Förutsägelse av aortadilatation och -ruptur (DilAo)

1. Syfte med studien Syftet med denna studie är att utforska prognostiska parametrar för aortadilation. Mer specifikt är det för att identifiera prognostiska avbildningsparametrar som skulle kunna användas för att identifiera patienter med hög risk för snabb aortadilation och som bör följas intensivt av avbildningsmetoder.

2. Delprov

1. Klinisk studie 1 Syftet med den första fasen av studien är att identifiera 4D MRI-flödesparametrar som är karakteristiska för dilaterad aorta och som kan användas för att utvärdera framtida prognos hos patienter med aortadilatation eller predisponerande faktorer.
2. Klinisk studie 2 Den andra fasen av studien syftar till att använda identifierade flödesparametrar i klinisk avbildningsuppföljning för att ta reda på vilka parametrar som förutsäger aortadilation i verkligheten och därmed kan användas för att välja patienter för mer intensiv avbildning i framtiden.
3. Studie 3 - Molekylär patologi, histologi och genetik för aorta Syftet med denna del av studien är att ta reda på skillnader i molekylärbiologi, histologi, elasticitet och genetik hos aorta hos patienter som har predisponerande faktorer för aortadilation. Speciellt kommer cellulära faktorer som påverkar bildandet av bindväv och vaskulärt glatt muskelskikt att studeras.

3. Metoder

1. Patientpopulation Alla patienter och friska frivilliga kommer att ge sitt skriftliga informerade samtycke till studien. Den etiska kommittén i norra Savolax sjukhusdistrikt har gett godkännande för försöket.

Studie 1 Den första fasen av studien kommer att inkludera tjugo patienter med anatomisk eller funktionell BAV eller annan sjukdom som predisponerar för dilatation av aorta planerad för rutinmässig aorta MRT på Kuopio Universitetssjukhus (KUH) avdelningen för radiologi. 4D-flödes-MR kommer att göras direkt efter den rutinmässiga 2D-MR och det kommer att förlänga avbildningstiden med cirka 20 minuter. Tjugo friska frivilliga kontroller kommer att rekryteras från forskargruppen och personal på avdelningen och de kommer att schemaläggas för liknande bildbehandlingsförfarande. Huvudparametrarna som analyseras från dessa engångsbilder är toppflödeshastighet och flödesexcentricitet, flödesvirvel och väggskjuvspänning. Parametrar relaterade till aortas styvhet och geometri kommer också att bestämmas i denna studie. Jämförelse av 4D-flödes-MRI-parametrarna mellan patienterna och friska kontroller kommer att göras, 4D-flödesparametrar kommer också att jämföras med konventionella 2D-flödesparametrar både hos studiepatienterna och hos friska kontroller.

Studie 2 För uppföljningsstudien kommer 100 patienter att rekryteras på samma sätt som för de första studiepatienterna. Inklusionskriterierna kommer att vara: vuxen (ålder > 18 år), tidigare dokumenterad aortadilation, dokumenterad anatomisk eller funktionell BAV eller annan ärftlig störning, som medför ökad risk för aortadilation, ingen kontraindikation för MRT. Liknande aorta-MR kommer att utföras som under den kliniska studien 1. Uppföljningsavbildningen kommer dock att utföras efter 6 månader från första MRT och årligen i 5 år. Samma 4D- och 2D-flödesparametrar kommer att analyseras som i den första studien. Det speciella intresset kommer att utses till graden av aortadilation och korrelation mellan 4D (och 2D) flödesparametrar till aortadimensionerna.

Kliniska parametrar Alla patienter som besöker polikliniken kommer att genomgå klinisk undersökning (auskultation, kliniska tecken på hjärtsvikt, hepatomegali, perifert ödem, arteriellt blåsljud). 12-avledningselektrokardiografi och grundläggande laboratorieanalyser (hemoglobin, hematokrit, natrium, kalium, kreatinin, hjärnans natriuretisk peptid) kommer att utföras. Med patientens skriftliga tillstånd sparas ytterligare en tub med blod för framtida analys och patienten kommer att informeras om syftet med detta prov.

