter akutt hjerteinfarkt er det intens oppregulering av αvβ3- og αvβ5-reseptorer som i utgangspunktet hjelper til med å regulere angiogenese og gjenoppretting av vaskulær integritet og vevsperfusjon i tillegg til forsinket uttrykk som er assosiert med utviklingen av fibrose i det infarkterte myokardiet. Vi vil derfor vurdere pasienter to og ni uker etter akutt hjerteinfarkt. Fordi det ikke vil være mulig å foreta direkte histologisk bekreftelse av angiogenese eller fibrose i denne populasjonen, vil vi sammenligne disse funnene med pasienter med etablert kollateral koronar blodstrøm fra en kronisk koronararterieokklusjon samt magnetisk resonansavbildning av etablert og stabil myokard. fibrose.

6.1.1 Studieplan

På dag 14±7 og 63±7 etter et akutt hjerteinfarkt vil 30 pasienter gjennomgå blodprøvetaking og positronemisjon og computertomografi med 18F-fluciclatid. Etter injeksjon av 18F-fluciclatid vil pasientene bli overvåket ved hjelp av vår standard kliniske tilnærming, inkludert observasjon av hemodynamiske parametere, og dette vil fortsette gjennom studiebesøket frem til avreise. De vil også gjennomgå hjertemagnetisk resonansavbildning med vurdering av gadoliniumperfusjon og sen forsterkning på dag 14±7 og igjen mellom 6 til 12 måneder etter hjerteinfarktet. Vi vil spesifikt rekruttere to like store og matchede populasjoner av pasienter (n=15 per gruppe) der den infarktrelaterte arterien har blitt, eller ikke har blitt, revaskularisert med perkutan koronar intervensjon. I tillegg vil vi tilsvarende vurdere, ved en enkelt anledning, 10 alders- og kjønnsmatchede pasienter med en kronisk (>6 måneder) okklusjon av et større epikardialkar.

Blodprøver vil bli vurdert ved bruk av standard kliniske biokjemiske og hematologiske profiler som full blodtelling og urea og elektrolytter. I tillegg vil markører for hjerteiskemi, fibrose og angiogenese bli vurdert. Ytterligere serum, plasma og DNA vil bli lagret ved -80 grader Celsius for fremtidige potensielle analyser.

6.1.2 Studietolkning

Gitt at karene vil være fullt etablert, vil ikke kollaterale arterier og eventuelt infarkt myokard hos pasienter med kronisk okklusjon uttrykke αvβ3- og αvβ5-reseptorene, og vil fungere som negative kontroller. Vi forventer også at de med akutt hjerteinfarkt og urevaskularisert fullstendig koronararterieokkklusjon vil ha mer intensivt opptak av 18F-fluciclatid både dag 14 og dag 63 på grunn av større tidlig neovaskularisering og mer omfattende infarkt. Pasienter med fullstendig revaskularisering vil sannsynligvis ha beskjeden angiogenese og fibrose, og vi forventer derfor mindre intenst opptak av 18F-fluciclatid på begge tidspunktene. Selv om vi ikke vil ha en komparator av histologi, vil magnetresonansavbildningen av hjertet gi oss data om omfanget av hjerteinfarkt (dag 14) og fibrose (6 - 12 måneder), venstre ventrikkelfunksjon, grad av myokardperfusjon og tilstedeværelse av mikrovaskulær obstruksjon. Vi vil også vurdere hele infarktgruppen (n=30) for å finne ut om omfanget av 18F-fluciclatidopptak korrelerer med magnetiske resonansmål for venstre ventrikkelfunksjon og remodellering etter infarkt.

Vi har til hensikt å bruke bildene hentet fra 10 alders- og kjønnsmatchede friske forsøkspersoner rekruttert fra en sameksisterende studie med tittelen "Identifiseringen av in vivo angiogenese og fibrose i aortastenose ved bruk av positronemisjonstomografi" (FoU 2012/R/CAR/23, REC 12/SS/0204). Disse vil fungere som negative kontroller som komparatorer for sunt myokard. Det er en lignende studie som involverer bruk av radiotracer 18F-Fluciclatid hos pasienter med aortastenose. Disse pasientene vil ha gjennomgått en enkelt CT-PET-skanning og en MR-skanning med vurdering av sen gadoliniumforsterkning og vil ha samtykket til at dataene deres skal brukes i denne nåværende studien.

6.2 ANGIOGENESE VED AORTATEROSKLEROSE

Pasienter med akutt hjerteinfarkt vil ha høy forekomst av samtidig aorta-aterosklerose. I Dr Dwecks Fellowship var vi i stand til å utnytte denne assosiasjonen og gjennomføre sekundære analyser av 18F-natriumfluoridopptak i aorta og koronar aterosklerose [Dweck et al, 2012b]. Dette genererte noen svært innovative funn som informerte vår forståelse av aterosklerose og rollen til forkalkning.

6.2.1 Studieplan

Vi vil bruke datasettene innhentet fra pasientene ovenfor for å utforske opptak av 18F-fluciclatid i thoraxaorta. Aterosklerose vil bli identifisert ved hjelp av datatomografi og magnetiske resonansbilder tatt av thorax på tidspunktet for studieskanningen. Ingen ekstra bildeinnhenting vil være nødvendig. Dette vil gi pilotdata for å informere etterfølgende dedikerte studier fokusert på akutt betent aterosklerotisk plakk, slik som pasienter med nylige forbigående iskemiske anfall eller slag som kan tilskrives carotissykdom.