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No hay personas sanas, hay poco examen: diagnóstico temprano de enfermedad coronaria



El diagnóstico moderno de enfermedades a través de imágenes tiene muchos métodos: MRI, CT, FA, ultrasonido, etc. Cada uno de ellos es único a su manera y proporciona un cierto rango de información sobre la salud del paciente. Sin embargo, todo tiene sus inconvenientes, y los métodos anteriores no son una excepción. Los científicos de la Universidad de Stanford decidieron desarrollar un nuevo método de visualización que combinará las fortalezas de varios métodos clásicos a la vez, pero al mismo tiempo estará libre de sus inconvenientes. La base de la invención fue el agente de contraste desarrollado por ellos, con el que puede realizar un diagnóstico precoz de la enfermedad coronaria en pacientes que todavía no tienen síntomas visibles. ¿Cuál es la base del nuevo método y cómo funciona? Aprendemos sobre esto del informe de los científicos. Vamos.

Base de estudio


Una de las causas más comunes de muerte en el mundo es la enfermedad coronaria (CHD), cuando se altera la circulación coronaria, lo que conduce a un daño miocárdico. La forma aguda de la enfermedad coronaria se expresa por infarto de miocardio, y la forma crónica se manifiesta por ataques periódicos de angina de pecho. Sin embargo, antes de la manifestación de síntomas obvios, la enfermedad procede de manera bastante secreta, de lo que el paciente no sabe de inmediato que está enfermo.

Debido a la ausencia de síntomas obvios en las primeras etapas del desarrollo de la enfermedad coronaria, es bastante difícil detectar sus síntomas incluso con CT (tomografía computarizada). Si la enfermedad se encuentra en una etapa "notable" para el equipo de diagnóstico, surgen otras dificultades: por ejemplo, la resonancia magnética no puede determinar con precisión la carga en las placas ateroscleróticas y el grado de su estenosis (estrechamiento de cualquier estructura hueca del cuerpo), lo que complica en gran medida la predicción de ataques cardíacos. En consecuencia, cuanto antes se diagnostique un DHI, es más probable que prevenga la ruptura de la placa.

Los investigadores creen que las técnicas de imagen de patobiología de placa no invasivas pueden ser la clave para un diagnóstico temprano exitoso de la enfermedad de la arteria coronaria. En imágenes nucleares, el nivel de absorción de fluorodesoxiglucosa (la etiqueta PET más común *) se correlaciona directamente con el grado de infiltración de la placa en los macrófagos en la mayoría de las arterias inflamadas en comparación con las arterias sanas.
Etiqueta PET * : una preparación radiactiva (radioligando) utilizada en la tomografía por emisión de positrones (PET) como sustancia marcadora.
Por ejemplo, la enfermedad de Gorton (arteritis de células gigantes) y el síndrome de Takayasu (aortoarteritis inespecífica) se detectan y cuantifican usando la etiqueta [11C] PK11195 en combinación con PET y CT.

A su vez, la resonancia magnética se puede utilizar para detectar la acumulación de óxido de hierro por los macrófagos, que es un signo de inflamación aterosclerótica de las placas compuestas. La visualización de nanopartículas de óxido de hierro generalmente se realiza mediante secuencias de señales de eco de gradiente. Estas secuencias crean contrastes estables en los órganos parenquimatosos como el miocardio (corazón), el hígado y el páncreas, generando hipointensidad de la señal o contraste negativo que rodea la región de las nanopartículas de óxido de hierro. Sin embargo, con este enfoque, es difícil mostrar las paredes de los vasos debido a la falta de un fondo adecuado para el contraste negativo debido a la presencia de una gran cantidad de aire en las estructuras que rodean la pared del vaso en el pecho y el cuello.

Otro método de diagnóstico es la imagen fotoacústica. Este método relativamente joven se utiliza para detectar acumulaciones de placas específicas de lípidos en la estructura de la trombosis de colágeno y arteria carótida en el rango de longitud de onda de 1130-1250 nm. Sin embargo, este método también tiene sus inconvenientes significativos.

En este estudio, los científicos decidieron crear un nuevo método de diagnóstico que pueda competir en efectividad con MRI, CT o imágenes fotoacústicas, pero sin sus inconvenientes. La base del método es el agente de contraste NIR (NIR - rango infrarrojo cercano) desarrollado por los autores del estudio, llamado NET (sensor de eritrocitos NIR). Además de NET, se utilizaron sistemas de imágenes fotoacústicas (FA) y fluorescentes, que juntos permitieron detectar inflamación en las arterias coronarias.


