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Não há pessoas saudáveis, são sub-examinadas: diagnóstico precoce de doença cardíaca coronária



O diagnóstico moderno de doenças por imagem tem muitos métodos: ressonância magnética, tomografia computadorizada, FA, ultrassom etc. Cada um deles é único à sua maneira e fornece uma certa gama de informações sobre a saúde do paciente. No entanto, tudo tem suas desvantagens, e os métodos acima não são excepção. Cientistas da Universidade de Stanford decidiram desenvolver um novo método de visualização que combinaria os pontos fortes de vários métodos clássicos de uma só vez, mas ao mesmo tempo ficaria livre de suas desvantagens. A base da invenção foi o agente de contraste desenvolvido por eles, com o qual você pode realizar um diagnóstico precoce de doença cardíaca coronária em pacientes que ainda não apresentam sintomas visíveis. Qual é a base do novo método e como ele funciona? Aprendemos sobre isso com o relatório dos cientistas. Vai.

Base de estudo


Uma das causas mais comuns de morte no mundo é a doença coronariana (DCC), quando a circulação coronariana é perturbada, o que leva a danos no miocárdio. A forma aguda da doença cardíaca coronária é expressa por infarto do miocárdio, e a forma crônica se manifesta por ataques periódicos de angina de peito. No entanto, antes da manifestação de sintomas óbvios, a doença prossegue secretamente, da qual o paciente não sabe imediatamente que está doente.

Devido à ausência de sintomas óbvios nos estágios iniciais do desenvolvimento da doença cardíaca coronária, é bastante difícil detectar seus sintomas mesmo com a TC (tomografia computadorizada). Se a doença estiver em um estágio "perceptível" para o equipamento de diagnóstico, surgem outras dificuldades: por exemplo, a RM não pode determinar com precisão a carga nas placas ateroscleróticas e o grau de sua estenose (estreitamento de qualquer estrutura oca do corpo), o que complica bastante a previsão de ataques cardíacos. Consequentemente, quanto mais cedo um DIC é diagnosticado, maior a probabilidade de impedir a ruptura da placa.

Os pesquisadores acreditam que as técnicas não invasivas de imagiologia da patobiologia da placa podem ser a chave para um diagnóstico precoce bem-sucedido da doença arterial coronariana. Nas imagens nucleares, o nível de absorção da fluorodeoxiglucose (o rótulo PET mais comum *) correlaciona-se diretamente com o grau de infiltração de placas nos macrófagos na maioria das artérias inflamadas, em comparação com artérias saudáveis.
Etiqueta PET * - uma preparação radioativa (radioligando) usada na tomografia por emissão de pósitrons (PET) como substância marcadora.
Por exemplo, a doença de Gorton (arterite de células gigantes) e a síndrome de Takayasu (aortoarterite não específica) são detectadas e quantificadas usando o rótulo [11C] PK11195 em combinação com PET e CT.

Por sua vez, a ressonância magnética pode ser usada para detectar o acúmulo de óxido de ferro pelos macrófagos, que é um sinal de inflamação aterosclerótica das placas compostas. A visualização de nanopartículas de óxido de ferro é geralmente realizada por meio de sequências de sinais de eco gradiente. Essas seqüências criam contrastes estáveis ​​em órgãos parenquimatosos como o miocárdio (coração), fígado e pâncreas, gerando hipointensidade do sinal ou contraste negativo em torno da região das nanopartículas de óxido de ferro. No entanto, com esta abordagem, é difícil exibir as paredes do vaso devido à falta de um fundo adequado para contraste negativo devido à presença de uma grande quantidade de ar nas estruturas que circundam a parede do vaso no peito e no pescoço.

Outro método de diagnóstico é a imagem fotoacústica. Este método relativamente jovem é usado para detectar acúmulos de placas lipídicas específicas na estrutura da trombose do colágeno e da artéria carótida na faixa de comprimento de onda de 1130 a 1250 nm. No entanto, este método também tem suas desvantagens significativas.

Neste estudo, os cientistas decidiram criar um novo método de diagnóstico capaz de competir com eficácia com ressonância magnética, tomografia computadorizada ou imagem fotoacústica, mas sem suas desvantagens. A base do método é o agente NIR de contraste (NIR - faixa de infravermelho próximo) desenvolvido pelos autores do estudo, chamado NET (sensor eritrocitário NIR). Além do NET, foram utilizados sistemas de imagem fotoacústica (FA) e de fluorescência, que juntos possibilitaram detectar inflamação nas artérias coronárias.


