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Il n'y a pas de personnes en bonne santé, il y en a sous-examinées: diagnostic précoce des maladies coronariennes



Le diagnostic moderne des maladies par imagerie a de nombreuses méthodes: IRM, CT, FA, échographie, etc. Chacun d'eux est unique à sa manière et fournit une certaine gamme d'informations sur la santé du patient. Cependant, tout a ses inconvénients, et les méthodes ci-dessus ne font pas exception. Les scientifiques de l'Université de Stanford ont décidé de développer une nouvelle méthode de visualisation qui combinera les forces de plusieurs méthodes classiques à la fois, mais en même temps libre de leurs inconvénients. La base de l'invention était l'agent de contraste développé par eux, avec lequel vous pouvez effectuer un diagnostic précoce de la maladie coronarienne chez les patients qui n'ont toujours pas de symptômes visibles. Quelle est la base de la nouvelle méthode et comment fonctionne-t-elle? Nous en apprenons sur le rapport des scientifiques. Aller.

Base d'étude


L'une des causes de décès les plus courantes dans le monde est la maladie coronarienne (CHD), lorsque la circulation coronaire est perturbée, ce qui entraîne des lésions myocardiques. La forme aiguë de la maladie coronarienne est exprimée par un infarctus du myocarde, et la forme chronique se manifeste par des attaques périodiques d'angine de poitrine. Cependant, avant la manifestation de symptômes évidents, la maladie se déroule de manière assez secrète, dont le patient ne sait pas immédiatement qu'il est malade.

En raison de l'absence de symptômes évidents aux premiers stades du développement de la maladie coronarienne, il est assez difficile de détecter ses symptômes même avec la tomodensitométrie. Si la maladie est à un stade «perceptible» pour le matériel de diagnostic, alors d'autres difficultés surviennent: par exemple, l'IRM ne peut pas déterminer avec précision la charge sur les plaques athérosclérotiques et le degré de leur sténose (rétrécissement de toute structure creuse du corps), ce qui complique grandement la prédiction des crises cardiaques. Par conséquent, plus un IHD est diagnostiqué tôt, plus il est probable qu'il empêche la rupture de la plaque.

Les chercheurs pensent que les techniques d'imagerie non invasive de la pathobiologie des plaques peuvent être la clé d'un diagnostic précoce réussi de la maladie coronarienne. En imagerie nucléaire, le niveau d'absorption du fluorodésoxyglucose (le label PET le plus courant *) est directement en corrélation avec le degré d'infiltration de plaque dans les macrophages dans la plupart des artères enflammées par rapport aux artères saines.
Étiquette PET * - une préparation radioactive (radioligand) utilisée en tomographie par émission de positons (PET) comme substance de marquage.
Par exemple, la maladie de Gorton (artérite à cellules géantes) et le syndrome de Takayasu (aortoartérite non spécifique) sont détectés et quantifiés à l'aide de l'étiquette [11C] PK11195 en combinaison avec la TEP et la TDM.

À son tour, l'IRM peut être utilisée pour détecter l'accumulation d'oxyde de fer par les macrophages, qui est un signe d'inflammation athérosclérotique des plaques composites. La visualisation des nanoparticules d'oxyde de fer est généralement réalisée au moyen de séquences de signaux d'écho à gradient. Ces séquences créent des contrastes stables dans les organes parenchymateux tels que le myocarde (cœur), le foie et le pancréas, générant une hypo-intensité du signal ou un contraste négatif entourant la région des nanoparticules d'oxyde de fer. Cependant, avec cette approche, il est difficile d'afficher les parois des vaisseaux en raison de l'absence d'un fond approprié pour un contraste négatif en raison de la présence d'une grande quantité d'air dans les structures entourant la paroi des vaisseaux dans la poitrine et le cou.

Une autre méthode de diagnostic est l'imagerie photoacoustique. Cette méthode relativement récente est utilisée pour détecter les accumulations de plaques lipidiques dans la structure du collagène et la thrombose de l'artère carotide dans la gamme de longueurs d'onde de 1130–1250 nm. Cependant, cette méthode a également ses inconvénients importants.

Dans cette étude, les scientifiques ont décidé de créer une nouvelle méthode de diagnostic qui peut rivaliser en efficacité avec l'IRM, la TDM ou l'imagerie photoacoustique, mais sans leurs inconvénients. La base de la méthode est l'agent de contraste NIR (NIR - proche infrarouge) développé par les auteurs de l'étude, appelé NET (NIR erythrocyte sensor). En plus du NET, des systèmes d'imagerie photoacoustique (FA) et de fluorescence ont été utilisés, ce qui a permis ensemble de détecter l'inflammation dans les artères coronaires.