Imagen No. 1: configuración experimental de un nuevo método de diagnóstico.

El proceso del nuevo método se puede describir de la siguiente manera: durante la formación de imágenes de FA, cuando un pulso láser no ionizante ingresa a la arteria coronaria, puede detectar estenosis o bloqueo debido a la expansión termoelástica de la absorción de energía NET dentro de las células inflamatorias. Además, estas extensiones serán detectadas por el transductor ultrasónico como una onda de presión acústica y convertidas en señales de FA.

En esta etapa del estudio, todos los experimentos se realizaron en ratones de laboratorio con ligadura * de la arteria coronaria descendente anterior izquierda.
Ligadura * : aplicación de ligadura (hilo especial) al vaso sanguíneo para detener el sangrado. En el caso de este estudio, para simular arterias obstruidas.

Preparación neta


NET se hicieron de glóbulos rojos de ratones Swiss Webster Sentinel. Se extrajo sangre usando jeringas recubiertas con 3% de heparina. A continuación, se realizó una centrifugación (1000 x g durante 5-10 minutos a 4 ° C) para separar los glóbulos rojos.

El plasma y la membrana leucocitaria se eliminaron antes de volver a suspender el sedimento de eritrocitos en solución salina fisiológica con tampón fosfato (PBS) con una concentración osmótica * de aproximadamente 320 miliosmol. Luego, los glóbulos rojos se centrifugaron nuevamente (1000 x g durante 5–10 minutos a 4 ° C) y se lavaron tres veces con PBS.
Concentración osmótica * : la concentración total de todas las partículas disueltas.
Después de cada lavado, se eliminó el sobrenadante * .
Sobrenadante * : el líquido restante después de que la materia insoluble precipita durante la centrifugación.
Los glóbulos rojos fueron sometidos a tratamiento hipotónico por resuspensión en 0.25xPBS (≈80 miliosmol) y se dejaron incubar durante ≈10 minutos antes de la centrifugación (20,000 xg durante 20 minutos a 4 ° C).

Se retiró el sobrenadante que contenía hemoglobina y se repitió el tratamiento hipotónico hasta que el sedimento de eritrocitos se volvió blanco, lo que indica su agotamiento de la hemoglobina (EG).

Para formar partículas de tamaño nanométrico, se tamizó un sedimento de eritrocitos 20 veces a través de membranas porosas de policarbonato (400 nm y 200 nm). Después de eso, el proceso de centrifugación y lavado se repitió varias veces más.

Resultados del experimento


NET mostró una distribución máxima del diámetro hidrodinámico dentro de 89.92 ± 3.35 nm basado en la dispersión dinámica de la luz ( 2a ) y una fuerte absorción a 600–800 nm debido a la presencia de ICG * ( 2b ).
ICG * (Indocyanin Green) es un colorante de cianina agregado a NET para una mejor visualización.

Imagen # 2: característica NET.

En respuesta a la fotoexcitación a 650 nm, se observaron picos de radiación de fluorescencia a ≈ 700 y 790 nm, correspondientes a las formas monoméricas tipo H de ICG ( 2c ).

Para determinar la concentración correcta de la dosis de NET, se evaluó la eficacia de la radiación de dos opciones de concentración: 20 μM y 1 mM ( 2d ). Este análisis mostró que la eficiencia de radiación para 20 μM fue de 5.43 x 107 (f / s / cm 2 / sr) / (μM / cm 2 ).
f / s / cm 2 / sr * : la cantidad de fotones por segundo que dejan un centímetro cuadrado de tejido y se emiten en un ángulo sólido de un esteradiano.
Al mismo tiempo, no se encontró nada para la variante de concentración de 1 mM, lo que indica supresión de agregación. Por lo tanto, se tomó la decisión obvia de usar exclusivamente 20 μM NET para los experimentos planificados en ratones.


Imagen No. 3: un diagrama del corazón del ratón, que muestra el lugar de ligadura de la arteria y la región del infarto de miocardio.


Imagen No. 4: visualización del área de ligadura de la arteria 1 hora después de la introducción de NET.

La región de 1.5 mm por encima del punto de ligadura ( 4a , flecha amarilla) corresponde a la acumulación de NET, como resultado de lo cual la señal fotoacústica de esta sección ( 4b ) fue 256 veces más fuerte (± 13.73) que la señal de la sección sin ligadura.

