Angiogenes och fibros vid hjärtinfarkt

Integriner är en grupp molekyler som ansvarar för intercellulär adhesion och signalering. De omfattar en superfamilj av heterodimera receptorer som är sammansatta av 18 olika α- och β-subenheter. I kombination kan de generera 24 olika receptorsubtyper med en rad fysiologiska och patofysiologiska funktioner [Takada et al, 2007]. αvβ3-receptorn är ett integrin som finns i låga nivåer på mogna endotelceller men är markant uppreglerat på endotelceller i aktivt växande blodkärl. Den var tidigare känd som vitronektinreceptorn även om den senare visade sig binda många andra ligander inklusive fibrinogen, fibronektin, laminin, trombospondin, von Willebrand-faktor och vissa kollagensubtyper. Dessa egenskaper ses också med αvβ5-integrinreceptorn, där båda receptorerna känner igen arginin-glycin-aspartat (RGD)-motivet närvarande på dessa ligander.

1.1.2 Roll av αvβ3 och αvβ5 integriner i hjärt-kärlsjukdomar

Uttrycket av avp3- och avp5-receptorer är uppreglerat i ett antal sjukdomstillstånd och detta har karaktäriserats särskilt väl i angiogenesen associerad med tumörtillväxt och metastaser [Friedlander et al, 1995; Brooks et al, 1994]. Det finns emellertid många potentiella roller för denna integrinväg i kardiovaskulär sjukdom inklusive hjärtinfarkt, ateroskleros, restenos, aortastenos och aneurysmsjukdom som har varit relativt outforskade.

1.1.2.1 Hjärtinfarkt

Efter hjärtinfarkt finns en intensiv inflammatorisk respons följt av angiogenes och fibros. Under denna tid av läkning och reparation finns det en markerad reglering av integriner för att orkestrera effektiv myokardläkning. För αvβ3- och αvβ5-integrinreceptorerna speglar detta både angiogenes och fibros med tanke på deras ligandbindande egenskaper [van den Borne et al, 2008; Higuchi et al, 2008]. Detta är i centrum för tidig och fördröjd ombyggnad av vänster kammare i infarkt- och peri-infarktzonen. Den tidiga fasen domineras av angiogenes för att återställa vaskulär integritet och vävnadsperfusion med αvβ3- och αvβ5-receptorer som uppregleras och uttrycks på aktiverade endotelceller i nybildade kärl [Higuchi et al, 2008]. Med efterföljande myokardläkning och ommodellering kräver aktivering av fibroblaster och differentiering till myofibroblaster αvβ3- och αvβ5-receptorinteraktioner och är centralt för utvecklingen av fibros [van den Borne et al, 2008]. Felanpassade fibrotiska svar och negativ ombyggnad av vänster kammare kan ligga bakom utvecklingen av hjärtsvikt efter hjärtinfarkt. Dessa processer och vägar kan också spela en roll i utvecklingen av myokardfibros vid andra tillstånd som vänsterkammarhypertrofi i samband med aortastenos [Dweck et al, 2011].

1.1.2.2 Ateroskleros och restenos

Utvecklingen av ateroskleros beror på ett komplext samspel av oxiderad lipid, inflammatorisk cellinfiltration och glattmuskelcellsmigration i artärväggen. När de väl har etablerats kan aterosklerotiska plack utvecklas och brista, vilket leder till kliniska presentationer av akut hjärtinfarkt och stroke. Funktioner som är förknippade med plackruptur inkluderar en tunn fibrös mössa, lipidrik pool och intraplackblödning. Faktum är att plackruptur är särskilt associerad med plackneovaskularisering och uttryck av vaskulär-endoteltillväxtfaktor [Hiyama et al, 2010] vilket tyder på att instabilitet kan induceras av angiogenes. Således kan uppreglering av αvβ3- och αvβ5-receptorer representera en ny markör för och potentiellt terapeutiskt mål för [Maile et al, 2010], placksårbarhet.

Processen med neointimal hyperplasi och restenos efter perkutan kranskärlsintervention involverar rekryteringen av vaskulära glatta muskelceller. Denna process är också beroende av både αvβ3- och αvβ5-receptorer och är också ett potentiellt mål för hämning av restenos [Kokubo et al, 2007].

