In vivo Near Infrared Fluorescence (NIRF) Intravaskulär Molecular Imaging av inflammatoriska plack, en multimodal metod för avbildning av åderförkalkning
Summary
Vi detalj ett nytt nära infraröda fluorescens (NIRF) kateter för 2-dimensionella intravaskulär molekylär bildanalys av plack biologi<em> In vivo</em>. Den NIRF Katetern kan visualisera viktiga biologiska processer såsom inflammation genom att rapportera om förekomsten av plack-ivrig som aktiveras och riktade NIR fluorokromer. Katetern använder kliniska teknik och effektbehov och riktar för användning i mänskliga hjärtats kranskärl. Följande studie beskriver en multimodal imaging strategi som utnyttjar en roman<em> In vivo</em> Intravaskulära NIRF kateter till bild och kvantifiera inflammatoriska plack i proteolytically aktiva inflammerad kanin atheromata.
Abstract
Den vaskulära svaret på skadan är en väl iscensatt inflammatorisk reaktion utlöst av ansamling av makrofager i kärlväggen vilket leder till en ansamling av lipid-lastat inom luminala plack, glatt muskulatur celltillväxt och progressivt minska fartygets lumen. Bildandet av sådana sårbara plack benägenhet att brista ligger bakom de flesta fall av akut hjärtinfarkt. Det komplexa molekylära och cellulära inflammatoriska kaskaden är iscensatt av rekrytering av T-lymfocyter och makrofager och deras parakrina effekter på endotelceller och glatta muskelceller. 1
Molecular imaging i ateroskleros har utvecklats till en viktig klinisk och forskning verktyg som möjliggör in vivo visualisering av inflammation och andra biologiska processer. Flera aktuella exempel visa förmåga att upptäcka hög risk plack hos patienter, och bedöma effekterna av pharmacotherapeutics i åderförkalkning. 4 Även om flera av molekylär bildanalys metoder (särskilt MRI och PET) kan bild biologiska aspekterna av stora fartyg som halspulsådern artärer, knappa alternativ finns för avbildning av kranskärl. 2 Tillkomsten av högupplösande optisk avbildning strategier, särskilt nära infraröda fluorescens (NIRF), i kombination med som aktiveras fluorescerande prober, har förbättrat känslighet och ledde till utvecklingen av nya intravaskulär strategier att förbättra biologisk avbildning av mänskliga koronar ateroskleros.
Nära infraröd fluorescens (NIRF) molecular imaging använder excitation ljus med en bestämd bandbredd (650-900 nm) som en källa till fotoner som, när de levereras till en optisk kontrastmedel eller fluorescerande probe avger fluorescens i NIR fönster som kan upptäckas med en lämplig utsläpp filter och en hög känslighet charge-coupled kamera. Till skillnad från synligt ljus, tränger NIR ljus djupt i vävnaden, är klart mindre dämpats endogena fotonen absorbenter som hemoglobin, lipid och vatten, och möjliggör höga mål till bakgrunden nyckeltal på grund av minskad autofluorescens i NIR-fönster. Imaging inom NIR "fönstret" kan avsevärt förbättra möjligheterna för in vivo imaging. 2,5
Inflammatoriska cysteinproteaser har väl studerat med som aktiveras NIRF sonder 10, och spelar en viktig roll i aterogenesen. Via nedbrytning av extracellulär matrix, cysteinproteaser bidrar allt till progression och komplikationer av ateroskleros 8. I synnerhet är det cystein proteas, cathepsin B, mycket uttrycks och colocalizes med makrofager i experimentell murina, kanin och människa atheromata. 3,6,7 Dessutom kan cathepsin B aktivitet i plack kännas in vivo att använda en tidigare beskrivits en -D intravaskulära nära infraröda fluorescens-teknik 6, i samband med ett injicerbart Nanosensorn agent som består av en poly-lysin polymer ryggraden derivatiserade med flera NIR fluorokromer (VM110/Prosense750, ex / em 750/780nm, VisEn Medical, Woburn, MA) som resulterar i starka intramolekylära dämpning vid baslinjen. 10 Efter riktade enzymatisk klyvning av cysteinproteaser såsom cathepsin B (känd colocalize med plack makrofager), den fluorokromer separata, vilket resulterar i betydande förstärkning av NIRF signalen. Intravaskulär upptäckt av NIR fluorescens signal genom utnyttjad romanen 2D intravaskulär NIRF kateter gör nu med hög upplösning, geometriskt noggranna in vivo detektion av cathepsin B-aktivitet i inflammerade plack.
