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Es gibt keine gesunden Menschen, es gibt wenig untersuchte: Frühdiagnose einer koronaren Herzkrankheit



Die moderne Diagnose von Krankheiten durch Bildgebung hat viele Methoden: MRT, CT, FA, Ultraschall usw. Jeder von ihnen ist auf seine Weise einzigartig und bietet eine Reihe von Informationen über die Gesundheit des Patienten. Alles hat jedoch seine Nachteile, und die oben genannten Methoden sind keine Ausnahme. Wissenschaftler der Stanford University haben beschlossen, eine neue Visualisierungsmethode zu entwickeln, die die Stärken mehrerer klassischer Methoden gleichzeitig kombiniert und gleichzeitig frei von ihren Nachteilen ist. Grundlage der Erfindung war das von ihnen entwickelte Kontrastmittel, mit dem Sie bei Patienten, die noch keine sichtbaren Symptome aufweisen, eine frühzeitige Diagnose einer koronaren Herzkrankheit durchführen können. Was ist die Basis der neuen Methode und wie funktioniert sie? Dies erfahren wir aus dem Bericht von Wissenschaftlern. Gehen.

Studienbasis


Eine der häufigsten Todesursachen der Welt ist die koronare Herzkrankheit (KHK), wenn der Herzkreislauf gestört ist, was zu einer Schädigung des Herzmuskels führt. Die akute Form der koronaren Herzkrankheit wird durch Myokardinfarkt ausgedrückt, und die chronische Form manifestiert sich durch periodische Anfälle von Angina pectoris. Vor dem Auftreten offensichtlicher Symptome verläuft die Krankheit jedoch ziemlich heimlich, woraus der Patient nicht sofort weiß, dass er krank ist.

Aufgrund des Fehlens offensichtlicher Symptome in den frühen Stadien der Entwicklung einer koronaren Herzkrankheit ist es selbst mit CT (Computertomographie) ziemlich schwierig, ihre Symptome zu erkennen. Befindet sich die Krankheit in einem für die Diagnosegeräte „wahrnehmbaren“ Stadium, treten andere Schwierigkeiten auf: Beispielsweise kann die MRT die Belastung atherosklerotischer Plaques und den Grad ihrer Stenose (Verengung einer Hohlstruktur des Körpers) nicht genau bestimmen, was die Vorhersage von Herzinfarkten erheblich erschwert. Je früher eine IHD diagnostiziert wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein Plaquebruch verhindert wird.

Die Forscher glauben, dass nicht-invasive bildgebende Verfahren der Plaque-Pathobiologie der Schlüssel zu einer erfolgreichen Früherkennung von Erkrankungen der Herzkranzgefäße sein können. In der Kernbildgebung ist der Absorptionsgrad von Fluordesoxyglucose (das häufigste PET-Label *)) korreliert direkt mit dem Grad der Plaque-Infiltration in Makrophagen in den meisten entzündeten Arterien im Vergleich zu gesunden Arterien.
PET-Label * - ein radioaktives Präparat (Radioligand), das in der Positronenemissionstomographie (PET) als Markierungssubstanz verwendet wird.
Beispielsweise werden die Gorton-Krankheit (Riesenzellarteriitis) und das Takayasu-Syndrom (unspezifische Aortoarteritis) unter Verwendung des [11C] PK11195-Markers in Kombination mit PET und CT nachgewiesen und quantifiziert.

Die MRT kann wiederum verwendet werden, um die Anreicherung von Eisenoxid durch Makrophagen nachzuweisen, was ein Zeichen für eine atherosklerotische Entzündung von zusammengesetzten Plaques ist. Die Visualisierung von Eisenoxid-Nanopartikeln erfolgt üblicherweise mittels Sequenzen von Gradientenechosignalen. Diese Sequenzen erzeugen stabile Kontraste in Parenchymorganen wie dem Myokard (Herz), der Leber und der Bauchspeicheldrüse, wodurch eine Hypointensität des Signals oder ein negativer Kontrast erzeugt wird, der die Region der Eisenoxid-Nanopartikel umgibt. Bei diesem Ansatz ist es jedoch schwierig, die Gefäßwände anzuzeigen, da kein geeigneter Hintergrund für einen negativen Kontrast vorhanden ist, da in den die Gefäßwand umgebenden Strukturen in Brust und Hals eine große Luftmenge vorhanden ist.

