Method Article

Quantitative MRT der endothelialen Permeabilität und (Dys)Funktion bei Atherosklerose

DOI:

10.3791/62724

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December 17th, 2021

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1School of Biomedical Engineering and Imaging Sciences, King’s College London, 2BHF Centre of Excellence, Cardiovascular Division, King’s College London, 3Biochemistry and Molecular Biology Department, School of Chemistry, Complutense University, 4Radiology Department, School of Medicine, Pontificia Universidad Católica de Chile, 5ANID - Millennium Science Initiative Program - Millennium Nucleus for Cardiovascular Magnetic Resonance, 6Academic Department of Vascular Surgery, Cardiovascular Division, King’s College London, 7Wellcome Trust and EPSRC Medical Engineering Center, King’s College London, 8Escuela de Ingeniería, Universidad Católica de Chile

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wir haben eine genaue, nicht-invasive und einfach anzuwendende Methode entwickelt, um die endotheliale Permeabilität und Dysfunktion in den Arterien mittels Magnetresonanztomographie (MRT) zu quantifizieren, genannt qMETRIC. Diese Technik ermöglicht die Beurteilung von Gefäßschäden und kardiovaskulärem Risiko im Zusammenhang mit Atherosklerose in präklinischen Modellen und beim Menschen.

Abstract

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Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die häufigsten Todesursachen. Ein durchlässiges/undichtes und dysfunktionales Endothel gilt als frühester Marker für Gefäßschäden und es wird angenommen, dass es Atherosklerose antreibt. Eine Methode, um diese Veränderungen in vivo zu identifizieren, wäre in der Klinik wünschenswert. Auf Magnetresonanztomographie (MRT) basierende Instrumente und andere Technologien haben ein tiefgreifendes Verständnis der Rolle des Endothels bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Risiken in vivo ermöglicht. Es besteht jedoch ein Bedarf an reproduzierbaren und einfachen Ansätzen zur Extraktion quantifizierbarer Daten, die Endothelschäden aus einer einzigen bildgebenden Studie widerspiegeln. Es wurde ein nicht-invasiver, einfach zu implementierender und quantitativer MRT-Workflow entwickelt, um Bilder zu erfassen und zu analysieren, die die Quantifizierung von zwei bildgebenden Biomarkern für arterielle Endothelschäden (Leckage/Permeabilität und Dysfunktion) ermöglichen. Hier beschreibt das Protokoll die Anwendung dieser Methode in der Arteria brachiocephalica von atherosklerotischen ApoE-/- Mäusen mit Hilfe eines klinischen MRT-Scanners. Zunächst werden die T1-Kartierungsprotokolle für späte Gadolinium-Verstärkung (LGE) und Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) zur Quantifizierung der Endothelleckage mit einer Albumin-Bindungssonde beschrieben. Zweitens werden anatomische und quantitative Blutflusssequenzen zur Messung der endothelialen Dysfunktion als Reaktion auf Acetylcholin beschrieben. Wichtig ist, dass die hier beschriebene Methode die Aufnahme von 3D-Bildern mit hoher räumlicher Auflösung und großer volumetrischer Abdeckung ermöglicht, die eine genaue Segmentierung von Gefäßwandstrukturen ermöglicht, um die Variabilität zwischen und innerhalb des Beobachters zu verbessern und die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Darüber hinaus liefert es quantitative Daten, ohne dass eine hohe zeitliche Auflösung für komplexe kinetische Modellierungen erforderlich ist, was es modellunabhängig macht und sogar die Bildgebung von hochmobilen Gefäßen (Koronararterien) ermöglicht. Daher vereinfacht und beschleunigt der Ansatz die Datenanalyse. Schließlich kann diese Methode auf verschiedenen Scannern implementiert werden, kann erweitert werden, um verschiedene arterielle Betten abzubilden, und ist klinisch anwendbar für den Einsatz beim Menschen. Diese Methode könnte zur Diagnose und Behandlung von Patienten mit Atherosklerose eingesetzt werden, indem ein präzisionsmedizinischer Ansatz verfolgt wird.