Image n ° 1: configuration expérimentale d'une nouvelle méthode de diagnostic.

Le processus de la nouvelle méthode peut être décrit comme suit: pendant l'imagerie FA, lorsqu'une impulsion laser non ionisante pénètre dans l'artère coronaire, elle peut détecter une sténose ou un blocage dû à l'expansion thermoélastique de l'absorption d'énergie NET à l'intérieur des cellules inflammatoires. De plus, ces extensions seront détectées par le transducteur ultrasonique comme une onde de pression acoustique et converties en signaux FA.

À ce stade de l'étude, toutes les expériences ont été menées sur des souris de laboratoire avec ligature * de l' artère coronaire descendante antérieure gauche.
Ligature * - application d'une ligature (fil spécial) sur le vaisseau sanguin pour arrêter le saignement. Dans le cas de cette étude, simuler des artères obstruées.

Préparation NET


NET ont été fabriqués à partir de globules rouges de souris Swiss Webster Sentinel. Le sang a été prélevé à l'aide de seringues recouvertes d'héparine à 3%. Ensuite, une centrifugation a été effectuée (1000 x g pendant 5 à 10 minutes à 4 ° C) pour séparer les globules rouges.

Le plasma et la membrane leucocytaire ont été retirés avant la remise en suspension des sédiments érythrocytaires dans une solution saline physiologique avec du tampon phosphate (PBS) avec une concentration osmotique * d' environ 320 milliosmoles. Ensuite, les globules rouges ont été centrifugés à nouveau (1000 x g pendant 5 à 10 minutes à 4 ° C) et lavés trois fois avec du PBS.
Concentration osmotique * - la concentration totale de toutes les particules dissoutes.
Après chaque lavage, le surnageant * a été retiré .
Surnageant * - liquide restant après que les matières insolubles précipitent pendant la centrifugation.
Les globules rouges ont ensuite été soumis à un traitement hypotonique par remise en suspension dans 0,25xPBS (~ 80 milliosmoles) et laissés à incuber pendant ~ 10 minutes avant la centrifugation (20 000 xg pendant 20 minutes à 4 ° C).

Le surnageant contenant de l'hémoglobine a été retiré et le traitement hypotonique a été répété jusqu'à ce que les sédiments érythrocytaires deviennent blancs, indiquant leur épuisement en hémoglobine (EG).

Pour former des particules nanométriques, un culot érythrocytaire a été tamisé 20 fois à travers des membranes poreuses en polycarbonate (400 nm et 200 nm). Après cela, le processus de centrifugation et de lavage a été répété plusieurs fois.

Résultats de l'expérience


NET a montré une distribution maximale du diamètre hydrodynamique à 89,92 ± 3,35 nm basée sur la diffusion dynamique de la lumière ( 2a ) et une forte absorption à 600-800 nm en raison de la présence d' ICG * ( 2b ).
ICG * (Indocyanin Green) est un colorant cyanine ajouté au NET pour une meilleure visualisation.

Image n ° 2: caractéristique NET.

En réponse à la photoexcitation à 650 nm, des pics de rayonnement de fluorescence ont été observés à ≈ 700 et 790 nm, correspondant aux formes H et monomères de l'ICG ( 2c ).

Pour déterminer la concentration de dose NET correcte, l'efficacité de rayonnement de deux options de concentration a été évaluée: 20 μM et 1 mM ( 2d ). Cette analyse a montré que l'efficacité du rayonnement pour 20 μM était de 5,43 x 107 (f / s / cm 2 / sr) / (μM / cm 2 ).
f / s / cm 2 / sr * - le nombre de photons par seconde qui quittent un centimètre carré de tissu et sont émis dans un angle solide d'un stéradian.
Dans le même temps, rien n'a été trouvé pour la variante de concentration de 1 mM, ce qui indique une suppression d'agrégation. Par conséquent, la décision évidente a été prise d'utiliser exclusivement 20 μM NET pour les expériences prévues sur des souris.


Image n ° 3: un diagramme du cœur de la souris, qui montre le lieu de ligature de l'artère et la région de l'infarctus du myocarde.


Image n ° 4: visualisation de la zone de ligature de l'artère 1 heure après l'introduction du NET.

La région de 1,5 mm au-dessus du point de ligature ( 4a , flèche jaune) correspond à l'accumulation NET, à la suite de quoi le signal photoacoustique de cette section ( 4b ) était 256 fois plus fort (± 13,73) que le signal de la section sans ligature.