Eine weitere diagnostische Methode ist die photoakustische Bildgebung. Diese relativ junge Methode wird verwendet, um Ansammlungen von lipidspezifischen Plaques in der Struktur der Kollagen- und Karotis-Thrombose im Wellenlängenbereich von 1130–1250 nm nachzuweisen. Dieses Verfahren hat jedoch auch seine wesentlichen Nachteile.

In dieser Studie beschlossen die Wissenschaftler, eine neue Diagnosemethode zu entwickeln, die in ihrer Wirksamkeit mit MRT, CT oder photoakustischer Bildgebung konkurrieren kann, jedoch ohne ihre Nachteile. Grundlage der Methode ist das von den Autoren der Studie entwickelte Kontrast-NIR-Mittel (NIR - Near Infrarot Range), das als NET (NIR Erythrocyt Sensor) bezeichnet wird. Zusätzlich zu NET wurden photoakustische (FA) und Fluoreszenzbildgebungssysteme verwendet, die zusammen den Nachweis von Entzündungen in den Koronararterien ermöglichten.


Bild Nr. 1: Versuchsaufbau einer neuen Diagnosemethode.

Der Prozess des neuen Verfahrens kann wie folgt beschrieben werden: Wenn während der FA-Bildgebung ein nichtionisierender Laserpuls in die Koronararterie eintritt, kann er eine Stenose oder Blockierung aufgrund einer thermoelastischen Expansion aufgrund der Absorption von NET-Energie in Entzündungszellen erkennen. Ferner werden diese Erweiterungen vom Ultraschallwandler als akustische Druckwelle erfasst und in FA-Signale umgewandelt.

Zu diesem Zeitpunkt der Studie wurden alle Experimente an Labormäusen mit Ligation * der linken anterioren absteigenden Koronararterie durchgeführt.
Ligation * - Ligatur (Spezialfaden) auf das Blutgefäß auftragen, um Blutungen zu stoppen. Im Fall dieser Studie, um verstopfte Arterien zu simulieren.

NET-Vorbereitung


NET wurden aus roten Blutkörperchen von Swiss Webster Sentinel-Mäusen hergestellt. Blut wurde unter Verwendung von Spritzen entnommen, die mit 3% Heparin beschichtet waren. Als nächstes wurde eine Zentrifugation durchgeführt (1000 × g für 5–10 Minuten bei 4 ° C), um rote Blutkörperchen abzutrennen.

Plasma und Leukozytenmembran wurden vor der Resuspension des Erythrozytensediments in physiologischer Kochsalzlösung mit Phosphatpuffer (PBS) mit einer osmotischen Konzentration * von etwa 320 Milliosmol entfernt. Dann wurden die roten Blutkörperchen erneut zentrifugiert (1000 × g für 5–10 Minuten bei 4 ° C) und dreimal mit PBS gewaschen.
Osmotische Konzentration * - die Gesamtkonzentration aller gelösten Partikel.
Nach jedem Waschen wurde der Überstand * entfernt .
Überstand * - Flüssigkeit, die verbleibt, nachdem unlösliche Stoffe während der Zentrifugation ausgefällt sind.
Die roten Blutkörperchen wurden dann einer hypotonischen Behandlung durch Resuspension in 0,25 × PBS (~ 80 Milliosmol) unterzogen und vor der Zentrifugation ~ 20.000 Minuten lang inkubiert (20.000 × g für 20 Minuten bei 4 ° C).