Introduction

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Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVDs) sind mit fast einem Drittel der Todesfälle weltweit nach wie vor die häufigste Ursache für Mortalität und Morbidität1 und die Ursache für lebenslange Behinderungen, die die Gesundheitssysteme finanziell stark belasten1. Bei den Herz-Kreislauf-Erkrankungen werden ischämische Herzkrankheiten und Schlaganfälle hauptsächlich durch atherosklerotische Plaques verursacht. Atherosklerose ist eine multifaktorielle Krankheit; Ein gemeinsames Kennzeichen ist jedoch eine frühe Schädigung der vaskulären Endothelzellen, die zur Bildung, zum Fortschreiten und schließlich zu Komplikationen der Atherosklerose führt. Ein intaktes Gefäßendothel hat grundlegende vaskuloprotektive Eigenschaften2. Das Endothel reguliert die Gefäßpermeabilität, indem es die Translokation von Zellen und Molekülen zwischen dem systemischen Kreislauf und der Gefäßwand kontrolliert. kontrolliert den Gefäßtonus durch Ausgleich der Produktion von Vasodilatatoren (z. B. Stickstoffmonoxid, Prostacyclin) und Vasokonstriktoren (z. B. Endothelin-1, Angiotensin II); und hat auch gerinnungshemmende Eigenschaften. Sowohl die Funktion als auch die Permeabilität der Endothelzellen können sich jedoch bei kardiovaskulären Risikofaktoren (z. B. Rauchen, hoher Cholesterinspiegel, Diabetes, systemische Entzündungen, oxidativer Stress) und durch hämodynamische Muster des Blutflusses verschlechtern. Ein dysfunktionales Endothel hat die Vasodilatation als Reaktion auf Stressoren verringert und folglich die arterielle Steifigkeit erhöht. Darüber hinaus hat ein permeables/undichtes Endothel die engen Spaltverbindungen zwischen benachbarten Zellenvergrößert 3,4,5,6,7. Eine solche Veränderung tritt sowohl am luminalen Endothel als auch an neu gebildeten Plaque-Mikrogefäßen auf, die fragil, undicht und dysmorph erscheinen8. Permeable Endothelzellen fungieren als Eintrittspforten für plasmagetragene Moleküle und Zellen und erhöhen so das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Aufbauend auf diesem Wissen hat sich die Durchlässigkeit und Funktion des Endothels in den letzten 15 Jahren zu einem vielversprechenden bildgebenden und therapeutischen Ziel entwickelt, um Probanden mit einem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen besser zu diagnostizieren und die Auswirkungen bekannter oder neuartiger Medikamente zu bewerten. Die direkte und quantitative Bildgebung der Endothelfunktion ist jedoch begrenzt 9,10,11,12. Derzeit basiert ein Großteil der Interpretation der Endothelfunktion in vivo auf Studien zur endothelabhängigen Dilatation (MKS) in peripheren Gefäßen, deren Funktion geringfügig mit der Atherosklerosebelastung in Gefäßbetten korreliert, die klinische Ereignisse verursachen 13,14,15. Nur eine begrenzte Anzahl von bildgebenden Studien hat einen direkten Zusammenhang zwischen endothelialer Dysfunktion und Atherosklerosebelastung in vivo gezeigt 9,10,11,12. Umgekehrt haben leichter zugängliche MRT-basierte Ansätze eine breitere Bildgebungspermeabilität des Endothels ermöglicht. Die Verwendung der prozentualen Gefäßwandsignalverstärkung nach Verabreichung von MRT-Gadolinium-Wirkstoffen hat eine semiquantitative Messung der Endothelpermeabilität ermöglicht16,17. Später ermöglichte die Entwicklung dynamischer kontrastverstärkter (DCE) Protokolle eine verbesserte und quantitativere Messung der vaskulären endothelialen Permeabilität. Quantitative Parameter wie die Kontrastmittelextravasationsrate (Ktrans) und das mikrovaskuläre Volumen (Vρ), die aus der kinetischen Modellierung abgeleitet wurden, oder die Fläche unter der Kurve (AUC), die Steigung, die Zeit bis zum Peak und die Peakkonzentration, die aus nicht modellierten Methoden extrahiert wurden, korrelierten nicht nur mit der endothelialen Permeabilität, sondern auch mit der Vaskularität der Plaques 18,19,20. Die Anwendung der vaskulären DCE bleibt jedoch trotz erheblicher technischer Fortschritte eine Herausforderung, da (i) sie sowohl eine hohe räumliche (0,5-0,7 mm2) als auch eine zeitliche Auflösung21 für eine genaue Abgrenzung der Gefäßwand erfordert. Die Probenahme der Kontrastmittelkonzentration im Blut zur Berechnung der arteriellen Eingabefunktion erfordert ebenfalls eine kinetische Modellierung, die zu einem Kompromiss führt, bei dem entweder die anatomische Abdeckung22,23 begrenzt wird, um eine zeitliche Auflösung zu erzielen, oder umgekehrt24,25; (ii) die Datenanalyse kann eine komplexe pharmakokinetische Modellierung erfordern (z. B. Patlak vs. Tofts); (iii) bietet eine eingeschränkte Bildqualität, eine schlechte Reproduzierbarkeit zwischen Scans und Wiederholungsbildern und eine durchschnittliche Variabilität zwischen und innerhalb des Beobachters26,27. Daher besteht nach wie vor ein Bedarf an reproduzierbaren und einfachen Ansätzen zur Extraktion direkter und quantifizierbarer Daten der Endothelpermeabilität und (Dys-)Funktion aus Einzelbildgebungsstudien, die einen besseren klinischen Nutzen haben könnten.

Hier haben wir eine nicht-invasive, einfach zu implementierende und quantitative MRT zur Aufnahme und Analyse von Bildern entwickelt, die eine direkte Quantifizierung von zwei Markern für arterielle Endothelschäden (Undichtigkeit/Permeabilität und Dysfunktion) unter Verwendung präklinischer Modelle der Atherosklerose in einem einzigen Scan ermöglicht. Die Methode wird als Quantitative MRI of EndoThelial peRmeab ility and dysfun tion (qMETRIC) bezeichnet. Es beinhaltet die Erfassung von T1-Kartierungsprotokollen für späte Gadolinium-Verstärkung (LGE) und Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) zur Quantifizierung der Endothelleckage nach Verabreichung einer intravaskulären Albumin-Bindungssonde; und Erfassung von anatomischen und quantitativen Blutflusssequenzen zur Messung der endothelialen Dysfunktion als Reaktion auf einen Acetylcholin-Bolus. Wir haben gezeigt, dass qMETRIC genau erkennt: den Schweregrad der Atherosklerose und das Risiko von Komplikationen; Reaktionen auf die Behandlung; und kann für den Einsatz bei Patienten angepasst werden 5,6,7. Wichtig ist, dass die hier beschriebene Methode die Aufnahme von Bildern mit hoher räumlicher Auflösung ermöglicht, um eine genaue Segmentierung der Gefäßwand zu ermöglichen, die Verzerrung zwischen und innerhalb des Beobachters zu minimieren und die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit bei großer anatomischer Abdeckung zu erhöhen. Schließlich kann diese Methode für den Einsatz auf verschiedenen Scannern angepasst und erweitert werden, um verschiedene arterielle Betten (auch Koronararterien28) abzubilden. Der unkomplizierte Arbeitsablauf macht diesen Ansatz für die kardiovaskuläre Bildgebung zugänglich.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle Bestandteile dieser Studie wurden in Übereinstimmung mit dem UK Animals (Scientific Procedures) Act von 1986 und mit Genehmigung des King's College London Ethical Review Panel durchgeführt.

Der experimentelle Arbeitsablauf ist in Abbildung 1 zusammengefasst.

1. Vorbereitung der Tiere

  1. Induktion von Atherosklerose durch Fütterung von ApoE-/- Mäusen mit einer fettreichen Diät mit durchschnittlich 21 % Fett aus Schmalz und 0,15 % (wt/wt) Cholesterin für bis zu 12 Wochen.
  2. Befüllen Sie eine 29-g-Insulinspritze mit der richtigen Menge des Kontrastmittels (Gadofosveset, Trisordium), um eine Dosis von 0,03 mmol/kg zu erreichen. Halten Sie das Injektionsvolumen zwischen 50-150 μL.
  3. Stellen Sie den Käfig auf ein Heizkissen, das auf 37 °C eingestellt ist, um das Tier vorzuwärmen und die Körpertemperatur zu halten.
  4. Induzieren Sie die Anästhesie, indem Sie die Maus in eine Induktionsbox legen, die mit saugfähigem Gewebe ausgekleidet ist. Stellen Sie den Durchflussmesser für ca. 3-5 % Isofluran bei 1 l/min O2 ein.
    HINWEIS: Stellen Sie die richtige Anästhesietiefe sicher, indem Sie die verlangsamte Atemfrequenz identifizieren, die auf weniger als 70 Atemzüge pro Minute (bpm) sinken sollte.
  5. Bestätigen Sie die Anästhesie mit der Zehenkneifmethode (d. h. Verlust des Entzugsreflexes an das Zehenkneifen). Setzen Sie das Tier in eine Halterung und stecken Sie seine Nase in einen Nasenkonus. Stellen Sie den Halter auf ein Heizkissen, um die Körpertemperatur der Tiere zu halten.
  6. Halten Sie die Anästhesie, die durch die Nase verabreicht wird, aufrecht, indem Sie den Anästhesieluftstrom im Halter auf 1 %-2 % Isofluran bei 1 l/min O2 einstellen.
  7. Tragen Sie Tierarztsalbe auf die Augen des Tieres auf, um Trockenheit während der Narkose zu verhindern.
  8. Legen Sie das Tier entweder bäuchlings oder auf die Seite und reinigen Sie den Schwanz mit einem Alkoholtupfer. Lokalisiere eine der beiden Schwanzvenen. Erwärmen Sie den Schwanz bei Bedarf mit einer UV-Lampe, um die Schwanzadern besser sichtbar zu machen.
  9. Führen Sie die 29-G-Insulinnadel parallel zur Vene mit der Abschrägung der Nadel nach oben ein. Injizieren Sie vorsichtig das Volumen der Fertigspritze, die Gadofosveset-Trisodium enthält. Stellen Sie sicher, dass nach dem Herausziehen der Nadel keine Blutungen an der Injektionsstelle auftreten.
  10. Warten Sie 30 s, bis gadofosveset zirkuliert, und legen Sie die Maus dann auf das MRT-Bett.

