התגובה של כלי הדם לפגיעה היא תגובה דלקתית מתוזמנת היטב, המופעלת על ידי הצטברות של מקפגים (macrophages) בדופן כלי הדם, מה שמוביל להצטברות של פלאק תוך-לומנלי עשיר בליפידים, לשגשוג של תאי שריר חלק ולהיצרות הדרגתית של לומן כלי הדם. היווצרותם של פלאקים פגיעים כאלה, הנוטים לסדק, מהווה את הבסיס לרוב המקרים של אוטם שריר הלב חריף. רצף האירועים הדלקתי המולקולרי והתאי המורכב מנוהל על ידי גיוס של לימפוציטים מסוג T ומקפגים, והשפעותיהם הפראקריניות על תאי אנדותל ותאי שריר חלק.1
הדמיה מולקולרית באתרוסקלרוזיס התפתחה לכלי קליני ומחקרי חשוב המאפשר ויזואליזציה in vivo של דלקת ותהליכים ביולוגיים אחרים. מספר דוגמאות מהעת האחרונה מדגימות את היכולת לזהות פלאקים בסיכון גבוה בחולים, ולהעריך את ההשפעות של טיפולים תרופתיים באתרוסקלרוזיס.4 בעוד שמספר גישות של הדמיה מולקולרית (במיוחד MRI ו-PET) יכולות להדמות היבטים ביולוגיים של כלי דם גדולים, כגון עורקי הרקבת, קיימות אפשרויות מועטות להדמיה של עורקי כליליים.2 הופעתן של אסטרטגיות הדמיה אופטית ברזולוציה גבוהה, ובמיוחד פלואורסצנציית אינפרא-אדום קרוב (NIRF), בשילוב עם גששים פלואורסצנטיים הניתנים להפעלה, שיפרו את הרגישות והובילו לפיתוח אסטרטגיות תוך-כליות חדשות לשיפור ההדמיה הביולוגית של אתרוסקלרוזיס בעורקי כליליים אנושיים.
דימיון מולקולרי באמצעות פלואורסצנציית อินפרה-אדום קרוב (NIRF) עושה שימוש באור עירור בעל רוחב פס מוגדר (650-900 nm) כמקור פוטונים אשר, כאשר הם מופנים אל חומר ניגוד אופטי או גשש פלואורסצנטי, פולטים פלואורסצנציה בחלון ה-NIR שניתן לזיהויה באמצעות מסנן פליטה מתאים ומצלמת CCD בעלת רגישות גבוהה. בניגוד לאור נראה, אור NIR חודר עמוק לרקמות, מוחלש באופן משמעותי פחות על ידי בולעי פוטונים אנדוגניים כגון המוגלובין, ליפידים ומים, ומאפשר יחסי יעד-רקע גבוהים בשל פלואורסצנציית רקע (autofluorescence) מופחתת בחלון ה-NIR. דימיון בתוך "חלון" ה-NIR יכול לשפר באופן משמעותי את הפוטנציאל לדימיון in vivo.2,5
פרוטאוזות ציסטאין דלקתיות נחקרו רבות באמצעות גששים של NIRF הניתנים להפעלה10, והן ממלאות תפקידים חשובים בתהליך האתרוגנזה. באמצעות פירוק המטריצה החוץ-תאית, פרוטאוזות ציסטאין תורמות באופן משמעותי להתקדמות ולסיבוכים של טרשת עורקים8. בפרט, פרוטאוזת הציסטאין cathepsin B מובעת ברמה גבוהה וממוקמת יחד עם מקרופאגים בלוחיות טרשתיות ניסיוניות בעכברים, בארנבובים ובבני אדם.3,6,7 בנוסף, ניתן לזהות פעילות של cathepsin B בלוחיות in vivo באמצעות טכנולוגיית פלואורסצנציית תת-אדום תוך-כלית חד-ממדית (1-D) שתוארה בעבר6, בשילוב עם חומר ננו-חיישן הניתן להזרקה, המורכב משלד פולימר של פולי-ליזין המגולוון עם מספר כרומופורים של NIR (VM110/Prosense750, ex/em 750/780nm, VisEn Medical, Woburn, MA) הגורמים למחיקה תוך-מולקולרית חזקה בקו הבסיס.10 בעקבות שסוע אנזימטי ממוקד על ידי פרוטאוזות ציסטאין כגון cathepsin B (הידועה כמיקום משותף עם מקרופאגים בלוחית), הכרומופורים נפרדים, מה שמוביל להגברה משמעותית של אות ה-NIRF. גילוי תוך-כלי של אות פלואורסצנציית NIR באמצעות קטטר NIRF תוך-כלי דו-ממדי (2D) חדשני מאפשר כעת גילוי in vivo ברזולוציה גבוהה ובדיוק גיאומטרי של פעילות cathepsin B בלוחית דלקתית.
In vivo דימות מולקולרי של טרשת עורקים באמצעות דימות 2D NIRF מבוסס קטטר, בניגוד לגישה ספקטרוסקופית חד-ממדית קודמת,6 הוא כלי חדש ומבטיח המשתמש בפעילות פרוטאז מוגברת בתוך פלאק עשיר במקרופאגים כדי לזהות דלקת כלי דם.11,12 פרוטוקול המחקר הבא מתאר את השימוש בקטטר NIRF דו-ממדי תוך-כלי דם כדי לדמות ולאפיין את מבנה הפלאק תוך שימוש בהיבטים מרכזיים של ביולוגיית הפלאק. זוהי פלטפורמה ניתנת ליישום שבעת שילובה עם טכנולוגיות דימות קליניות קיימות, כולל אנגיוגרפיה ואולטרסאונד תוך-כלי דם (IVUS), מציעה טכניקה ייחודית וחדשנית של דימות מולקולרי רב-מודאלי המבדילה אתרומות דלקתיות, ומאפשרת זיהוי של אותות NIRF תוך-כלי דם בעורקים כליליים בגודל אנושי.