1.1.3 Fluciklatid

Fluciclatid är en RGD-innehållande cyklisk peptid som nyligen har utvecklats som en 18F-radiospårare för att detektera tumörangiogenes genom positronemissionstomografi. Den är mycket selektiv för αvβ3- och αvβ5-receptorerna med affiniteter (EC50) på 11,1 respektive 0,1 nM med minimal korsreaktivitet med αIIbβ3-receptorn (EC50 281 nM). Prekliniskt tumörarbete har visat att 18F-fluciklatid tas upp av glioblastom och att detta undertrycks av den anti-angiogena tyrosinkinashämmaren, sunitinib, vilket bekräftar specificiteten av fluciklatid för områden med angiogenes. Det har utvärderats i kliniska fas I-prövningar och befunnits vara säkert och väl tolererat.

1.1.4 Mål

Hittills har det gjorts många prekliniska studier som undersöker tillämpningen av radiospårämnen som riktar sig mot αvβ3- och αvβ5-integrinreceptorerna. Den kliniska tillämpningen av dessa spårämnen har till stor del begränsats till onkologi som en metod för att bedöma angiogenes i tumörer. Här vill vi utforska rollen för αvβ3- och αvβ5-receptorradiotracern, 18F-fluciclatid, för att bedöma angiogenes och fibros i två stora hjärt-kärlsjukdomsområden. Specifikt avser vi att utvärdera myokardiell angiogenes och ombyggnad hos patienter med nyligen genomförd hjärtinfarkt. Vi räknar med att denna patientgrupp kommer att ha samexisterande aorta aterom och detta kommer att ge oss en opportunistisk bedömning av spårämnesupptag vid åderförkalkning. Vi anser att det är viktigt att bedöma en rad kardiovaskulära tillstånd för att avgöra om αvβ3- och αvβ5-integrinreceptoruttryck är speciellt för vissa sjukdomsprocesser. Om de lyckas kommer dessa preliminära data att möjliggöra en mer detaljerad utforskning av specifika sjukdomsområden och nya terapeutiska ingrepp. För närvarande är flukiklatid inte licensierad eller godkänd för klinisk användning och används här som ett undersökningsmedel för att utforska patofysiologin för aortastenos.

1.2 URSPRUNGLIGA HYPOTES

Vi antar att 18F-fluciklatid kan identifiera uttrycket av αvβ3- och αvβ5-integrinreceptorerna in vivo hos människa i två stora hjärt-kärlsjukdomsområden: akut hjärtinfarkt och aorta-ateroskleros. Specifikt antar vi att 18F-fluciklatid kommer:

1. Visa selektivt upptag inom området för hjärtinfarkt i den tidiga återhämtningsfasen (1-3 veckor).
2. Bind i både infarkt och avlägsna regioner hos patienter med betydande hjärtinfarkt i de senare faserna av återhämtningen (6-12 veckor)
3. Tas upp i aorta aterosklerotisk plack.

6 BEDÖMNINGAR

6.1 ANGIOGENES OCH FIBROS EFTER AKUT HJÄRTAKARDINFARKTION

Efter akut hjärtinfarkt finns det en intensiv uppreglering av αvβ3- och αvβ5-receptorer som initialt hjälper till att reglera angiogenes och återställande av vaskulär integritet och vävnadsperfusion förutom fördröjt uttryck som är associerat med utvecklingen av fibros i det infarkterade myokardiet. Vi kommer därför att bedöma patienter två och nio veckor efter akut hjärtinfarkt. Eftersom det inte kommer att vara möjligt att utföra direkt histologisk bekräftelse av angiogenes eller fibros i denna population, kommer vi att jämföra dessa fynd med patienter med etablerat kollateralt kranskärlsblodflöde från en kronisk kransartärocklusion samt magnetisk hjärtresonansavbildning av etablerad och stabil myokard. fibros.