2. Vorbereitung des MRT-Scanners (siehe Abbildung 1)

  1. Decken Sie den MRT-Tisch mit saugfähigem Taschentuch ab.
  2. Platzieren Sie die MRT-Empfängerspule mit einer Schleife auf dem MRT-Bett. Verwenden Sie eine Plattform, um die Empfängerspule anzuheben und einen direkten Kontakt zwischen der Empfängerspule und dem MRT-Tisch zu vermeiden.
  3. Befestigen Sie die Spule mit chirurgischem Klebeband an der Plattform.
  4. Platzieren und befestigen Sie den Schlauch, der mit einer zirkulierenden Wärmepumpe verbunden ist, um die Spule und stellen Sie ihn auf 37 °C ein, um die Körpertemperatur des Tieres während der Bildgebung zu halten.
  5. Legen Sie den Anästhesieschlauch in die Bohrung des MRT-Scanners und kleben Sie ihn so ab, dass der Nasenkegel die Spitze der Empfängerspule erreicht, wo der Kopf des Tieres platziert wird.
  6. Schalten Sie die Kamera im Bohrloch ein, um das Tier vom Konsolenraum aus zu überwachen.
  7. Verwenden Sie im MRT-Konsolenraum die Softwareschnittstelle, um eine neue Studie für das Tier (den Patienten) zu starten.

3. Positionierung und Überwachung der Tiere im MRT-Scanner (siehe Abbildung 2)

  1. Bringen Sie das betäubte Tier in den Scannerraum. Platzieren Sie die Maus in Bauchlage auf der Empfängerspule und stellen Sie sicher, dass ihre Schnauze in den Nasenkonus passt, um die Anästhesie aufrechtzuerhalten. Drehen Sie den Anästhesieluftstrom auf 1 %-1,5 % Isofluran bei 1 l/min O2.
  2. Stellen Sie sicher, dass das Tier auf der MRT-Spule platziert wird, wobei sich die Herz- und Halsregion in der Mitte der Empfängerspule befindet.
  3. Befestigen Sie die Nase der Maus mit Klebeband im Nasenkegel, im Bauch und im Schwanz der Maus auf der Plattform.
  4. Platzieren Sie vier Elektroden an der vorderen und den hinteren Pfoten und achten Sie darauf, dass die Zehenfläche vollständig geöffnet ist, um das Elektrokardiogramm (EKG) aufzuzeichnen. Verwenden Sie vor dem Anbringen der EKG-Pads leitfähiges EKG-Gel auf den Pfoten der Maus, um die Leitfähigkeit zu verbessern.
  5. Stellen Sie sicher, dass Sie Klebeband verwenden, um die Elektroden fest an der Plattform zu befestigen.
  6. Richten Sie den Laser des Scannerbettes auf die Basis (proximales Ende) des Herzens aus. Verwenden Sie das Schlüsselbein und die vordere Pfotenlinie als Orientierungspunkt. Positionieren Sie das Tier mit Hilfe eines automatischen MRT-Tisches im Isozentrum des Magneten.

