Ocena waskulopatii alloprzeszczepu serca za pomocą optycznej koherentnej tomografii (EARLY-OCT)

Waskulopatia alloprzeszczepu serca (CAV) stanowi główną przyczynę późnej zachorowalności i śmiertelności u biorców przeszczepu serca i odpowiada za drugą śmiertelność z jakiejkolwiek przyczyny po 3 latach. Rozwój CAV jest złożonym procesem obejmującym pogrubienie błony wewnętrznej, miażdżycę tętnic, zakrzepicę i zapalenie naczyń w badaniu histologicznym, ale ostatecznie hiperplazja błony wewnętrznej jest główną przyczyną zwężenia światła, co prowadzi do niedokrwienia i niepowodzenia przeszczepu. W odróżnieniu od ogólnej miażdżycy tętnic wieńcowych, która charakteryzuje się ogniskowym i ekscentrycznym miażdżycą włóknisto-tłuszczową, CAV wpływa w sposób rozproszony na cały układ naczyniowy wieńcowy z wyraźną proliferacją błony wewnętrznej oraz koncentrycznym pogrubieniem i zwłóknieniem naczyń.

Optyczna koherentna tomografia (OCT), w porównaniu z IVUS, jest bardziej czuła we wczesnym wykrywaniu CAV. OCT to metoda nowej generacji oparta na cewniku, która pozyskuje obrazy w rozdzielczości przestrzennej 10-20 μm, czyli 10-krotnie większej niż IVUS. OCT mógł oczywiście zidentyfikować warstwę mediów jako linię o niższym echu, której IVUS nie mógł zidentyfikować. Przy dokładnej ocenie jakości struktury wewnątrzwieńcowej OCT wydaje się mieć większy potencjał niż IVUS.

Komórki śródbłonka układu naczyniowego serca wyrażają antygeny ludzkich leukocytów (HLA) i inne, takie jak wimentyna i główny układ zgodności tkankowej (MHC) związany z łańcuchem A (MICA) klasy I i wydają się być głównymi celami odpowiedzi komórkowej i humoralnej odpowiedzi po przeszczepie serca (HTx). Krążące przeciwciała pośredniczą w odrzucaniu poprzez aktywację dopełniacza i wiązanie na śródbłonku przeszczepu, predysponując w ten sposób pacjenta do utraty przeszczepu, przyspieszonej waskulopatii alloprzeszczepu serca i śmierci. Odsetek allosybilizowanych pacjentów (pacjentów z krążącymi przeciwciałami przeciwko antygenom dawcy) na listach oczekujących rośnie w wyniku rosnącej liczby retransplantacji i implantacji urządzeń wspomagających. Allosensytyzacja jest konsekwencją narażenia na różne cząsteczki HLA podczas ciąży, transfuzji krwi/płytek krwi lub po zabiegach naprawczych serca za pomocą homoprzeszczepu, ale może wystąpić u niektórych pacjentów nawet bez żadnego z tych czynników wyzwalających z nieznanych przyczyn.

Ortotopowemu przeszczepowi serca towarzyszy współczulne i przywspółczulne odnerwienie. Późniejsze tętno jest zwykle wyższe, a zmienność okołodobowa jest niska ze względu na eliminację efektu nerwu błędnego. Wiadomo, że utrzymujący się wzrost częstości akcji serca przyczynia się do patogenezy chorób naczyniowych.

CELE PROJEKTU Celem pracy jest wykorzystanie obrazowania OCT do identyfikacji pacjentów z wczesną, szybką progresją waskulopatii alloprzeszczepu serca (osób z szybką progresją) oraz do identyfikacji krytycznych czynników ryzyka progresji CAV. Wpływ konwencjonalnych i swoistych dla HTx czynników ryzyka, takich jak przeciwciała swoiste dla dawcy (przy użyciu najbardziej czułych metod ich pomiaru) lub szybkie bicie serca (przy użyciu powtarzanego monitorowania metodą Holtera) zostanie zbadany w prospektywnym, ogólnokrajowym badaniu kohortowym. Implikacje wyników OCT doprowadzą do dostosowania leczenia immunosupresyjnego w rok po przeszczepie serca, aby zapobiec dalszej progresji choroby u osób z szybko postępującą postacią CAV.

HIPOTEZY PRACY

1. Pacjenci z szybkim postępem waskulopatii alloprzeszczepu serca mogą być identyfikowani na podstawie zwiększonego miana swoistych dla dawcy przeciwciał anty-HLA i/lub MICA.
2. Można zidentyfikować specyficzne cechy wysokiego ryzyka przeciwciał anty-HLA, które są związane ze szczególnie wysokim odsetkiem progresji CAV (aktywacja dopełniacza naczyniowego w biopsjach, niektóre haplotypy HLA).
3. Tachykardia u biorców przeszczepu serca stanowi czynnik ryzyka rozwoju waskulopatii alloprzeszczepu serca.
4. Wpływ przeciwciał anty-HLA i przyspieszenia akcji serca jest niezależny od ustalonych już czynników ryzyka CAV.