Der Hämoglobin enthaltende Überstand wurde entfernt und die hypotonische Behandlung wurde wiederholt, bis das Erythrozytensediment weiß wurde, was auf ihre Hämoglobinverarmung (EG) hinweist.

Zur Bildung von Partikeln mit Nanogröße wurde ein Erythrozytenpellet 20 Mal durch poröse Polycarbonatmembranen (400 nm und 200 nm) gesiebt. Danach wurde der Zentrifugations- und Waschvorgang noch mehrmals wiederholt.

Versuchsergebnisse


NET zeigte eine Peakverteilung des hydrodynamischen Durchmessers innerhalb von 89,92 ± 3,35 nm basierend auf dynamischer Lichtstreuung ( 2a ) und starker Absorption bei 600-800 nm aufgrund des Vorhandenseins von ICG * ( 2b ).
ICG * (Indocyaningrün) ist ein Cyaninfarbstoff, der NET zur besseren Visualisierung zugesetzt wird.

Bild 2: NET-Charakteristik.

In Reaktion auf die Photoanregung bei 650 nm wurden Fluoreszenzpeaks bei ~ 700 und 790 nm beobachtet, die den H-ähnlichen und monomeren Formen von ICG ( 2c ) entsprachen.

Um die korrekte NET-Dosiskonzentration zu bestimmen, wurde die Strahlungswirksamkeit von zwei Konzentrationsoptionen bewertet: 20 & mgr; M und 1 mM ( 2d ). Diese Analyse zeigte, dass die Strahlungseffizienz für 20 & mgr; M 5,43 × 10 7 (f / s / cm 2 / sr) / (& mgr; M / cm 2 ) betrug .
f / s / cm 2 / sr * - die Anzahl der Photonen pro Sekunde, die einen Quadratzentimeter Gewebe verlassen und in einem Raumwinkel von einem Steradiant emittiert werden.
Gleichzeitig wurde für die Konzentrationsvariante von 1 mM nichts gefunden, was auf eine Unterdrückung der Aggregation hinweist. Daher wurde die offensichtliche Entscheidung getroffen, ausschließlich 20 μM NET für die geplanten Experimente an Mäusen zu verwenden.


Bild Nr. 3: Ein Diagramm des Herzens der Maus, das den Ort der Ligation der Arterie und den Bereich des Herzinfarkts zeigt.


Bild Nr. 4: Visualisierung der Arterienligationsregion 1 Stunde nach NET-Verabreichung.

Der 1,5 mm-Bereich über dem Ligationspunkt ( 4a , gelber Pfeil) entspricht der NET-Akkumulation, wodurch das photoakustische Signal dieses Abschnitts ( 4b ) 256-mal stärker (± 13,73) war als das Signal des Abschnitts ohne Ligation.

Darüber hinaus lieferte die NET-Akkumulation in der Koronararterie, im Thymus und in der Leber starke Fluoreszenzsignale, wenn sie durch die gesamte Haut ( 5a ), d. H. ohne die Notwendigkeit einer invasiven Intervention.


Bild Nr. 5: Visualisierung der NET-Akkumulation im Ligationsbereich, bestätigt durch Dissektion.

Ähnliche vom Herzen ausgehende Signale wurden auch nach Dissektion der Brust beobachtet ( 5b ).

Die Infarktregion mit fibrösem Gewebe wurde auch unterhalb der Ligation ( 5c , blauer Pfeil) der Koronararterie ( 5c , grüner Pfeil) erfolgreich identifiziert .


Bild 6: Vergleich von Visualisierungssignalen mit einer ganzen oder offenen Brust.

Ein Anstieg der Fluoreszenzsignale von 1,6-2 wurde auch bei der Bildgebung der offenen Brust beobachtet als bei der nicht-invasiven Diagnose. Dies ist auf die Schwächung des Lichts zurückzuführen, das durch Streuung auf den Knochen der Brust-, Haut- und Fettschichten entsteht. Deshalb zeigte die Leber in beiden Visualisierungsoptionen die gleichen Signale.