4. Planung und Aufnahme von MRT-Bildern

  1. Starten Sie einen Scout-Scan, um die Standardkalibrierungen für das MRT-System durchzuführen.
  2. Stellen Sie das Überwachungsgerät so ein, dass es die R-Welle des EKGs erkennt. Passen Sie die Schwellenwerte für jede Maus und innerhalb von Imaging-Sitzungen an, damit eine zuverlässige Auslösung erfolgt.
    HINWEIS: Die Herzfrequenz der Maus unter tiefer Anästhesie liegt normalerweise zwischen 400 und 600 Schlägen pro Minute (bpm).
  3. Erfassen Sie einen 3D-Gradientenecho-Scan (GRE), um multiplanare Pilotenbilder (Scout-Bilder) zu erhalten, um den Rest der Scans zu planen (siehe Tabelle 1 für die MRT-Erfassungsparameter und Abbildung 3 für die Planung).
  4. Identifizieren Sie das Herz auf den Scout-Bildern, insbesondere in der koronalen Ansicht, am einfachsten anhand seiner Flussartefakte.
    HINWEIS: Wenn die Bilder zeigen, dass die Maus nicht gut über der Spule oder dem Isozentrum zentriert ist, fahren Sie das Bett ein und wiederholen Sie die Positionierung.
  5. Planen Sie eine 3D-kontrastmittelverstärkte MRT-Angiographie (MRA)-Untersuchung (siehe Tabelle 1 für den Scan für die MRT-Aufnahmeparameter und Abbildung 3 für die Planung) in einer transversalen Ebene, die sich von der Basis des Herzens in Richtung Hals und Halsschlagader erstreckt, mit einem Sichtfeld (FOV) von 8 mm.
  6. Verwenden Sie die MIP-Bilder (Maximum Intensity Projection), um den Aortenbogen, die Arteria brachiocephalica und die Arteria carotis zu visualisieren und die anschließende späte Gadolinium-Anreicherung (LGE), das T1-Mapping und die Cine-Scans zu planen (siehe Abbildung 3 für repräsentative Bilder).
    HINWEIS: Wenn der Pegel des Bildvolumens nicht korrekt ist, wiederholen Sie die Aufnahme, indem Sie die Schichten entweder proximal oder distal verschieben.
  7. MRT-Bilderfassung zur Messung der endothelialen Permeabilität.
    1. Verwenden Sie die zuvor aufgenommenen MIP- und transversalen MRA-Bilder, um eine Einzelschnitt-2D-Look-Locker (LL)-Aufnahme senkrecht zur aufsteigenden Aorta oder Halsschlagader zu planen (siehe Tabelle 1 für den Scan für die MRT-Aufnahmeparameter und Abbildung 3 für repräsentative Bilder).
    2. Stellen Sie die Herzfrequenz auf 60 Schläge pro Minute ein, wenn Sie ein simuliertes EKG-Signal verwenden, oder stellen Sie eine Ausblendungsperiode ein, um sicherzustellen, dass der Inversionswiederherstellungsimpuls zwischen den nachfolgenden Inversionswiederherstellungsimpulsen 1000 ms beträgt, wenn das aufgezeichnete EKG-Signal verwendet wird.
    3. Verwenden Sie die Look-Locker-Bilder, um die optimale Inversionszeit (TI) für die Nullung von Blutsignalen zu bestimmen, die für den LGE-Scan erforderlich ist.
    4. LGE-Bildgebung: Nach 20-30 Minuten nach der Injektion von Gadofosveset und unmittelbar nach dem LL-Scan (beschrieben in den Schritten 4.7.1-4.7.3) wird ein LGE-Scan mit einer schnellen 3D-Gradienten-Echosequenz zur Inversionswiederherstellung durchgeführt (siehe Tabelle 1 für die MRT-Aufnahmeparameter und Abbildung 3 für repräsentative Bilder).
    5. Planen Sie einen transversalen 3D-LGE-Scan mit schnellem Gradientenecho, um die Basis des Herzens (einschließlich eines Teils der Aortenwurzel), die Arteria brachiocephalica (zwischen der Aortenwurzel und der Bifurkation subclavia) und einen Teil der Halsschlagadern mit einem Sichtfeld (FOV) von 8 mm in Fuß-Kopf-Richtung abzudecken, wobei die gleiche Geometrie wie bei der MRA oben verwendet wird (siehe Abbildung 3 für repräsentative Bilder).
    6. Stellen Sie die Herzfrequenz auf 60 Schläge pro Minute ein, wenn Sie ein simuliertes EKG-Signal verwenden, oder stellen Sie eine Ausblendungsperiode ein, um sicherzustellen, dass alle 1000 ms aufeinanderfolgende Inversionswiederherstellungsimpulse für den LGE-Scan auftreten, wenn das aufgezeichnete EKG-Signal verwendet wird (wie in Schritt 4.7.2 oben).
      HINWEIS: Dies ist wichtig für eine konsistente und herzfrequenzunabhängige Wiederherstellung der Magnetisierung zwischen aufeinanderfolgenden Inversions-Erholungsimpulsen.
    7. Fügen Sie den aus dem Look-Locker erhaltenen T1 in die LGE-Sequenz unter Kontrast- > Inversionsverzögerung ein.
    8. T1-Mapping-Bildgebung: Verwenden Sie eine schnelle 3D-Gradientenecho-Erfassung, um 45 Minuten nach der Injektion von Gadofosveset transversale T1-Mapping-Bilder aufzunehmen. Planen Sie die Sequenz in der gleichen Ausrichtung und Geometrie wie der LGE-Scan oben (siehe Tabelle 1 für die MRT-Aufnahmeparameter und Abbildung 3 für repräsentative Bilder).
    9. Stellen Sie die Herzfrequenz auf 120 Schläge pro Minute ein, wenn Sie ein simuliertes EKG verwenden, oder stellen Sie eine Ausblendungsperiode ein, um sicherzustellen, dass der Inversionswiederherstellungsimpuls zwischen den beiden Bildgebungszügen alle 500 ms auftritt, wenn die aufgezeichnete EKG-Spur verwendet wird.
      HINWEIS: Die T1-Mapping-Sequenz verwendet zwei nicht-selektive Inversionsimpulse mit Inversionszeiten zwischen 20 und 2000 ms, gefolgt von acht segmentierten Messwerten für acht Einzelbilder. Die Kombination der beiden Bildspuren ergibt insgesamt sechzehn Bilder pro Schicht mit unterschiedlichen Inversionszeiten. Die Bilder werden auf dem Scanner automatisch mit Hilfe eines Drei-Parameter-Fit-Modells rekonstruiert. Die Gleichungen, die zum Generieren der parametrischen T1-Karten verwendet werden, lauten:
      figure-protocol-1
      figure-protocol-2
  8. MRT-Bilderfassung zur Messung der Endothelfunktion
    1. Bereiten Sie eine Lösung aus verdünntem Acetylcholin in Kochsalzlösung vor. Füllen Sie eine 29-g-Insulinspritze mit der richtigen Menge der Lösung (16,6 mg/kg). Halten Sie das Injektionsvolumen zwischen 50-150 μL.
    2. Unter Verwendung der transversalen MRA und der entsprechenden MIP-Bilder wird ein Querschnitt quer durch die Arteria brachiocephalica zwischen der Aortenwurzel und der Bifurkation des Schlüsselbeins platziert (Abbildung 3 für repräsentative Bilder).
    3. Verwenden Sie ein transversales 2D-Gradientenecho (GRE) mit retrospektivem EKG-Gating, um zeitlich aufgelöste Cine-Bilder der Arteria brachiocephalica aufzunehmen (siehe Tabelle 1 für die MRT-Aufnahmeparameter, Abbildung 3 für repräsentative Bilder).
    4. Passen Sie die Anzahl der maximalen Herzphasen an die Herzfrequenz jedes Tieres an.
      HINWEIS: In der Regel bieten 14 Herzphasen eine ausreichende zeitliche Auflösung.
    5. Nachdem Sie die Basisbilder aufgenommen haben, betreten Sie den MRT-Scannerraum. Während die Maus im Scanner betäubt wird, injizieren Sie vorsichtig Acetylcholin intraperitoneal (IP). Vermeiden Sie es, die Maus auf der Spule zu bewegen.
    6. Warten Sie 6-10 Minuten, bis sich die Herzfrequenz stabilisiert hat, und wiederholen Sie die Erfassung.
    7. Bringen Sie die Maus am Ende des bildgebenden Verfahrens wieder in ihren Käfig zurück und legen Sie den Käfig zur Wiederherstellung auf ein Heizkissen.
      HINWEIS: Mäuse erholen sich, wenn sie wieder genügend Bewusstsein erlangen, um das Brustbein aufrecht zu erhalten.
    8. Exportieren Sie die aufgenommenen Bilder in einem DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine) und verwenden Sie eine offene Bildanalysesoftware.

