Dokument: Non invasive quantification of angioplasty induced vascular inflammation by ¹⁹F MRI - Histological validation
| Titel: | Non invasive quantification of angioplasty induced vascular inflammation by ¹⁹F MRI - Histological validation | |||||||
| Weiterer Titel: | Nicht invasive Quantifizierung angioplastie-induzierter vaskulärer Inflammation mittels ¹⁹F MRT - Histologische Validierung | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63604 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20230920-125315-1 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Walz, Moritz [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | PD Dr. med. Bönner, Florian [Gutachter] PD Dr. med. Gliem, Michael [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Atherosklerosebedingte kardiovaskuläre Erkrankungen (ASCVD) stellen trotz großen Fortschritten in Behandlung und Prävention eine der häufigsten Gründe für Morbidität und Mortalität dar. Eine wichtige Ursache für die hohe ASCVD Krankheitslast liegt darin begründet, dass viele arterielle atherosklerotische Plaques keine Symptome verursachen bis zu dem Zeitpunkt, an dem es zur Ruptur des Plaques kommt und dramatische Komplikationen wie Herzinfarkt und Schlaganfall resultieren. Dennoch entwickelt ein Großteil der von Atherosklerose betroffenen Personen niemals diese Komplikationen. Aus diesem Grunde wäre es wünschenswert, spezifisch jene Patienten zu identifizieren, die ein hohes Risiko für eine Plaqueruptur aufweisen. Zurzeit ist kein Screeningverfahren in klinischen Alltag verfügbar, das die Detektion und Charakterisierung atherosklerotischer Plaques in verschiedenen Gefäßterritorien ermöglicht. Computertomographie und Positronenemissionstomographie wurden in der klinischen Forschung hinsichtlich dieser Fragestellung getestet. Ein weiteres vielversprechendes Bildgebungsverfahren ist das 19F-Fluor MRT unter Verwendung von intravenösem Perfluorocarbon (PFC) Nanoemulsions-Kontrastmittel. Im Mausmodell konnten mittels 19F Bildgebung bereits rupturgefährdete Plaques in experimentellen 9.4 T Scannern dargestellt werden. Derzeit gibt es jedoch keine Studien, die diese Ergebnisse bei klinisch eingesetzten Magnetfeldstärken bestätigen.
Im Schweinemodell haben wir ein Verfahren zur Induktion von Gefäßverletzung und -entzündung entwickelt, um die Möglichkeit der 19F MRT-basierten Detektion von Gefäßinflammation bei 3 T zu evaluieren. In acht Aachen Minipigs wurde mittels Angioplastiekatheter eine endovaskuläre Endotheldenudation und/oder Ballonüberdehnung einer A. carotis durchgeführt. Die kontralateralen Arterien dienten als Kontrolle. Nach der Prozedur wurde die PFC Nanoemulsion verabreicht und die Karotiden wurden mittels 19F MRT in vivo und ex vivo hinsichtlich des Ausmaßes der Entzündungsreaktion untersucht. Zur Validierung der MRT-Befunde wurden histologische Schnitte der Arterien angefertigt. Ex vivo 19F-Kontrastanreicherung konnte in allen behandelten Arterien, jedoch in keinem der Kontrollgefäße festgestellt werden. Mikroskopisch zeigte sich eine ausgeprägte Entzündungsreaktion in den behandelten Karotiden während keine Entzündung in der Kontrollgruppe gefunden wurde. Das Ausmaß der Entzündung wurde durch Zählung aller Zellen sowie der CD163+ Makrophagen quantifiziert. Die Zellzahlen entsprachen etwa denen, die in der Literatur für atherosklerotische Plaques angegeben werden. Weiterhin korrelierte die Stärke der Entzündung mit dem 19F-Kontrastsignal. Unsere proof-of-concept Studie zeigt, dass selbst kleine Entzündungsfoci reproduzierbar mittels 19F Bildgebung dargestellt werden können. Dennoch sind weitere Studien notwendig, um in verschiedenen Gefäßterritorien zu evaluieren, ob auch atheroskleroseassoziierte Entzündungen nachweisbar sind. Der Vorteil des 19F MRT im Vergleich zur CT- und PET-basierten Atherosklerosebildgebung ist die breite Verfügbarkeit und die Strahlenunabhängigkeit des Verfahrens. Ferner können verschiedene funktionalisierte PFC Kontrastmittel kombiniert werden, um strukturelle und zelluläre Komponenten vulnerabler Atheroskleroseplaques zu identifizieren.Atherosclerotic cardiovascular diseases (ASCVD) remain among the most common causes of morbidity and mortality in industrialized countries and worldwide despite major advances in treatment and prevention. An important reason for the high burden of ASCVD is the fact that many arterial atherosclerotic plaques do not cause any symptoms until the time at which they rupture and cause devastating complications such as myocardial infarction or stroke. Still, the majority of individuals affected by atherosclerosis never experiences these complications. Thus, it would be highly desirable to specifically identify those patients affected by atherosclerosis that are at risk for rupture. Research has shown that inflamed atheromas are especially likely to rupture. Currently, no screening tool is available in routine practice which is capable of detecting and characterizing atherosclerotic plaques across different vascular territories. Computed tomography and positron emission tomography are evaluated in clinical research for that purpose. Another promising imaging modality is the 19F-fluorine MRI using intravenous Perfluorocarbon (PFC) nanoemulsion contrast. In mice, the 19F imaging could delineate rupture-prone plaques using experimental 9.4 T MR scanners. To date, there are no studies that confirm these results at field strengths used in clinical practice. We developed a pig model of vascular injury to determine the capability of the 19F MRI to detect small sources of vascular inflammation at 3 T. Eight Aachen minipigs underwent an endovascular procedure that involved endothelial denudation and/or balloon overdistention of one carotid artery. The contralateral artery served as control. Thereafter, the PFC nanoemulsion was administered and the carotids were assessed for the presence and extent of vascular inflammation by 19F MRI in vivo and ex vivo. Histological sections of the arteries were then prepared to validate the MRI findings. 19F contrast enhancement could be found in all treated vessels ex vivo. None of the untreated carotids exhibited contrast enhancement. Microscopy of the explanted arteries confirmed the presence of significant inflammation in all treated carotids while signs of inflammation were absent in the control group. The size of the cellular inflammatory response was approximated by counting the number of all cells and of CD163+ macrophages on microscopic images. Cell counts were similar to values reported in the literature for atherosclerosis. Moreover, the intensity of the inflammatory response seen on histology correlated with the degree of 19F contrast enhancement. Our proof-of-concept study confirms that small sources of inflammation in the carotid arteries can be reliably detected by 19F imaging. Further research in different vascular territories is necessary to determine whether the inflammatory response associated with atherosclerosis can also be resolved. Compared to CT- and PET-based atherosclerosis imaging, the 19F MRI has the advantage that it is a radiation-free, widely available method that can be further enhanced by using a combination of functionalized PFC contrast agents that are able to identify different structural and cellular components which characterize vulnerable atherosclerotic plaques. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 20.09.2023 | |||||||
| Dateien geändert am: | 20.09.2023 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 14.02.2023 | |||||||
| Datum der Promotion: | 24.08.2023 |