Ein Vergleich von Signalen aus verschiedenen Regionen zeigte, dass das Signal der Koronararterie mit Ligation 1,32-mal höher als das Signal des Thymus und 1,96-mal höher als das Signal der Leber ist.


Bild 7: Visualisierung des Bereichs des Myokardinfarkts.

Der Bereich des Myokardinfarkts ( 3b ), bestehend aus Narben und Gewebenekrose im linken Ventrikel des Herzens, befand sich direkt unter der bandagierten Koronararterie ( 7a und 7b ).

Ganze lebensfähige Myozyten (Muskelzellen) wurden nur im rechten Ventrikel beobachtet. Ein mit Trichrom gefärbtes Septum zwischen dem linken und rechten Ventrikel wurde durch blaues Kollagen isoliert, was auf einen Herzinfarktbereich mit Narbenbildung, Granulation und Fibrose hinweist ( 7c ). Der Visualisierungsmarker Picrosirius rot zeigt abgebautes Kollagen ( 7d ) in der betroffenen Koronararterie an. Polarisiertes Licht wurde verwendet, um die Art des abgebauten Kollagens zu identifizieren ( 7e ). Ölrot O (lysochromer Azofarbstoff) wurde verwendet, um die Menge an Lipiden in der Nähe des Ligationsbereichs ( 7f ) zu bestimmen . Und Mac-2 und Dapi zeigten eine starke Entzündung aufgrund der Ansammlung von großen Makrophagen in der Ligatur Bereich ( 7G und 7H)

H & E-gefärbte Leber zeigte einen normalen Pfortadertrakt ( 7i ), fehlende parenchymale Nekrose, Entzündung, Fibrose oder andere pathologische Veränderungen, was auf ein hohes Maß an NET-Biokompatibilität hinweist.

Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, den Bericht von Wissenschaftlern zu lesen .

Epilog


Laut den Forschern kombiniert ihre diagnostische Methode die Stärken klassischer Methoden, und dies sind nicht nur große Worte. Die Kombination von photoakustischer und Fluoreszenzbildgebung kann Okklusionen und möglicherweise entzündliche Zellen wie Makrophagen genauer erkennen.

Wenn das in den Körper eingebrachte NET-Mittel durch gepulste Laserstrahlung aktiviert wird, werden FA-Signale erzeugt, die in Bilder umgewandelt werden können.

Die Rekonstruktion photoakustischer Bilder ähnelt der von Ultraschall, jedoch mit einer räumlichen Karte der optischen Absorption durch endogene und exogene Komponenten. Die optische Absorption und Ultraschallstreuung des Gewebes der Koronararterien machen es optimal für eine hochauflösende photoakustische Bildgebung mit einer Tiefe von 3 bis 5 cm. Die Fluoreszenzbildgebung ist sowohl in Bezug auf die Auflösung als auch in Bezug auf die Tiefe (mehrere Millimeter) begrenzt.

Eines der wichtigsten Merkmale des entwickelten Kontrastmittels NET ist, dass es nicht von Muskelzellen absorbiert wird, wodurch das Hintergrundgeräusch reduziert wird, das normalerweise bei Verwendung von Standard-PET-Mitteln (z. B. 18F-FDG) auftritt.

In den Experimenten betrachteten Wissenschaftler das Herz als Objekt für die Diagnose. Die neue Methode kann jedoch auch auf andere Organe angewendet werden, sodass Ärzte so wichtige Informationen über Patienten erhalten können, auch wenn die Symptome nicht so offensichtlich sind.

Die Arbeit des Diagnostikers ist vergleichbar mit der Formel 1, aber anstelle des Autos des Gegners konkurriert der Arzt mit der Krankheit und der Preis in diesem Rennen ist das Leben des Patienten. Wenn jemandes Leben auf dem Spiel steht, ist jede Sekunde kostbar, weil die Schaffung neuer Methoden für eine frühzeitige Diagnose so wichtig ist.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und wünschen Sie allen ein schönes Wochenende! :) :)

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