Get best of the week

Tidak ada orang sehat, ada yang diperiksa: diagnosis dini penyakit jantung koroner



Diagnosis penyakit modern melalui pencitraan memiliki banyak metode: MRI, CT, FA, ultrasound, dll. Masing-masing dari mereka unik dengan caranya sendiri dan menyediakan sejumlah informasi tentang kesehatan pasien. Namun, semuanya memiliki kelemahan, dan metode di atas tidak terkecuali. Para ilmuwan dari Stanford University memutuskan untuk mengembangkan metode visualisasi baru yang akan menggabungkan kekuatan beberapa metode klasik sekaligus, tetapi pada saat yang sama bebas dari kekurangannya. Dasar dari penemuan ini adalah zat kontras yang dikembangkan oleh mereka, yang dengannya Anda dapat melakukan diagnosis dini penyakit jantung koroner pada pasien yang masih tidak memiliki gejala yang terlihat. Apa dasar dari metode baru dan bagaimana cara kerjanya? Kami belajar tentang ini dari laporan para ilmuwan. Pergilah.

Dasar studi


Salah satu penyebab kematian paling umum di dunia adalah penyakit jantung koroner (PJK), ketika sirkulasi koroner terganggu, yang mengarah pada kerusakan miokard. Bentuk akut penyakit jantung koroner diekspresikan oleh infark miokard, dan bentuk kronis dimanifestasikan oleh serangan periodik angina pektoris. Namun, sebelum manifestasi dari gejala yang jelas, penyakit ini berlangsung cukup rahasia, dari mana pasien tidak segera tahu bahwa dia sakit.

Karena tidak adanya gejala yang jelas pada tahap awal perkembangan penyakit jantung koroner, sangat sulit untuk mendeteksi gejalanya bahkan dengan CT (computed tomography). Jika penyakit ini pada tahap "nyata" untuk peralatan diagnostik, maka kesulitan lain muncul: misalnya, MRI tidak dapat secara akurat menentukan beban pada plak aterosklerotik dan tingkat stenosis mereka (penyempitan struktur tubuh yang berlubang), yang sangat mempersulit prediksi serangan jantung. Akibatnya, semakin dini IHD didiagnosis, semakin besar kemungkinan untuk mencegah pecahnya plak.

Para peneliti percaya bahwa teknik pencitraan patobiologi plak non-invasif dapat menjadi kunci keberhasilan diagnosis dini penyakit arteri koroner. Dalam pencitraan nuklir, tingkat penyerapan fluorodeoxyglucose ( label PET paling umum *langsung berkorelasi dengan tingkat infiltrasi plak pada makrofag di sebagian besar arteri yang meradang dibandingkan dengan arteri yang sehat.
Label PET * - preparat radioaktif (radioligand) yang digunakan dalam positron emission tomography (PET) sebagai zat penandaan.
Misalnya, penyakit Gorton (arteritis sel raksasa) dan sindrom Takayasu (aortoarteritis nonspesifik) terdeteksi dan dikuantifikasi menggunakan label [11C] PK11195 dalam kombinasi dengan PET dan CT.

Pada gilirannya, MRI dapat digunakan untuk mendeteksi akumulasi oksida besi oleh makrofag, yang merupakan tanda peradangan aterosklerotik plak komposit. Visualisasi nanopartikel besi oksida biasanya dilakukan dengan urutan sinyal gema gradien. Urutan ini menciptakan kontras yang stabil pada organ parenkim seperti miokardium (jantung), hati dan pankreas, menghasilkan intensitas sinyal hipo atau kontras negatif yang mengelilingi wilayah nanopartikel oksida besi. Namun, dengan pendekatan ini, sulit untuk menampilkan dinding kapal karena kurangnya latar belakang yang cocok untuk kontras negatif karena adanya sejumlah besar udara dalam struktur yang mengelilingi dinding kapal di dada dan leher.

Metode diagnostik lain adalah pencitraan fotoakustik. Metode yang relatif muda ini digunakan untuk mendeteksi akumulasi plak spesifik lipid dalam struktur kolagen dan trombosis arteri karotis pada kisaran panjang gelombang 1130-1250 nm. Namun, metode ini juga memiliki kelemahan yang signifikan.

Dalam studi ini, para ilmuwan memutuskan untuk membuat metode diagnostik baru yang dapat bersaing efektif dengan MRI, CT atau pencitraan fotoakustik, tetapi tanpa kelemahan mereka. Dasar dari metode ini adalah agen kontras NIR (NIR - near infrared range) yang dikembangkan oleh penulis penelitian, yang disebut NET (sensor eritrosit NIR). Selain NET, photoacoustic (FA) dan sistem pencitraan fluoresensi digunakan, yang bersama-sama memungkinkan untuk mendeteksi peradangan pada arteri koroner.


Gambar No. 1: pengaturan eksperimental metode diagnostik baru.