5. MRT-Segmentierung und Datenanalyse (siehe Abbildung 4)

  2. Verwenden Sie die LGE-Bilder, um die Kontrastaufnahme in der Gefäßwand zu visualisieren und den Bereich der Verstärkung als Surrogatmarker für die Leckage von Endothelzellen zu berechnen.
  4. Wählen Sie die Option Neu abtasten , um die MRA-Bilder mit den LGE-Bildern als Referenz neu zu schneiden, um Unterschiede in der Schichtdicke zu berücksichtigen.
  6. Klicken Sie in der Symbolleiste auf 2D-Viewer und wählen Sie dann 3D-Positionsgruppe. Verwenden Sie die Schaltflächen, um Verschiebungen in der Ebene manuell zu korrigieren und mögliche kleine Verschiebungen aufgrund der Atmung der Tiere zu berücksichtigen.
  7. Verwenden Sie das Werkzeug Geschlossenes Polygon in der Symbolleiste, um das visuell verbesserte Segment der Behälterwand manuell zu segmentieren. Verwenden Sie die gemeinsam registrierten MRA- und LGE-Bilder, um die Segmentierung zu steuern.
  8. Segmentieren Sie alle LGE-Bilder, die die Arteria brachiocephalica umfassen.
    HINWEIS: Wenn die Vergrößerung der Behälterwand diffus oder fleckig aussieht, segmentieren Sie diese einzeln in jeder Schicht.
  9. Klicken Sie in der Symbolleiste auf die Schaltfläche Plugins und wählen Sie ROI-Tools und dann ROIs exportieren , um den segmentierten Bereich (mm 2) für jede Region of Interest (ROI) in einer Tabelle zu exportieren.
  10. Addieren Sie die Fläche jeder Schicht, um die Gesamtfläche der Verstärkung in der Arteria brachiocephalica in der Tabelle zu berechnen.
    HINWEIS: Die Gesamtfläche der Verstärkung kann als quantitativer Marker für die Endothelpermeabilität verwendet werden.
  11. Verwenden Sie die T1-Karten, die automatisch auf dem MRT-Scanner-Computer generiert werden, um den mittleren T1-Wert der Gefäßwand zu berechnen, der die Menge der Aufnahme von Gadofosveset in die Gefäßwand widerspiegelt - dies ist ein weiterer quantitativer Marker für die endotheliale Permeabilität.
  12. Laden Sie die MRA- und T1-Map-Bilder und gehen Sie wie oben beschrieben vor (Schritte 5.3-5.9), um die Behälterwand zu segmentieren und die T1-Werte (ms) zu extrahieren.
  13. Invertieren Sie in einer Tabelle die T1-Werte und multiplizieren Sie sie mit 1000, um die Relaxationszeit R1 = 1/T1 in Sekunden zu berechnen. Berechnen Sie den Mittelwert R1 für alle Schnitte, die die Arteria brachiocephalica bei jedem Tier bedecken.
  14. Laden Sie die Phasenkontrast-Angiographiebilder und Geschwindigkeitskarten, um die Veränderungen im Bereich des Gefäßes bzw. der Blutflussgeschwindigkeit während des Herzzyklus zu berechnen.
  15. Segmentieren Sie sowohl die Bilder, die vor als auch nach der Injektion von Acetylcholin aufgenommen wurden, um die endothelabhängige Vasoreaktivität zu berechnen, einen Surrogatmarker für die Endothelfunktion.
  16. Verwenden Sie das halbautomatische Werkzeug Bereich vergrößern , das auf der Registerkarte ROI verfügbar ist, oder verwenden Sie die Option Geschlossenes Polygon in der Symbolleiste (wie in Schritt 5.7 beschrieben), um die Lumenfläche (mm 2) der Arteria brachiocephalica in den Angiographiebildern zu segmentieren.
    HINWEIS: Das halbautomatische Tool verwendet Pixel-Thresholding, um Pixel, die den Blutpool umfassen, basierend auf ihrer Signalintensität zu gruppieren.
  17. Verwenden Sie das Werkzeug Polygon schließen , um die entsprechenden für die Blutflussgeschwindigkeit codierten Karten zu segmentieren und die Blutflussgeschwindigkeit (cm/s) zu berechnen.
  18. Exportieren Sie die Lumenfläche (mm 2) und die Blutflussgeschwindigkeit (cm/s) in eine Tabelle (wie in Schritt 5.9 beschrieben) und identifizieren Sie diejenigen, die der enddiastolischen (maximale Fläche) und endsystolischen (minimale) Herzphase entsprechen.
  19. Verwenden Sie die tabellarische Tabelle, um die endothelabhängige Vasodilatation zu berechnen (berechnen Sie die prozentuale Änderung des enddiastolischen (ED) Lumenbereichs und der Blutflussgeschwindigkeit vor und nach der Injektion von Acetylcholin). Verwenden Sie die folgenden Formeln:
    Bereichsänderung= figure-protocol-3
    Änderung des Flusses= figure-protocol-4
  20. Für jedes Tier werden die entsprechenden Daten, die aus den LGE-Bildern, T1-Karten und dem Acetylcholin-Test in einer statistischen Software abgeleitet wurden, zur Analyse tabellarisch dargestellt.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In diesem Bericht wird die Anwendung einer Quantita tiv MRI Methode zur Messung von EndoThelial peRmeab ility und (Dys)Fun Ction (qMETRIC) in der brachiocephalen Arterie von atherosklerotischen ApoE-/- Mäusen demonstriert. Diese Methode liefert direkte und quantifizierbare Daten von zwei Markern für Endothelschäden - Permeabilität und (Dys-)Funktion, die aus in vivo Gefäßwandscans extrahiert werden können, die innerhalb einer einzigen Bildgebungssitzung aufgenommen wurden. Zunächst werden LGE verwendet, um den Bereich der Gefäßwandverstärkung (mm3) zu messen, und T1 (oder R1) Karten werden verwendet, um die Relaxationsrate der Gefäßwand (s-1) nach Verabreichung von Gadofosveset zu quantifizieren, beides Surrogatmarker für die Permeabilität (siehe Abbildung 5 für repräsentative Ergebnisse). Die Relaxationsrate der Gefäßwand R1 reichte von 2,42 s-1 ± 0,35 s-1 bis 3,45 s-1 ± 0,54 s-1 bis 3,83 s-1 ± 0,52 s-1 nach 4 Wochen, 8 Wochen bzw. 12 Wochen einer fettreichen Ernährung. Umgekehrt zeigten Wildtyp-Mäuse (R1 = 2,15 ± 0,34 s-1) und Statin-behandelte ApoE-/- (R1 = 3,0 ± 0,65 s-1) Mäuse eine geringere Verbesserung. Bei ApoE-/--Mäusen, die bis zu 12 Monate lang mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden, zeigt die Studie mit histologischer Analyse, Evans-Blue-Farbstoff und Elektronenmikroskopie, dass die Endothelpermeabilität während des Fortschreitens der Atherosklerose zunimmt, was mit einem erhöhten LGE-Gefäßwandvolumen, einer erhöhten Veränderung der R1-Relaxivität der Gefäßwand und einer paradoxen Vasokonstriktion nach Acetylcholin-Injektion übereinstimmt5. Umgekehrt verringerten Statine und andere auf das Endothel abzielende Behandlungen die Endothelpermeabilität und die Plaquegröße, was sich in einem kleineren LGE-Volumen, niedrigeren R1-Werten 5,7 und einer verbesserten Vasodilatation widerspiegelte. Mechanistisch bindet Gadofosveset reversibel an Serumalbumin. Dies führt zu einer 5-6-fachen Erhöhung der T1-Relaxivität der Sonde29, wodurch sie mittels MRT mit hoher Sensitivität nachweisbar wird. Hier zeigt die Studie, dass die Aufnahme der Sonde, die an Albumin gebunden ist, die endotheliale Leckage widerspiegelt, da sie mit der Aufnahme von Evans blauem Farbstoff korreliert - einer ex vivo-Methode zum Goldstandard zur Quantifizierung der endothelialen Leckage (Abbildung 5) - und breiteren Tight Gap Junctions5. Zweitens wird ein einfacher Test zur Messung der endothelialen (Dys-)Funktion als Reaktion auf Acetylcholin demonstriert. In Kontrollgefäßen bewirkt Acetylcholin eine endothelabhängige Gefäßentspannung, die zu einer Vergrößerung der arteriellen Fläche/des arteriellen Volumens und des Blutflusses führt. Zur Messung der endothelialen (Dys)funktion wurden EKG-getriggerte Angiographiebilder verwendet, die vor und nach der Verabreichung von Acetylcholin aufgenommen wurden. Die Studie berechnet die Veränderung des enddiastolischen Bereichs (oder Volumens) des Gefäßlumens vor und nach der Verabreichung von Acetylcholin. Es wurde festgestellt, dass atherosklerotische Gefäße im Gegensatz zu normalen Gefäßen, die als Reaktion auf Acetylcholin vasodilatieren, eine verminderte endothelabhängige gefäßerweiternde Funktion aufweisen, die sich entweder in einer verminderten Veränderung der Gefäßfläche (oder des Volumens) oder sogar in einer paradoxen Vasokonstriktion des Gefäßes äußert (Abbildung 5). Interessanterweise verbesserte die Statinbehandlung die gefäßerweiternden Eigenschaften des Endothels13.