Ekokardiografi Transtorakal ekokardiografi kommer att göras med hjälp av rutinmässiga kliniska metoder. Särskilt intresse kommer att utses för aortaklaffens anatomi och aortadimensioner. Andra tecken på hjärtmanifestationer kommer också att registreras. Ventrikulära dimensioner och volymetriska parametrar samt ventrikulär systolisk och diastolisk funktion kommer att utvärderas.

Aorta MRI Magnetisk resonansangiografi och 2D-flödesmätningar Statisk avbildning av aortan görs med en EKG- och andningsstyrd 3D SSFP (steady state free percession) sekvens [Kawel et al 2012]. Bildstapel erhålls i sagittalt plan och bearbetas vid MPR-arbetsstationen för att få bilder vinkelräta mot blodflödesaxeln. Aortans diameter mäts från yttervägg till yttervägg. Den bredaste diametern på aortan bestäms och som rutin mäts aortans diameter vid 8 förutbestämda nivåer.

4D faskontrast MRT Blodflödet i aortan kommer att mätas baserat på MRT faskontrast. Mätningen kommer att göras genom att repetera bildpulssekvensen utan och med flödesviktningsgradienter för tre dimensioner med interfolierat sätt och mätningen. Avbildningsparametrarna kommer att ställas in enligt 4D MRI flödesmätning konsensus uttalande [Dyverfelt 2015] inom kort: upplösning på < 2,5x2,5x2,5 mm3, tidsupplösning på 30 ms (tidsupplösning i flöde i olika hjärtfaser), retrospektiv EKG-synkronisering och andningsrörelsekompensation, vändvinkel nära Ernst-vinkeln och flödesviktningsgradientamplituden så att maximalt flöde är 10 % högre än förväntat maximalt flöde i aortan. Avbildningsvolymen kommer att täcka aortaklaffen, aortabågen och nedåtgående aorta vid nivån av myokardiets spets. Data kommer att förbehandlas för att minimera bidrag från bakgrundsfasförskjutningar, gradientdefekter och fasomslutningar.

Flödesparametrar Från 4D-flödesbilderna kommer flera kvantitativa parametrar att extraheras. Huvudparametrarna är de som beskriver flödesfördelningen i aortan, dvs toppflödeshastighet och excentricitet, flödesvirvel och skjuvspänning på kärlväggarna. Dessutom kommer flera parametrar relaterade till aortas styvhet och geometri och funktion hos aortaklaffen att registreras. Under uppföljningen kommer förändringar och prognostiskt värde av de kvantifierade parametrarna att utvärderas.

I syftet med valideringen kommer 4D-flödesparametrar att jämföras med parametrar som extraherats från konventionella 2D-flödessekvenser.

Kliniskt uppföljningsprotokoll Patienter som rekryteras för uppföljningsstudien (studie 2) kommer att screenas på nytt med aorta-MR efter ett halvår från rekryteringen och årligen efter det första uppföljningsbesöket upp till fem år eller enligt klinisk uppföljning schema. Om tillståndet för aortadilationen indikerar mer intensiv uppföljning kommer att användas.

Statistiska analyser Prognostiska faktorer kommer att testas för statistisk signifikans genom att jämföra flödesparametrar och associerade faktorer med graden av aortadilation genom att använda lämplig multivariat analys. Statistisk signifikans kommer att sättas till p<0,05 och hög statistisk signifikans till p < 0,01. Data kommer att analyseras med hjälp av SPSS för Windows-programmet.