6.1.1 Studieschema

På dagarna 14±7 och 63±7 efter en akut hjärtinfarkt kommer 30 patienter att genomgå blodprovstagning och positronemission och datortomografi med 18F-fluciklatid. Efter injektion av 18F-fluciklatid kommer patienter att övervakas med vår kliniska standardmetod, inklusive observation av hemodynamiska parametrar, och detta kommer att fortsätta under hela studiebesöket fram till avresan. De kommer också att genomgå hjärtmagnetisk resonanstomografi med bedömning av gadoliniumperfusion och sen förstärkning på dag 14±7 och igen mellan 6 till 12 månader efter hjärtinfarkten. Vi kommer specifikt att rekrytera två lika stora och matchade populationer av patienter (n=15 per grupp) i vilka den infarktrelaterade artären har varit eller inte har revaskulariserats med perkutan kranskärlsintervention. Dessutom kommer vi på liknande sätt att bedöma, vid ett enda tillfälle, 10 ålders- och könsmatchade patienter med en kronisk (>6 månader) ocklusion av ett stort epikardiellt kärl.

Blodprover kommer att bedömas med hjälp av kliniska biokemiska och hematologiska standardprofiler såsom fullt blodvärde och urea och elektrolyter. Dessutom kommer markörer för hjärtischemi, fibros och angiogenes att bedömas. Ytterligare serum, plasma och DNA kommer att lagras vid -80 grader Celsius för framtida potentiella analyser.

6.1.2 Studietolkning

Med tanke på att kärlen kommer att vara helt etablerade, kommer de kollaterala artärerna och eventuellt infarktat myokard hos patienter med en kronisk ocklusion inte att uttrycka αvβ3- och αvβ5-receptorerna och kommer att fungera som negativa kontroller. Vi räknar också med att de med en akut hjärtinfarkt och en orevaskulariserad fullständig kransartärocklusion kommer att ha ett mer intensivt upptag av 18F-fluciklatid både dag 14 och dag 63 på grund av större tidig neovaskularisering och mer omfattande infarkt. Patienter med fullständig revaskularisering har sannolikt måttlig angiogenes och fibros, och vi förväntar oss därför ett mindre intensivt 18F-fluciklatidupptag vid båda tidpunkterna. Även om vi inte kommer att ha en jämförelse av histologi, kommer magnetresonanstomografin för hjärtat att ge oss data om omfattningen av hjärtinfarkten (dag 14) och fibros (6 - 12 månader), vänsterkammarfunktion, grad av myokardperfusion och närvaro av mikrovaskulär obstruktion. Vi kommer också att bedöma hela infarktgruppen (n=30) för att avgöra om omfattningen av 18F-fluciklatidupptag korrelerar med magnetiska resonansmått för vänsterkammarfunktion och ombyggnad efter infarkt.

Vi avser att använda bilderna från 10 ålders- och könsmatchade friska försökspersoner som rekryterats från en samexisterande studie med titeln "Identifieringen av in vivo angiogenes och fibros vid aortastenos med positronemissionstomografi" (FoU 2012/R/CAR/23, REC 12/SS/0204). Dessa kommer att fungera som negativa kontroller som komparatorer för friskt myokardium. Det är en liknande studie som involverar användning av radiotracer 18F-Fluciclatid hos patienter med aortastenos. Dessa patienter kommer att ha genomgått en enda CT-PET-skanning och en MRI-skanning med bedömning av sen gadoliniumförstärkning och kommer att ha samtyckt till att deras data används i denna aktuella studie.

6.2 ANGIOGENES VID AORTADEROSKLOROS

Patienter med akut hjärtinfarkt kommer att ha en hög prevalens av samtidig aorta ateroskleros. I Dr Dwecks Fellowship kunde vi utnyttja denna koppling och genomföra sekundära analyser av 18F-natriumfluoridupptag vid aorta och koronar ateroskleros [Dweck et al, 2012b]. Detta genererade några mycket innovativa fynd som informerade vår förståelse av åderförkalkning och rollen av förkalkning.

6.2.1 Studieschema

Vi kommer att använda datamängder som erhållits från patienterna ovan för att utforska upptaget av 18F-fluciklatid i bröstaorta. Åderförkalkning kommer att identifieras med hjälp av datortomografi och magnetiska resonansbilder erhållna av bröstkorgen vid tidpunkten för studien. Ingen ytterligare bildinsamling kommer att krävas. Detta kommer att tillhandahålla pilotdata för att informera efterföljande dedikerade studier fokuserade på akut inflammerade aterosklerotiska plack, såsom patienter med nyligen övergående ischemiska attacker eller stroke som kan hänföras till karotissjukdom.