Imagem nº 1: configuração experimental de um novo método de diagnóstico.

O processo do novo método pode ser descrito da seguinte maneira: durante a geração de imagens de FA, quando um pulso de laser não ionizante entra na artéria coronária, ele pode detectar estenose ou bloqueio devido à expansão termoelástica da absorção de energia NET dentro das células inflamatórias. Além disso, essas extensões serão detectadas pelo transdutor ultrassônico como uma onda de pressão acústica e convertidas em sinais FA.

Nesta fase do estudo, todas as experiências foram realizadas em ratos de laboratório com ligação * da artéria coronária descendente anterior esquerda.
Ligadura * - aplicação de ligadura (fio especial) no vaso sanguíneo para parar o sangramento. No caso deste estudo, para simular artérias entupidas.

Preparação NET


NET foram feitos a partir de glóbulos vermelhos de camundongos Swiss Webster Sentinel. O sangue foi coletado com seringas revestidas com 3% de heparina. Em seguida, foi realizada centrifugação (1000 x g por 5-10 minutos a 4 ° C) para separar os glóbulos vermelhos.

A membrana plasmática e leucocitária foi removida antes da ressuspensão do sedimento eritrocitário em soro fisiológico com tampão fosfato (PBS) com uma concentração osmótica * de cerca de 320 miliosmol. Em seguida, os glóbulos vermelhos foram centrifugados novamente (1000 x g por 5-10 minutos a 4 ° C) e lavados três vezes com PBS.
Concentração osmótica * - a concentração total de todas as partículas dissolvidas.
Após cada lavagem, o sobrenadante * foi removido .
Sobrenadante * - o líquido remanescente após a matéria insolúvel precipita durante a centrifugação.
Os glóbulos vermelhos foram então submetidos a tratamento hipotônico por ressuspensão em 0,25xPBS (~ 80 miliosmol) e deixados incubar por ~ 10 minutos antes da centrifugação (20.000 xg por 20 minutos a 4 ° C).

O sobrenadante contendo hemoglobina foi removido e o tratamento hipotônico foi repetido até o sedimento eritrocitário ficar branco, indicando sua depleção de hemoglobina (GE).

Para formar partículas nanizadas, um sedimento de eritrócitos foi peneirado 20 vezes através de membranas porosas de policarbonato (400 nm e 200 nm). Depois disso, o processo de centrifugação e lavagem foi repetido várias vezes mais.

Resultados da Experiência


O NET mostrou uma distribuição de pico do diâmetro hidrodinâmico dentro de 89,92 ± 3,35 nm, com base no espalhamento dinâmico de luz ( 2a ) e forte absorção a 600–800 nm, devido à presença de ICG * ( 2b ).
O ICG * (verde de indocianina) é um corante de cianina adicionado ao NET para melhor visualização.

Imagem 2: característica NET.

Em resposta à fotoexcitação a 650 nm, foram observados picos de radiação de fluorescência a ± 700 e 790 nm, correspondendo às formas tipo H e monoméricas de ICG ( 2c ).

Para determinar a concentração correta da dose NET, a eficácia da radiação de duas opções de concentração foi avaliada: 20 μM e 1 mM ( 2d ). Esta análise mostrou que a eficiência de radiação para 20 μM foi de 5,43 x 107 (f / s / cm 2 / sr) / (μM / cm 2 ).
f / s / cm 2 / sr * - o número de fótons por segundo que deixam um centímetro quadrado de tecido e são emitidos em um ângulo sólido de um estereótipo.
Ao mesmo tempo, nada foi encontrado para a variante de concentração de 1 mM, o que indica supressão de agregação. Portanto, foi tomada a decisão óbvia de usar exclusivamente 20 μM NET para os experimentos planejados em ratos.


Imagem nº 3: um diagrama do coração do mouse, que mostra o local da ligadura da artéria e a região do infarto do miocárdio.


Imagem nº 4: visualização da região de ligação da artéria 1 hora após a administração da NET.

A região de 1,5 mm acima do ponto de ligação ( 4a , seta amarela) corresponde ao acúmulo de NET, pelo que o sinal fotoacústico desta seção ( 4b ) foi 256 vezes mais forte (± 13,73) do que o sinal da seção sem ligação.