Studie 3

Den tredje delstudien kommer att inkludera 20+100 patienter med svår aortadilatation planerad för aortaoperation. Humana aortaprover samlas in under rutinmässig aorta-ersättningskirurgi från den avlägsnade vaskulära vävnaden. Utöver vävnadsprover kommer ett blodprov att samlas in för genetisk och molekylär analys. Patienterna har gett sitt skriftliga tillstånd till histologiska prover och blodprover innan operationen. Efter resektion överförs proverna omedelbart till flytande kväve (frysta prover), PFA-PBS (histologiska prover) eller till cellodlingsmedium för cellisolering (endotelceller, vaskulära glatta muskelceller, fibroblaster). Frysta prover lagras i -70 °C och isolerade celler i flytande kväve. Histologiska prover kommer att bearbetas till paraffinet och lagras som ett paraffinblock. Prover kommer att lagras i upp till 10 år och därefter destrueras de som biologiskt farligt avfall. Rådata kommer att lagras i elektriska arkiv som European Genome-phenome Archive (EGA).

Analyser Molekylärbiologi och histologi hos aortaproverna undersöks med RT-qPCR, immunhistokemi och multifotonmikroskopi. Uttryck av relevanta gener t.ex. TGF-β, VEGF-familjen, COX-1 och 2, eNOS/Akt och proinflammatoriska cytokiner studeras, och även RNA-sekvensering, som identifierar alla uttryckta mRNA samtidigt, kan användas för att hitta skillnader i uttryck av alla aortagener mellan olika patientgrupper. FBN1-genen sekvenseras och letas efter mutationer eller deletioner.

Aorta kärlväggsarkitektur och uttryck av relevanta gener visualiseras med multifotonmikroskopi och immunhistokemi. Isolerade celler används för singelcellsanalys, som gör det möjligt att studera en levande cell och dess molekylära händelser åt gången, och ger helt ny information om olika cellers funktioner i kärlväggen. Erhållna data är indelade i sjukdoms- och åldersmatchande grupper, och korrelationer mellan hjärtsjukdomsstatus, aorta-genuttryck och aortahistologi kommer att undersökas. Data kommer också att kopplas ihop och jämföras med den prekliniska musstudien som beskrivs i bilaga 1, och den mänskliga aorta MRI 4D-flödesavbildningsstudien som beskrivs i avsnitt 3.4.

Biomekanik för histologiska aortaprover Biomekaniska parametrar såsom styvhet och brotthållfasthet kommer att mätas från aortaproverna. Mätningarna och analysen kommer att göras i samarbete med BBC-gruppen vid Östra Finlands universitet. De biomekaniska parametrarna i de studerade patientgrupperna kommer att jämföras och användas som en parameter i multivarianta statistiska analyser. Resultaten kommer också att jämföras och kopplas till fynd inom histologisk och molekylärbiologi.

Kontroller Prover för jämförelse med normal vävnad kommer att samlas in från 10 organdonatorer som opereras på Kuopio Universitetssjukhus. Proverna kommer att hanteras enligt beskrivning hos aortapatienter.

Matematisk modellering av aorta Avbildningsdata från 20 patienter kommer att skickas anonymt till JAMK Yrkeshögskola för matematisk simuleringsmodellering av aortaflöde och väggspänning.

4. Samarbete Den kliniska studien genomförs multiprofessionellt på Kuopio Universitetssjukhus tillsammans med avdelningarna för klinisk kardiologi, hjärt-thoraxkirurgi (Hjärtcentrum) och radiologi (Clinical Imaging Center). De histopatologiska, molekylära och genetiska studierna utförs vid Institutionen för molekylära vetenskaper vid A I Virtanen-institutet, Östra Finlands universitet (UEF). Biomekaniska tester kommer att genomföras vid institutionen för tillämpad fysik i UEF. Den matematiska modelleringen av aortabilderna kommer att utföras vid JAMK University of Applied Sciences. De inhämtade 4D MRI-flödesresultaten kommer att analyseras och valideras enligt standarder från Kuopio Universitetssjukhus.