In vivo molecular imaging av ateroskleros med hjälp av kateter-baserad 2D NIRF bildhantering, i motsats till en tidigare 1-D spektroskopiska metoden, är sex ett nytt och lovande instrument som använder utökade proteas aktivitet i makrofager-rika plack att upptäcka vaskulär inflammation. 11,12 Följande forskning protokoll som beskriver användningen av en intravaskulära 2-dimensionella NIRF kateter till bild och karaktärisera plack struktur utnyttja viktiga aspekter av plack biologi. Det är en översättningsbara plattform som när de integreras med befintliga kliniska imaging-teknik, inklusive angiografi och intravaskulärt ultraljud (IVUS) erbjuder en unik och ny integrerad multimodal molecular imaging teknik som skiljer inflammatoriska atheromata och möjliggör detektion av intravaskulära NIRF signaler i mänsklig storlek kranskärl .
Protocol
Discussion
Inflammerade högrisk-eller sårbara plack är sannolikt svarar för merparten av hjärtinfarkt. Identifieringen av sådana tavlor innan symtomen har viktiga kliniska implikationer både att förutsäga resultat och vägledande medicinsk behandling. Konventionella koronar arteriell avbildningsmetoder, såsom röntgen-angiografi fokus oftast på karaktärisering av luminala narrowings snarare än att belysa underliggande biologiska profiler för hög risk, vanligen icke-stenotiska lesioner. Intravaskulär NIRF molecular …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Stöd för detta arbete lämnades av National Institutes of Health bidrag # R01 HL 108.229, American Heart Association Scientist utveckling Grant # 0830352N, Howard Hughes Medical Institute Career Development Award Broadview Ventures, Europeiska gemenskapens sjunde ramprogram (FP7/2007-2013 enligt bidragsavtal Avtalet # 235.689) och MGH William Schreyer Fellowship.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| Prosense 750 | Visen Medical | VM110 | 500 nmol/kg IV injection | |
| Heparin Sodium | APP Pharmaceuticals | 401586D | ||
| Cephazolin | NovaPlus | 46015683 | ||
| Lidocaine HCL 2% | Hospira | NDC 0409-4277-01 | ||
| Buprenorphine | Bedford Laboratories | NDC 55390-100-10 | ||
| Ketamine | Hospira | NDC 0409-2051-05 | ||
| High Cholesterol Diet 1% | Research Diets | C30293 | ||
| HIgh Cholesterol Diet 0.3% | Research Diets | C30255 |
References
- Andersson, J., Libby, P. Adaptive immunity and atherosclerosis. Clin Immunol. 134, 33-46 (2010).
- Calfon, M. A., Vinegoni, C. Intravascular near-infrared fluorescence molecular imaging of atherosclerosis: toward coronary arterial visualization of biologically high-risk plaques. Journal of Biomedical Optics. 15, 011107-011107 (2010).
- Chen, J., Tung, C. -. H. In Vivo Imaging of Proteolytic Activity in Atherosclerosis. Circulation. 105, 2766-2771 (2002).
- Jaffer, F. A., Libby, P. Molecular Imaging of Cardiovascular Disease. Circulation. 116, 1052-1061 (2007).
- Jaffer, F. A., Libby, P. Optical and Multimodality Molecular Imaging: Insights Into Atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 29, 1017-1024 (2009).
- Jaffer, F. A., Vinegoni, C. Real-Time Catheter Molecular Sensing of Inflammation in Proteolytically Active Atherosclerosis. Circulation. 118, 1802-1809 (2008).
- Kim, D. -. E., Kim, J. -. Y. Protease Imaging of Human Atheromata Captures Molecular Information of Atherosclerosis, Complementing Anatomic Imaging. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 30, 449-456 (2010).
- Libby, P. Inflammation in atherosclerosis. Nature. 420, 868-874 (2002).
- Naghavi, M., Libby, P. From Vulnerable Plaque to Vulnerable Patient: A Call for New Definitions and Risk Assessment Strategies: Part I. Circulation. 108, 1664-1672 (2003).
- Weissleder, R., Tung, C. -. H. In vivo imaging of tumors with protease-activated near-infrared fluorescent probes. Nat Biotech. 17, 375-375 (1999).
- Razansky, R. N., Rosenthal, A. Near-infrared fluorescence catheter system for two-dimensional intravascular imaging in vivo. Optics Express. 18, 11372-11381 (2010).
- Jaffer, F. A., Calfon, M. A. Two-Dimensional Intravascular Near-Infrared Fluorescence Molecular Imaging of Inflammation in Atherosclerosis and Stent-Induced Vascular Injury. Journal of the American College of Cardiology. 57, 2516-2526 (2011).