Além disso, o acúmulo de NET na artéria coronária, timo e fígado forneceu fortes sinais de fluorescência quando fotografados através de toda a pele ( 5a ), ou seja, sem a necessidade de intervenção invasiva.


Imagem nº 5: visualização do acúmulo de NET na região de ligação, confirmada por dissecção.

Sinais semelhantes emanados do coração também foram observados após a dissecção do tórax ( 5b ).

A área de infarto com tecido fibroso também foi identificada com sucesso abaixo da ligadura ( 5c , seta azul) da artéria coronária ( 5c , seta verde).


Imagem 6: Comparação de sinais de visualização com um peito inteiro ou aberto.

Também foi observado um aumento nos sinais de fluorescência de 1,6-2 com imagens do tórax aberto do que com diagnóstico não invasivo. Isto é devido ao enfraquecimento da luz resultante da dispersão nos ossos do peito, pele e camadas de gordura. É por isso que o fígado mostrou os mesmos sinais nas duas opções de visualização.

A comparação de sinais de diferentes regiões mostrou que o sinal da artéria coronária com ligadura é 1,32 vezes maior que o sinal do timo e 1,96 vezes maior que o sinal do fígado.


Imagem 7: visualização da área de infarto do miocárdio.

A área de infarto do miocárdio ( 3b ), constituída por cicatrizes e necrose tecidual no ventrículo esquerdo do coração, estava diretamente sob a bandagem da artéria coronária ( 7a e 7b ).

Miócitos viáveis ​​inteiros (células musculares) foram observados apenas no ventrículo direito. Um septo manchado de tricrômico entre os ventrículos esquerdo e direito foi isolado pelo colágeno azul, indicando uma área de ataque cardíaco com cicatrizes, granulação e fibrose ( 7c ). O marcador de visualização Picrosirius red indica colágeno degradado ( 7d ) na artéria coronária afetada. A luz polarizada foi usada para identificar o tipo de colágeno degradado ( 7e ). O óleo vermelho O (corante azo lisocrômico) foi utilizado para determinar a quantidade de lipídios próximos à região de ligação ( 7f ). E Mac-2 e Dapi revelaram uma forte inflamação devido ao acúmulo de macrófagos grandes na região de ligação ( 7g e 7h)

O fígado corado com H&E mostrou um trato portal normal ( 7i ), falta de necrose parenquimatosa, inflamação, fibrose ou outras alterações patológicas, indicando um alto nível de biocompatibilidade NET.

Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o relatório dos cientistas .

Epílogo


Segundo os pesquisadores, o método de diagnóstico combina os pontos fortes dos métodos clássicos, e essas não são apenas palavras grandes. A combinação de imagens fotoacústicas e de fluorescência pode detectar com mais precisão oclusões e possivelmente células inflamatórias, como macrófagos.

Quando o agente NET introduzido no corpo é ativado por radiação laser pulsada, são gerados sinais FA que podem ser convertidos em imagens.

A reconstrução de imagens fotoacústicas é semelhante ao ultrassom, mas com um mapa espacial de absorção óptica por componentes endógenos e exógenos. A absorção óptica e a dispersão ultrassônica dos tecidos das artérias coronárias o tornam ideal para imagens fotoacústicas de alta resolução, com profundidade de 3-5 cm, enquanto as imagens de fluorescência são limitadas tanto em termos de resolução quanto em profundidade (vários milímetros).

Uma das características mais importantes do agente de contraste desenvolvido NET é que ele não é absorvido pelas células musculares, reduzindo assim o ruído de fundo que geralmente está presente ao usar agentes PET padrão (por exemplo, 18F-FDG).

Nas experiências, os cientistas consideraram o coração como um objeto para diagnóstico. No entanto, o novo método pode ser aplicado a outros órgãos, permitindo que os médicos obtenham informações tão importantes sobre os pacientes, mesmo quando os sintomas não são tão óbvios.

O trabalho do diagnosticador é comparável à Fórmula 1, mas, em vez do carro do oponente, o médico compete em velocidade com a doença, e o prêmio nesta corrida é a vida do paciente. Quando a vida de alguém está em risco, cada segundo é precioso, porque a criação de novos métodos para o diagnóstico precoce é muito importante.

Obrigado pela atenção, fique curioso e tenha um ótimo final de semana a todos, pessoal! :)

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