De plus, l'accumulation NET dans l'artère coronaire, le thymus et le foie a fourni de forts signaux de fluorescence lors de l'imagerie à travers la peau entière ( 5a ), c'est-à-dire sans la nécessité d'une intervention invasive.


Image n ° 5: visualisation de l'accumulation de NET dans la région de ligature, confirmée par dissection.

Des signaux similaires émanant du cœur ont également été observés après dissection de la poitrine ( 5b ).

La région d'infarctus avec du tissu fibreux a également été identifiée avec succès sous la ligature ( 5c , flèche bleue) de l'artère coronaire ( 5c , flèche verte).


Image 6: Comparaison des signaux de visualisation avec un thorax entier ou ouvert.

Une augmentation des signaux de fluorescence de 1,6-2 a également été observée avec l'imagerie de la poitrine ouverte, qu'avec le diagnostic non invasif. Cela est dû à l'affaiblissement de la lumière résultant de la diffusion sur les os de la poitrine, la peau et les couches graisseuses. C'est pourquoi le foie a montré les mêmes signaux dans les deux options de visualisation.

La comparaison des signaux de différentes régions a montré que le signal de l'artère coronaire avec ligature est 1,32 fois plus élevé que le signal du thymus et 1,96 fois plus élevé que le signal du foie.


Image 7: visualisation de la zone d'infarctus du myocarde.

La zone d'infarctus du myocarde ( 3b ), constituée de cicatrices et de nécrose tissulaire dans le ventricule gauche du cœur, était directement sous l'artère coronaire bandée ( 7a et 7b ).

Des myocytes viables entiers (cellules musculaires) n'ont été observés que dans le ventricule droit. Un septum coloré au trichrome entre les ventricules gauche et droit a été isolé par du collagène bleu, indiquant une zone de crise cardiaque avec cicatrices, granulation et fibrose ( 7c ). Le marqueur de visualisation Picrosirius rouge indique une dégradation du collagène ( 7d ) dans l'artère coronaire affectée. La lumière polarisée a été utilisée pour identifier le type de collagène dégradé ( 7e ). Le pétrole Red O (colorant azoïque lysochromique) a été utilisé pour déterminer la quantité de lipides près de la région de ligature ( 7f ). Et Mac-2 et Dapi ont révélé une forte inflammation due à l'accumulation de gros macrophages dans la région de ligature ( 7g et 7h)

Le foie coloré par H&E a montré une voie portale normale ( 7i ), un manque de nécrose parenchymateuse, une inflammation, une fibrose ou d'autres changements pathologiques, indiquant un niveau élevé de biocompatibilité NET.

Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques .

Épilogue


Selon les chercheurs, leur méthode de diagnostic combine les forces des méthodes classiques, et ce ne sont pas que de grands mots. La combinaison de l'imagerie photoacoustique et de la fluorescence peut détecter plus précisément les occlusions et éventuellement les cellules inflammatoires, telles que les macrophages.

Lorsque l'agent NET introduit dans le corps est activé par un rayonnement laser pulsé, des signaux FA sont générés et peuvent être convertis en images.

La reconstruction des images photoacoustiques est similaire à l'échographie, mais avec une carte spatiale de l'absorption optique par les composants endogènes et exogènes. L'absorption optique et la diffusion ultrasonore des tissus des artères coronaires le rendent optimal pour l'imagerie photoacoustique haute résolution avec une profondeur de 3 à 5 cm, tandis que l'imagerie par fluorescence est limitée à la fois en termes de résolution et en termes de profondeur (plusieurs millimètres).

L'une des caractéristiques les plus importantes de l'agent de contraste NET développé est qu'il n'est pas absorbé par les cellules musculaires, réduisant ainsi le bruit de fond qui est généralement présent lors de l'utilisation d'agents PET standard (par exemple, 18F-FDG).

Dans les expériences, les scientifiques ont considéré le cœur comme un objet de diagnostic. Cependant, la nouvelle méthode peut être appliquée à d'autres organes, permettant ainsi aux médecins d'obtenir des informations aussi importantes sur les patients, même lorsque les symptômes ne sont pas si évidents.

Le travail du diagnosticien est comparable à la Formule 1, mais au lieu de la voiture de l'adversaire, le médecin rivalise de vitesse avec la maladie, et le prix dans cette course est la vie du patient. Lorsque la vie d’une personne est en jeu, chaque seconde est précieuse, car la création de nouvelles méthodes de diagnostic précoce est si importante.

Merci de votre attention, restez curieux et passez un bon week-end à tous, les gars! :)

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