PROJEKT BADANIA Gromadzenie danych i próbek krwi zostanie przeprowadzone w tym samym czasie, co regularnie planowane cewnikowanie serca pacjenta (1 miesiąc i 12 miesięcy po przeszczepie serca). Dodatkowo przeciwciała anty-HLA specyficzne dla dawcy (klasa I, II) oraz przeciwciała związane z łańcuchem A (MICA) kompleksu MHC klasy I będą oznaczane również przed przeszczepem serca i 6 miesięcy po przeszczepie serca podczas regularnych wizyt kontrolnych.

Obrazowanie OCT (optyczna koherentna tomografia) zostanie wykonane w tym samym czasie, co regularne kontrolne cewnikowanie serca pacjenta (1 miesiąc i 12 miesięcy po przeszczepie serca). Obrazowanie OCT zostanie wykonane za pomocą dostępnej na rynku domeny częstotliwości drugiej generacji Ilumien Optis (St. Jude Medical, St. Paul, MN). Cewnik OCT (Dragonfly Duo) zostanie wprowadzony po prowadniku wieńcowym o średnicy 0,014 cala do środkowych segmentów wszystkich trzech głównych tętnic (lewa zstępująca przednia, lewa tętnica okalająca i prawa tętnica wieńcowa), a obrazowanie zostanie wykonane przez automatyczne wyciągnięcie o długości 45 mm, z prędkością cofania 25 mm/sek w trybie wysokiej rozdzielczości (10 klatek/mm). Badanie OCT zostanie wykonane po podaniu dowieńcowym nitrogliceryny w dawce 200-300 μg i jednoczesnym wstrzyknięciu 14 ml środka kontrastowego do każdej tętnicy za pomocą wstrzykiwacza mechanicznego przez cewnik prowadzący. Dane OCT zostaną wykorzystane do trójwymiarowej rekonstrukcji naczyń wykonanej przez fuzję z rutynową angiografią wykonaną w dwóch projekcjach oddalonych od siebie o co najmniej 60 stopni.

Dane obrazowe uzyskane z angiografii dwupłaszczyznowej można wykorzystać do dokładnej rekonstrukcji ścieżki i orientacji cewnika OCT w 3D.

Dwupłaszczyznowe angiogramy są wykonywane bezpośrednio przed rozpoczęciem wycofywania i obejmują co najmniej jeden cykl pracy serca. Służą one do automatycznego wyodrębniania ścieżki cewnika wzdłuż oczekiwanej trajektorii cofania za pomocą metody programowania dynamicznego. Na podstawie znanej geometrii obrazowania generowany jest dokładny trójwymiarowy model ścieżki cewnika w odpowiednim segmencie naczynia dla fazy końcoworozkurczowej serca. W przypadku akwizycji OCT, zmotoryzowane wycofywanie zapewnia stałą prędkość wycofywania, umożliwiając w ten sposób przypisanie każdej ramce obrazu OCT do określonej lokalizacji na trójwymiarowym modelu trajektorii cewnika. Względne i bezwzględne orientacje ramek OCT są określane przy użyciu wcześniej zgłoszonego systemu ustalania orientacji bezwzględnej w 3D na obrazach IVUS. Dane ilościowe można uzyskać z danych konturowych, takich jak wymiary światła i grubość blaszki miażdżycowej, faktycznie biorąc pod uwagę krzywiznę naczynia, w przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów rekonstrukcji OCT. Przestrzeń między sąsiednimi konturami jest interpolowana w celu utworzenia elementu objętościowego. W miejscach nasadki blaszki, całkowanie na całym segmencie naczynia lub dowolnej jego części daje całkowitą objętość nasadki płytki otoczoną przez wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnię nasadki.

Badanie OCT zostanie przeanalizowane zgodnie ze standardowymi definicjami konsensusu OCT. Intima może być rozpoznana jako jednolita, bogata w sygnał jasna warstwa, a media jako ciemniejsza warstwa uboga w sygnał ze względu na niskie rozproszenie wsteczne. Warstwy światła, błony wewnętrznej i podłoża będą śledzone automatycznie z ręczną korektą w celu uzyskania średniej grubości i powierzchni dla każdej klatki. Jedyny segment bez cech miażdżycy tętnic wieńcowych w koronarografii zostanie wykorzystany do badania OCT. Analizie poddane zostaną następujące wskaźniki:

1. Znormalizowana objętość błony wewnętrznej: suma pola przekroju poprzecznego błony wewnętrznej (różnica między powierzchnią błony środkowej a powierzchnią światła) w każdej klatce/długości cofnięcia.
2. Znormalizowana objętość światła: suma pola przekroju światła w każdej klatce/długości cofnięcia.
3. Średnia grubość błony wewnętrznej: wartości ze wszystkich ramek o wystarczającej jakości zostaną uśrednione w celu uzyskania średniej grubości błony wewnętrznej.
4. Średni stosunek błony wewnętrznej do błony wewnętrznej (I/M): Wartości ze wszystkich klatek o wystarczającej jakości zostaną uśrednione w celu uzyskania średniej grubości błony wewnętrznej i grubości środka. Stosunek błony wewnętrznej do błony środkowej (I/M) zostanie obliczony jako stosunek średniej powierzchni każdej warstwy w całym odciągnięciu. Stosunek I/M większy niż 1 zostanie zdefiniowany jako nieprawidłowy.