Proses metode baru dapat dijelaskan sebagai berikut: selama pencitraan FA, ketika pulsa laser non-pengion memasuki arteri koroner, dapat mendeteksi stenosis atau penyumbatan karena ekspansi termoelastik dari penyerapan energi NET di dalam sel-sel inflamasi. Selanjutnya, ekstensi ini akan dideteksi oleh transduser ultrasonik sebagai gelombang tekanan akustik dan dikonversi menjadi sinyal FA.

Pada tahap penelitian ini, semua percobaan dilakukan pada tikus laboratorium dengan ligasi * arteri koroner desendens anterior kiri.
Ligasi * - mengoleskan ligatur (benang khusus) ke pembuluh darah untuk menghentikan pendarahan. Dalam kasus penelitian ini, untuk mensimulasikan arteri yang tersumbat.

Persiapan NET


NET dibuat dari sel darah merah dari tikus Swiss Webster Sentinel. Darah diambil menggunakan jarum suntik dilapisi dengan heparin 3%. Selanjutnya, sentrifugasi dilakukan (1000 x g selama 5-10 menit pada suhu 4 ° C) untuk memisahkan sel darah merah.

Membran plasma dan leukosit dikeluarkan sebelum penangguhan kembali endapan eritrosit dalam larutan garam fisiologis dengan buffer fosfat (PBS) dengan konsentrasi osmotik * sekitar 320 miliosmol. Kemudian, sel darah merah disentrifugasi lagi (1000 x g selama 5-10 menit pada suhu 4 ° C) dan dicuci tiga kali dengan PBS.
Konsentrasi osmotik * - konsentrasi total semua partikel terlarut.
Setelah setiap pencucian, supernatan * dihilangkan .
Supernatan * - cairan yang tersisa setelah endapan materi tidak larut selama sentrifugasi.
Sel-sel darah merah kemudian dikenakan perawatan hipotonik dengan resuspensi dalam 0,25xPBS (≈80 miliosmol) dan diinkubasi selama ≈10 menit sebelum sentrifugasi (20.000 xg selama 20 menit pada 4 ° C).

Supernatan yang mengandung hemoglobin dihilangkan dan pengobatan hipotonik diulang sampai endapan eritrosit menjadi putih, menunjukkan penipisan hemoglobin (EG) mereka.

Untuk membentuk partikel nanosized, pelet eritrosit disaring 20 kali melalui membran berpori polikarbonat (400 nm dan 200 nm). Setelah itu, proses sentrifugasi dan pencucian diulang beberapa kali lagi.

Hasil Eksperimen


NET menunjukkan distribusi puncak diameter hidrodinamik dalam 89,92 ± 3,35 nm berdasarkan hamburan cahaya dinamis ( 2a ) dan penyerapan kuat pada 600-800 nm karena kehadiran ICG * ( 2b ).
ICG * (Indocyanin Green) adalah pewarna sianin yang ditambahkan ke NET untuk visualisasi yang lebih baik.

Gambar # 2: Karakteristik NET.

Menanggapi photoexcitation pada 650 nm, puncak radiasi fluoresensi diamati pada ≈ 700 dan 790 nm, sesuai dengan bentuk ICG mirip-H dan monomerik ( 2c ).

Untuk menentukan konsentrasi dosis NET yang tepat, kemanjuran radiasi dari dua opsi konsentrasi dievaluasi: 20 μM dan 1 mM ( 2d ). Analisis ini menunjukkan bahwa efisiensi radiasi untuk 20 μM adalah 5,43 x 107 (f / s / cm 2 / sr) / (μM / cm 2 ).
f / s / cm 2 / sr * - jumlah foton per detik yang meninggalkan satu sentimeter persegi jaringan dan dipancarkan ke sudut solid satu steradian.
Pada saat yang sama, tidak ada yang ditemukan untuk varian konsentrasi 1 mM, yang menunjukkan penekanan agregasi. Oleh karena itu, keputusan yang jelas dibuat untuk menggunakan secara eksklusif 20 μM NET untuk percobaan yang direncanakan pada tikus.


Gambar No. 3: diagram jantung tikus, yang menunjukkan tempat ligasi arteri dan daerah infark miokard.


Gambar No. 4: visualisasi daerah ligasi arteri 1 jam setelah pemberian NET.

Wilayah 1,5 mm di atas titik ligasi ( 4a , panah kuning) sesuai dengan akumulasi NET, sebagai akibatnya sinyal fotoakustik bagian ini ( 4b ) 256 kali lebih kuat (± 13,73) daripada sinyal bagian tanpa ligasi.

Selain itu, akumulasi NET di arteri koroner, timus, dan hati memberikan sinyal fluoresensi yang kuat ketika dicitrakan melalui seluruh kulit ( 5a ), yaitu tanpa perlu intervensi invasif.