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Abbildung 1: Arbeitsablauf zur Abbildung der endothelialen Permeabilität und (Dys)Funktion bei atherosklerotischen Mäusen. (A-B) Mäuse werden zunächst betäubt und dann mit dem Albuminkontrastmittel injiziert. (C) Die Mäuse werden dann auf eine MRT-Spule übertragen, wo EKG-Pads zur Überwachung der Herzaktivität verwendet werden. (D-E) Zur Quantifizierung der endothelialen Permeabilität und (Dys-)Funktion werden MRT-Bilder aufgenommen, die anschließend mit einer Open-Platform-Software (die mit BioRender.com erstellt wurde) analysiert werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 2: Tierpositionierung und EKG-Überwachung zur Abbildung der Endothelpermeabilität und (Dys-)Funktion mit einem klinischen 3-Tesla-MRT-Scanner. (A-B) Das Tier wird bäuchlings auf einer Oberflächenspirale positioniert und mit inhalierbarem Isofluran betäubt. Sandsäcke werden verwendet, um die Bildgebungsplattform zu stabilisieren. (C-D) EKG-Pads werden auf die Pfoten gelegt und mit einem klinischen EKG-Modul verbunden, um die Herzaktivität aufzuzeichnen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 3: MRT-Planung und Aufnahme von Bildern zur Quantifizierung der endothelialen Permeabilität und (Dys)funktion in der Arteria brachiocephalica von atherosklerotischen Mäusen. (A) Scout-Bilder werden aufgenommen, um die anatomische Region zwischen der Aortenwurzel und den Halsschlagadern zu identifizieren. (B) Das MR-Angiogramm wird verwendet, um das Gefäßsystem zu visualisieren und die nachfolgenden Scans zu planen. (C) Look-Locker-Bilder werden auf Höhe der Arteria brachiocephalica aufgenommen, um die geeignete Zeitverzögerung zu bestimmen, um das Signal aus dem Blut in den nachfolgenden späteren Gadolinium-Enhancement-Bildern (LGE) zu neutralisieren. (D) LGE-Bilder bieten eine visuelle Beurteilung der Verbesserung der Gefäßwand. (E) Die T1-Kartierung wird verwendet, um die Relaxationsrate der Gefäßwand zu berechnen, die auf die Gadoliniumkonzentration hinweist. (F) Die endothelabhängigen gefäßerweiternden Eigenschaften der Gefäßwand werden nach Verabreichung von Acetylcholin quantifiziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 4: Bildsegmentierung und -analyse zur Quantifizierung der endothelialen Permeabilität und (Dys)Funktion in der Arteria brachiocephalica bei atherosklerotischen Mäusen. (A) Die Gefäßwand wird auf den LGE-Bildern manuell segmentiert, um die Fläche/das Volumen der Kontrastmittelaufnahme zu quantifizieren. (B) Die Gefäßwand wird auf dem T1-Mapping segmentiert, um die T1-Relaxationsrate der Gefäßwand zu berechnen. (C) Die Gefäßwand, die auf den MRT-Angiogrammen und den Blutfluss-kodierten Bildern segmentiert ist, wird verwendet, um die gefäßerweiternden Eigenschaften der Gefäßwand zu untersuchen, indem die Veränderungen der Veränderungen in der End-
diastolischer Lumenbereich (oder Volumen) und Blutfluss nach Verabreichung von Acetylcholin. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 5: Quantitative Bildgebung der endothelialen Permeabilität und (Dys)Funktion (qMETRIC) bei atherosklerotischen Mäusen. (A) LGE-Bilder und R1-Relaxationskarten zeigen eine erhöhte Aufnahme des Albumin-bindenden Kontrastmittels in der Gefäßwand während des Fortschreitens der Atherosklerose und die Verbesserung nach Statinbehandlung. Die bildgebenden Daten werden durch die Akkumulation von Evan-Blau-Farbstoff, einem Albumin-bindenden Farbstoff, ex vivo bestätigt. (B) Veränderungen der gefäßerweiternden Eigenschaften der Gefäßwand als Reaktion auf die Verabreichung von Acetylcholin ermöglichen die Quantifizierung der endothelabhängigen Vasodilatation. Kontrollgefäße vasodilatieren, während atherosklerotische Gefäße als Reaktion auf Acetylcholin vasoverengen, was auf eine Endothelschädigung hindeutet. Die Behandlung mit Statin verbessert die Schädigung des Endothels. Die Begriffe "Wochen" und "HFD" in der Abbildung stehen für "Wochen" bzw. "fettreiche Ernährung". Diese Abbildung wurde von Phinikaridou, A. et al.5 modifiziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Scan / SequenzParameter der Erfassung
Aufklärungs- / Piloten-Scan3D, schnelles Gradientenecho
Quer: Sichtfeld = 50 mm x 27 mm x 14 mm, Matrix = 96 x 52, Auflösung in der Ebene = 0,5 mm x 0,5 mm, Schichtdicke = 0,5 mm, TR/TE = 15/6,1 ms, Flip-Winkel = 30°, Mittelwerte = 1
Korona: FOV = 200 mm x 102 mm x 14 mm, Matrix = 336 x 173, In-Plane-Auflösung = 0,5 mm x 0,5 mm, Schichtdicke = 0,5 mm, TR/TE = 12/6 ms, Flip-Winkel = 30°, Durchschnitte = 1
MRA-ScanSchnelles 3D-Gradientenecho, FOV = 30 mm x 30 mm x 8 mm, Matrix = 200 x 200, In-Plane-Auflösung = 0,15 mm x 0,15 mm, Schichtdicke = 0,5 mm, TR/TE = 15/6,1 ms, Flip-Winkel = 40°, Durchschnitte = 1
Look-Locker ScanSchnelles 2D-Gradientenecho, FOV = 30 mm x 30 mm, Matrix = 80 x 80, Auflösung in der Ebene = 0,38 mm x 0,38 mm, Schichtdicke = 2 mm, TR/TE = 19/8,6 ms, TR zwischen nachfolgenden IR-Impulsen = 1000 ms und Flip-Winkel = 10°, Mittelwerte = 1.
LGE-ScanSchnelles 3D-Gradientenecho, FOV = 30 mm x 30 mm x 8 mm, Matrix = 304 x 304, Auflösung in der Ebene = 0,1 mm x 0,1 mm, gemessene Schichtdicke = 0,5 mm, Schichten = 32, TR/TE = 28/8 ms, TR zwischen nachfolgenden IR-Impulsen = 1000 ms und Flip-Winkel = 30°, Mittelwerte = 1.
T1-Mapping-ScanSchnelles 3D-Gradientenecho, FOV = 36 mm x 22 mm x 8 mm, Matrix = 192 x 102, In-Plane-Auflösung = 0,18 mm x 0,22 mm, gemessene Schichtdicke = 0,5 mm, Schichten = 16, TR/TE = 9,6/4,9 ms, Flip-Winkel = 10°, Durchschnitte = 1.
Phasenkontrast-Angiographie-Scan2D, schnelles Gradientenecho, FOV = 40 mm x 23 mm, Matrix = 132 x 77, In-Plane-Auflösung = 0,3 mm x 0,3 mm x 1 mm, TR/TE = 9,8/4,9 ms, Flip-Winkel = 30°, Herzphasen = 14, Mittelwerte = 6, Strömungsgeschwindigkeit (Fuß-Kopf-Richtung) = 30 cm/s.