Además, la acumulación de NET en la arteria coronaria, el timo y el hígado proporcionó fuertes señales de fluorescencia cuando se fotografió a través de toda la piel ( 5a ), es decir. sin la necesidad de intervención invasiva.


Imagen No. 5: visualización de la acumulación de NET en la región de ligadura, confirmada por disección.

Señales similares que emanan del corazón también se observaron después de la disección del tórax ( 5b ).

La región de infarto con tejido fibroso también se identificó con éxito debajo de la ligadura ( 5c , flecha azul) de la arteria coronaria ( 5c , flecha verde).


Imagen 6: Comparación de las señales de visualización con un cofre completo o abierto.

También se observó un aumento en las señales de fluorescencia de 1.6-2 con imágenes del tórax abierto, que con el diagnóstico no invasivo. Esto se debe al debilitamiento de la luz resultante de la dispersión en los huesos del pecho, la piel y las capas de grasa. Es por eso que el hígado mostró las mismas señales en ambas opciones de visualización.

La comparación de señales de diferentes regiones mostró que la señal de la arteria coronaria con ligadura es 1.32 veces mayor que la señal del timo y 1.96 veces mayor que la señal del hígado.


Imagen 7: visualización del área de infarto de miocardio.

El área del infarto de miocardio ( 3b ), que consta de cicatrices y necrosis tisular en el ventrículo izquierdo del corazón, estaba directamente debajo de la arteria coronaria vendada ( 7a y 7b ).

Se observaron miocitos viables enteros (células musculares) solo en el ventrículo derecho. Se aisló un tabique teñido con tricromo entre los ventrículos izquierdo y derecho con colágeno azul, lo que indica un área de ataque cardíaco con cicatrización, granulación y fibrosis ( 7c ). El marcador de visualización Picrosirius rojo indica colágeno degradado ( 7d ) en la arteria coronaria afectada. Se usó luz polarizada para identificar el tipo de colágeno degradado ( 7e ). Se usó Oil Red O (colorante azo lisocrómico) para determinar la cantidad de lípidos cerca de la región de ligadura ( 7f ). Y Mac-2 y Dapi revelaron una fuerte inflamación debido a la acumulación de grandes macrófagos en la región de ligadura ( 7g y 7h)

El hígado teñido con H&E mostró un tracto portal normal ( 7i ), falta de necrosis parenquimatosa, inflamación, fibrosis u otros cambios patológicos, lo que indica un alto nivel de biocompatibilidad NET.

Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos .

Epílogo


Según los investigadores, su método de diagnóstico combina las fortalezas de los métodos clásicos, y estas no son solo grandes palabras. La combinación de imágenes fotoacústicas y fluorescentes puede detectar con mayor precisión las oclusiones y posiblemente las células inflamatorias, como los macrófagos.

Cuando el agente NET introducido en el cuerpo se activa mediante radiación láser pulsada, se generan señales de FA que se pueden convertir en imágenes.

La reconstrucción de imágenes fotoacústicas es similar a la ecografía, pero con un mapa espacial de absorción óptica por componentes endógenos y exógenos. La absorción óptica y la dispersión ultrasónica de los tejidos de las arterias coronarias lo hacen óptimo para imágenes fotoacústicas de alta resolución con una profundidad de 3-5 cm. Mientras que las imágenes de fluorescencia son limitadas tanto en términos de resolución como de profundidad (varios milímetros).

Una de las características más importantes del agente de contraste desarrollado NET es que no es absorbido por las células musculares, lo que reduce el ruido de fondo que generalmente está presente cuando se usan agentes PET estándar (por ejemplo, 18F-FDG).

En los experimentos, los científicos consideraron el corazón como un objeto para el diagnóstico. Sin embargo, el nuevo método se puede aplicar a otros órganos, lo que permite a los médicos obtener información tan importante sobre los pacientes, incluso cuando los síntomas no son tan evidentes.

El trabajo del diagnosticador es comparable al de la Fórmula 1, pero en lugar del auto del oponente, el médico compite en velocidad con la enfermedad, y el premio en esta carrera es la vida del paciente. Cuando la vida de alguien está en juego, cada segundo es precioso, porque la creación de nuevos métodos para el diagnóstico temprano es muy importante.

¡Gracias por su atención, tengan curiosidad y tengan un gran fin de semana a todos, muchachos! :)

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