Gambar No. 5: visualisasi akumulasi NET di wilayah ligasi, dikonfirmasi oleh diseksi.

Sinyal serupa yang berasal dari jantung juga diamati setelah pembedahan dada ( 5b ).

Daerah infark dengan jaringan fibrosa juga berhasil diidentifikasi di bawah ligasi ( 5c , panah biru) dari arteri koroner ( 5c , panah hijau).


Gambar 6: Perbandingan sinyal visualisasi dengan dada utuh atau terbuka.

Peningkatan sinyal fluoresensi 1,6-2 juga diamati dengan pencitraan dada terbuka, dibandingkan dengan diagnosis non-invasif. Hal ini disebabkan oleh melemahnya cahaya yang dihasilkan dari hamburan pada tulang dada, kulit dan lapisan lemak. Itulah sebabnya hati menunjukkan sinyal yang sama di kedua opsi visualisasi.

Perbandingan sinyal dari berbagai daerah menunjukkan bahwa sinyal arteri koroner dengan ligasi adalah 1,32 kali lebih tinggi dari sinyal timus, dan 1,96 kali lebih tinggi daripada sinyal hati.


Gambar 7: visualisasi area infark miokard.

Area infark miokard ( 3b ), terdiri dari bekas luka dan nekrosis jaringan di ventrikel kiri jantung, berada langsung di bawah arteri koroner yang dibalut ( 7a dan 7b ).

Seluruh miosit yang layak (sel otot) hanya diamati di ventrikel kanan. Septum bernoda trichrome antara ventrikel kiri dan kanan diisolasi oleh kolagen biru, menunjukkan daerah serangan jantung dengan jaringan parut, granulasi, dan fibrosis ( 7c ). Penanda visualisasi Picrosirius red menunjukkan kolagen terdegradasi ( 7d ) di arteri koroner yang terkena. Cahaya terpolarisasi digunakan untuk mengidentifikasi jenis kolagen terdegradasi ( 7e ). Oil Red O (pewarna azo lisokromik) digunakan untuk menentukan jumlah lipid di dekat daerah ligasi ( 7f ). Dan Mac-2 dan Dapi mengungkapkan peradangan yang kuat karena akumulasi makrofag besar di wilayah ligasi ( 7g dan 7 jam)

H&E hati yang bernoda menunjukkan saluran portal yang normal ( 7i ), kurangnya nekrosis parenkim, peradangan, fibrosis atau perubahan patologis lainnya, menunjukkan tingkat biokompatibilitas NET yang tinggi.

Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian, saya sarankan Anda membaca laporan para ilmuwan .

Epilog


Menurut para peneliti, metode diagnostik mereka menggabungkan kekuatan metode klasik, dan ini bukan hanya kata-kata besar. Kombinasi pencitraan fotoakustik dan fluoresensi dapat lebih akurat mendeteksi oklusi dan kemungkinan sel-sel inflamasi, seperti makrofag.

Ketika agen NET diperkenalkan ke dalam tubuh diaktifkan oleh radiasi laser berdenyut, sinyal FA dihasilkan yang dapat dikonversi menjadi gambar.

Rekonstruksi gambar fotoakustik mirip dengan USG, tetapi dengan peta spasial penyerapan optik oleh komponen endogen dan eksogen. Penyerapan optik dan hamburan ultrasonik dari jaringan arteri koroner membuatnya optimal untuk pencitraan fotoakustik resolusi tinggi dengan kedalaman 3-5 cm, sedangkan pencitraan fluoresensi terbatas baik dalam hal resolusi dan dalam hal kedalaman (beberapa milimeter).

Salah satu fitur paling penting dari kontras agen yang dikembangkan NET adalah bahwa ia tidak diserap oleh sel-sel otot, sehingga mengurangi kebisingan latar belakang yang biasanya hadir ketika menggunakan agen PET standar (misalnya, 18F-FDG).

Dalam percobaan, para ilmuwan menganggap jantung sebagai objek diagnosis. Namun, metode baru dapat diterapkan pada organ lain, sehingga memungkinkan dokter untuk mendapatkan informasi penting tentang pasien, bahkan ketika gejalanya tidak begitu jelas.

Pekerjaan diagnostik sebanding dengan Formula 1, tetapi alih-alih mobil lawan, dokter berkompetisi dalam kecepatan dengan penyakit ini, dan hadiah dalam lomba ini adalah hidup pasien. Ketika kehidupan seseorang dipertaruhkan, setiap detik sangat berharga, karena penciptaan metode baru untuk diagnosis dini sangat penting.

Terima kasih atas perhatian Anda, tetap penasaran dan selamat berakhir pekan, semuanya! :)

Sedikit iklan :)


Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman Anda, cloud VPS untuk pengembang dari $ 4,99 , analog unik dari server entry-level yang diciptakan oleh kami untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps mulai dari $ 19 atau cara membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kali lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas c menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?

More articles:


All Articles