TABELLE 1: Parameter der MRT-Erfassung

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Bestimmung der vaskulären endothelialen Gesundheit ist ein attraktiver bildgebender Biomarker, der möglicherweise zur Diagnose atherosklerotischer Risiken und zur Überwachung von Behandlungseffekten verwendet werden kann. Das hier skizzierte qMETRIC-Protokoll kann verwendet werden, um die endotheliale Permeabilität/Leckage und (Dys-)Funktion in einem umfassenden, schnellen und klinisch anwendbaren MRT-Protokoll reproduzierbar zu quantifizieren. Ein solcher Ansatz kann eine einfachere Alternative oder ein ergänzendes Werkzeug zu bestehenden DCE-MRT-Protokollen zur Quantifizierung der Endothelpermeabilität darstellen. Es kann auch ein nicht-invasives Instrument für die direkte Beurteilung der endothelialen (Dys-)Funktion in Gefäßbetten, wie z. B. der Koronararterien und der Halsschlagader, darstellen, anstatt entweder invasive Techniken oder Surrogatmessungen in peripheren Arterien zu verwenden, die weniger stark von der Krankheit betroffen sind. Die Messung der Endothelpermeabilität mit dieser Methode ermöglicht die Abdeckung der Aorta, des Aortenbogens sowie der Arteria brachiocephalica und der Halsschlagader mit hoher räumlicher Auflösung (0,1 mm für die LGE-Bilder und 0,22 mm für die T1-Kartierung), die für eine genaue Segmentierung der Gefäßwand bei Nagetieren entscheidend ist. Die Analyse der Bilder kann über eine Open-Source-Plattform erfolgen und erfordert nur eine einfache Segmentierung der Gefäßwand, ohne dass eine komplexe pharmakokinetische Modellierung erforderlich ist. Wichtig ist, dass dieses Protokoll für die Verwendung in einer Reihe verschiedener kommerziell erhältlicher Scanner angepasst und auf den Einsatz in verschiedenen Tiermodellen und auch beim Menschen erweitert werden kann. Obwohl dieses Protokoll die Methodik unter Verwendung eines klinischen Scanner-Setups beschreibt, können die MRT-Protokolle auch bei der Verwendung von Hochfeld-Kleintierscannern implementiert werden. Diese Scanner bieten häufig Inversionswiederherstellungs-, T1-Mapping- und Angiographieprotokolle, die verwendet oder in Zusammenarbeit mit den Scannerherstellern programmiert werden können.