Wskaźniki te zostaną porównane między badaniami wyjściowymi i kontrolnymi. Po zidentyfikowaniu naczyniowych punktów orientacyjnych odpowiadających w dwóch trójwymiarowych modelach naczyń, pary modeli specyficznych dla pacjenta zostaną wspólnie zarejestrowane, aby prawidłowo dopasować wycofania OCT.

Badania wyjściowe i kontrolne OCT zostaną przeprowadzone w Pradze (szpital IKEM) i Brnie (szpital Saint Anna), a dane zostaną przesłane do głównego laboratorium w Iowa Institute for Biomedical Imaging, University of Iowa, USA w celu analizy. Iowa Institute for Biomedical Imaging jest ośrodkiem badawczym posiadającym duże doświadczenie w ocenie miażdżycy naczyń wieńcowych. W celu szczegółowej analizy tętnic wieńcowych opracowano w tej placówce unikalne oprogramowanie do tworzenia trójwymiarowych rekonstrukcji tętnic wieńcowych w oparciu o połączenie angiografii i optycznej koherentnej tomografii. To oprogramowanie umożliwia dokładną ocenę objętości płytki nazębnej i światła. Oprogramowanie jest chronione patentem amerykańskim. Ze względu na dużą ilość danych i pacjentów w tym projekcie, zastosowanie takich zautomatyzowanych narzędzi analitycznych jest warunkiem pomyślnej realizacji.

Średnie tętno będzie mierzone podczas 24-godzinnego monitoringu EKG metodą Holtera, który oceni wszystkie niezbędne parametry, w tym jego zmienność dobową. Zapisy EKG metodą Holtera zostaną wykonane za 1 miesiąc i za 12 miesięcy po przeszczepie serca. Oprócz średniego 24-godzinnego tętna, analizowane będą komponenty czasowe i częstotliwościowe zmienności rytmu serca w celu oszacowania stopnia reinerwacji nerwu błędnego.

Zostaną zmierzone specyficzne dla dawcy przeciwciała anty-HLA (klasa I, II) i przeciwciała związane z łańcuchem A (MICA) kompleksu MHC klasy I (przed przeszczepem serca, 1 miesiąc, 6 miesięcy i 12 miesięcy po przeszczepie serca). Ocenę poziomu (mian) przeciwciał anty-HLA w surowicy pacjenta przeprowadza się na podstawie intensywności fluorescencji powstałych kompleksów. Cytometr z podwójnym laserem Luminex 100 IS 2.3 służy do odczytu fluorescencyjnego. Na podstawie porównania kontroli negatywnych i pozytywnych oblicza się punkt odcięcia.

Konwencjonalne czynniki ryzyka CAV zostaną określone w 1 miesiąc i 12 miesięcy po przeszczepie serca.

Zostanie zmierzony profil lipidowy (cholesterol całkowity, LDL, HDL i trójglicerydy). Ciśnienie krwi w trzech powtórzeniach będzie mierzone w pozycji leżącej (1 godzinę przed regularną biopsją endomiokardialną). Kontrola glikemii zostanie określona ilościowo przez pomiary poziomu hemoglobiny A1, glukozy w osoczu. Status wirusa cytomegalii (CMV) będzie mierzony za pomocą mian immunoglobuliny G (IgG), immunoglobuliny M (IgM).

Innymi monitorowanymi parametrami będą: 1) przebieg i stan kliniczny po przeszczepie; występowanie dysfunkcji przeszczepu (monitorowanie echokardiograficzne będzie następowało po każdej biopsji endomiokardiograficznej), 2) występowanie odrzucenia komórkowego i/lub humoralnego w biopsjach endomiokardialnych (8 protokołowanych biopsji endomiokardialnych w ciągu 12 miesięcy po transplantacji serca), 3) obecność i rozmieszczenie tkanek (naczyniowe /nienaczyniowe) barwienie fragmentów dopełniacza C3 i C4 (markery aktywacji dopełniacza za pośrednictwem przeciwciał), 4) okres zimnego niedokrwienia alloprzeszczepu serca 5) etiologia śmierci mózgu dawcy 6) stopień niedopasowania HLA między dawcą a biorcą , 7) poziom cytokin we krwi zaangażowanych w regulację humoralnej odpowiedzi immunologicznej.