Entwicklung und Erprobung multimodaler molekularer Proben für die in vivo Charakterisierung der Stabilität atherosklerotischer Plaques
Final Report Abstract
Erkrankungs- und verletzungsbedingte Biomarker werden auf der luminalen Oberfläche exprimiert und stellen ein potentielles Ziel für die Bildgebung und Diagnostik dar. Das Hauptziel dieses Projektes war die Etablierung eines vaskulären Ultraschallkontrastmittels (Mikrobläschen), welches den physiologischen Fluss- und Scherraten in Hauptarterien widerstehen kann und dabei gleichzeitig spezifisch an molekulare Marker bindet. Die von uns verwendeten Mikrobläschen (MB) sind mit Luft gefüllte, Polymer-stabilisierte Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1-2 µm. Die Beladung der Mikrobläschenhülle mit Fluoreszenzfarbstoffen ermöglicht deren bi-modale Detektion mit molekularem Ultraschall und Zwei-Photonen Mikroskopie. Mithilfe von Zwei-Photonen Mikroskopie wurde die Scherspannungsresistenz von ICAM-1 spezifischen MB auf TNFα-stimulierten Karotiden in einer ex vivo Flusskammer charakterisiert. Nicht nur unter physiologischen Bedingungen, sondern auch bei weit höheren Scherraten banden die MB fest an ihr Target. Dies wurde auch in einer ersten proof-of-concept-Studie an entzündeten Hauptarterien von Mäusen in vivo bestätigt. Durch vaskuläre Interventionen wird das Endothel oft beschädigt und partiell entfernt. Dies erhöht unter anderem das Risiko für Thrombose und Restenose. Die endotheliale Regeneration nach der Intervention ist ein lebenswichtiger Schritt für die Genesung von Patienten. Das vaskuläre Zelladhäsionsmolekül 1 (VCAM-1) wird nach endothelialer Verletzung sowohl auf regenerierenden Endothelzellen als auch auf glatten Muskelzellen exprimiert. Mit einsetzender Bedeckung der glatten Muskelzellen durch Endothelzellen, verschwindet VCAM-1 von der endothelialen Oberfläche, was diesen Rezeptor zu einem geeigneten Marker für die endotheliale Regeneration macht. Mithilfe von Zwei-Photonen Mikroskopie wurden einzelne MB im Lumen verfolgt, quantifiziert und eine spezifische Bindung an VCAM-1 festgestellt. Mithilfe von molekularem Ultraschall wurde die Bindung der MB an das verletzte Endothel ebenfalls zuverlässig detektiert und der Heilungsverlauf konnte auch in entzündlich vorgeschädigtem Endothel verfolgt werden. Im dritten Ansatz wurden Mikrobläschen gegen das junktionale Adhäsionsmolekül 1 (JAM-A) in einem Modell der akzelerierten Plaquebildung eingesetzt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass JAM-A in den Frühphasen der Plaqueentwicklung luminal überexprimiert ist und sich mittels Mikrobläschen und Sonographie darstellen lässt.
Publications
- Rhodamine-loaded intercellular adhesion molecule-1-targeted microbubbles for dual-modality imaging under controlled shear stresses. Circ Cardiovasc Imaging 2013, 6, 974-81
Wu Z., Curaj A., Fokong S., Liehn E., Weber C., Lammers T., Kiessling F., Zandvoort van M.
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Li X., Zhu M., Penfold ME., Koenen RR., Thiemann A., Heyll K., Akhtar S., Koyadan S., Wu Z., Gremse F., Kiessling F., Zandvoort van M., Schall TJ., Weber C., Schober A.
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Schober A., Nazari-Jahantigh M, Wei Y, Bidzhekov K, Gremse F, Grommes J, Megens RT, Heyll K, Noels H, Hristov M, Wang S, Kiessling F, Olson EN, Weber C
(See online at https://doi.org/10.1038/nm.3487) - Noninvasive molecular ultrasound monitoring of vessel healing after intravascular surgical procedures in a preclinical setup. ATVB 2015, 35(6), 1366-73
Curaj A., Wu Z., , Fokong S., Liehn E., Weber C., Burlacu A., Lammers T., Zandvoort van M., Kiessling F.
(See online at https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.114.304857)