Um genaue und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, sollte einigen kritischen Schritten des Protokolls besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Erstens sind bei der Bildgebung von Kleintieren in einem klinischen Scanner geeignete und maßgeschneiderte Empfängerspulen notwendig, um das Signal-Rausch-Verhältnis für eine hohe Bildqualität zu maximieren. Die Positionierung des Tieres auf der Spule ist ebenfalls entscheidend, da Trennungen und luftgefüllte Räume zwischen dem Tier und der Spule vermieden werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Aus diesem Grund sollte der anatomische Interessenbereich in der Mitte der Spule platziert und dann in das Isozentrum des Magneten verschoben werden, um ihn dem Magnetfeld mit maximaler Homogenität auszusetzen. Zweitens ist ein stabiles, starkes und genaues EKG-Signal für eine zuverlässige Bildgebungsauslösung/-steuerung von größter Bedeutung. Dies ist wichtig für eine konsistente Anregung der Magnetisierung und das Timing des Bildaufnahmefensters zu bestimmten Zeitpunkten und für die Aufnahme genauer zeitaufgelöster Bilder, die die enddiastolische Phase für den Funktionstest enthalten. Pad- oder Nadelelektroden für Kleintiere sind besser geeignet, wenn sie an Scannern mit höherer Feldstärke verwendet werden, die im Vergleich zu klinischen Scannern besser abgeschirmt sind. Wenn diese Optionen an klinischen Feldscannern verwendet werden, müssen die EKG-Kabel miteinander verzogen werden, um die Bildung von Resonanzkreisen bei der MRT-Lamour-Frequenz zu vermeiden, die das EKG-Signal während der Pulssequenz verschlechtern können. Alternativ schlagen wir die Verwendung des EKG-Moduls und der Pads vor, die für menschliche Scans verwendet werden, mit Anpassung der Pad-Größe an die der Mauspfote und zusätzlicher Stabilisierung der Pads mit Klebeband, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Drittens ist es bei der Aufnahme von LGE-Bildern, während das Kontrastmittel noch im Blutkreislauf zirkuliert, entscheidend, den richtigen Nulling-Zeitpunkt zu wählen, um den Blutpool effizient zu unterdrücken und die Gefäßwand abzugrenzen. Vor jeder LGE-Sequenz muss eine Look-Locker-Sequenz ausgeführt werden, und die Inversionsverzögerungszeit muss entsprechend angepasst werden. Viertens sollte für eine genaue und präzise T1-Kartierung unter Verwendung einer modifizierten Look-Locker-Inversionswiederherstellungssequenz (MOLLI) das vorgeschlagene Bildaufnahmeschema implementiert werden, um einen Bereich von Inversionsverzögerungen von mindestens 20 ms bis 2000 ms abzudecken, um die kurze und lange T1-Spezies zu erfassen. Schließlich muss die Segmentierung von MRT-Daten streng sein und strenge Kriterien anwenden, um Verzerrungen innerhalb und/oder zwischen den Beobachtern bei der Berechnung des Bereichs/Volumens und des T1-Werts zu vermeiden.

Im Gegensatz zur DCE-MRT liefert das hier beschriebene Verfahren keine kinetischen Daten des Ein- und Auswaschens des Kontrastmittels in der Gefäßwand. Vielmehr liefert es eine Momentaufnahme der endothelialen Permeabilität zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Injektion des Albumin-bindenden Kontrastmittels Gadofosveset. Die extrahierten quantitativen Daten aus diesen Zeitpunkten korrelierten jedoch stark mit anderen Albuminfarbstoffen, wie z. B. dem blauen Farbstoff von Evan, der als Goldstandard zur Messung der endothelialen Permeabilität und der erhöhten endothelialen Gap-Junction-Breite gilt. Mechanistisch gesehen sind sowohl die albumingebundene als auch die ungebundene Fraktion von Gadofosveset klein genug, um Brüche in den Endothelübergängen zu passieren und zu einer MRT-Signalverstärkung zu führen. Darüber hinaus ist es möglich, dass die ungebundene Fraktion auch an Intraplaque-Albumin bindet, nachdem sie in die Gefäßwand eingedrungen ist, was zu einer Signalverstärkung führt. Es wurde beobachtet, dass die Entspannungsfähigkeit der Gefäßwandr 1≈17 mmol/L/s beträgt, wenn Gadofosveset in einer klinischen Dosis injiziert wird. Dieser Wert liegt näher an dem für die albumingebundene Fraktion (r1≈25 mmol/L/s) im Vergleich zur freien Fraktion (r 1≈6,6 mmol/L/s)5,29.

Zu den zukünftigen Anwendungen dieses bildgebenden Verfahrens gehören grundlagenwissenschaftliche Studien an verschiedenen Tiermodellen und anderen arteriellen Segmenten und die Verwendung dieser Methode zur Beurteilung biologischer Reaktionen auf bestehende oder neuartige pharmazeutische Wirkstoffe. Studien können entweder querschnittlich oder longitudinal durchgeführt werden, um mechanistische bzw. Ergebnisdaten zu sammeln. Der unkomplizierte Arbeitsablauf macht diesen Ansatz auch für den Einsatz beim Menschen zugänglich und klinisch anwendbar. Die Adaption dieses Verfahrens für die Bildgebung der menschlichen Halsschlagader und der peripheren Arterien steht unmittelbar bevor, aber die Anwendung dieses Verfahrens zur Bildgebung der Koronararterien erfordert weitere Fortschritte bei der Bildaufnahme, Rekonstruktion und Bewegungskorrektur, die derzeit entwickelt werden30,31.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wir sind dankbar für die Finanzierung von: (1) British Heart Foundation (A.P Early Career Development Fellowship, Project grant-PG/2019/34897 und R.M.B. Project and Programme grants PG/10/044/28343, RG/12/1/29262 und RG/20/1/34802); (2) das King's BHF Centre for Research Excellence RE/18/2/34213; (3) das Wellcome EPSRC Centre for Medical Engineering (NS/A000049/1); (4) das Gesundheitsministerium über das National Institute for Health Research (NIHR), die Cardiovascular Health Technology Cooperative (HTC) und das umfassende biomedizinische Forschungszentrum, das dem Guy's & St Thomas' NHS Foundation Trust in Partnerschaft mit dem King's College London und dem King's College Hospital NHS Foundation Trust verliehen wurde; (5) Chilenische Agentur für Forschung und Entwicklung (ANID) - Programm der Millennium Science Initiative - NCN17_129 und FONDECYT 1180525.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AcetylcholinSigma AldrichA6625- 100G, 16,6 mg/kg
AnästhesiegeräteAllgemeine AnästhesiedienstleistungenAllgemeine Anästhesiedienstleistungen
UmwälzwärmepumpeThermoFisher Scientific, USABOM: 152510101
EKG-leitfähiges Gel (Nuprep)Waever and Company, USA10-30-T
EKG-ÜberwachungsmodulInvivo, USAREF 0700-1002
Gadofosveset Trisordium (Vasovist/ Ablavar)Lantheus Medical Imaging Inc, North Billerica, MA, USA0,03 mmol/kg
Fettreiche DiätSpecial Diets Services, Witham, UK21 % Fett aus Schmalz, 0,15 % (wt/wt) Cholesterin
InduktionsboxVet Tech Solutions LTD
InsulinspritzenBD Biosciences0,5 ml, 29 G
OsirixX SoftwareOsiriX Foundation, Genf, SchweizOpen-Source-Plattform
Philips Achieva MRT-Scanner (3 Tesla)Philips Healthcare, Best, NiederlandeAusgestattet mit einem klinischen Gradientensystem (30 mT m-1, 200 mT m-1 ms-1)
Single– Schlaufenoberfläche Mikroskopie EmpfängerspulePhillips HamburgDurchmesser = 23 mmSonderanfertigung

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