小型猪心肌梗死后血管新生的在体多模态融合成像及干预研究

发布时间：2018-02-03 05:06

本文关键词： 心肌梗死猪模型血管新生多模态成像图像融合血管内皮生长因子经导管心内膜注射　出处：《第四军医大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：背景缺血性心脏病在世界范围内是第一位致死病因,且尽管当前的再灌注治疗策略大幅提高了急性心肌梗死的住院存活率,但心梗后存活患者远期心力衰竭发生率高,生活质量降低,同时反复住院大量消耗医疗资源,带来沉重的社会负担。积极寻找有效的治疗方式,尤其是生物学治疗新模式为陈旧性心肌梗死以及心力衰竭的心肌损伤修复带来了希望。在一个新型治疗方式应用于临床前,必须经过大动物的临床前研究。大动物慢性心肌梗死模型对于进一步研究心肌梗死后分子和细胞改变的机制以及尝试新的治疗心肌梗死预防左室重塑的方法都是至关重要的。目前多数的以猪作为心肌梗死模型的实验研究,仍是通过外科结扎或内科球囊一过性阻断冠脉前向血流作为主要的造模方法,需要优化和改进,尤其是在建立稳定且较大的梗死面积、高手术成功率、术后长期存活等方面仍有待提高。血管新生成像及多模态图像融合是近年来医学影像和分子影像的进步,可以从结构和功能以及分子水平对心肌梗死及梗死后的血管新生过程进行在体观察和全面评估,是临床前研究的有力工具。在血管新生成像的众多靶点中,整联蛋白αvβ3研究最为广泛而深入。许多含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(rgd)序列的探针作为整联蛋白αvβ3的特异性配体被研发出来,其中,nota-prgd2作为环化的rgd二聚体显示了与整联蛋白αvβ3特异性结合的良好靶向性、在体稳定性与生物分布。在我们课题组既往的研究中,nota-prgd2探针曾用于大鼠心肌缺血再灌注模型的在体血管新生动态观察,其pet/ct影像和同时间点放射自显影以及离体免疫组化染色结果进行比较,证实了良好的一致性。另一项具有开创性的研究是68ga-nota-prgd2探针直接用于罹患心肌梗死的患者的在体成像。但是,由于医学伦理的限制,不可能对同一个心梗病人进行重复多次的pet扫描,限制了对血管新生动态信息的获取,且由于心梗病人梗死发生位置及范围的多样性,对结果的量化分析造成较大影响。构建大动物心肌梗死模型可以保证动物梗死面积的一致性,并可以对其进行长时间多次的动态观察和比较,能够客观反应心肌梗死后血管新生的真实状态。对于心梗后的干预,大多数研究选择心梗后急性期给药,这与心梗后心力衰竭多发生在中晚期的临床实际不完全一致。关于给药途径,多项研究提示经导管心内膜给药效率更高且更具临床可行性。vegf是一个位于促血管新生始动环节的细胞因子,其促血管新生机制较为明确,量效关系呈s型曲线。由中国科学院遗传与发育研究所戴建武教授团队开发合成的胶原靶向结合的vegf(collagenbindingdomain,cbd-vegf),可以和梗死区及梗死区周边i型胶原特异性结合,减少药物的稀释和消散,提高给药局部血药浓度。目前已在大鼠心梗模型上和兔心梗模型上进行过验证,提示优于普通vegf促进血管新生,改善心功能,但是仍缺乏大动物研究证据及在体影像证据。目的1.构建稳定一致且有较大梗死面积的小型猪心肌梗死模型,并保证较高的手术成功率,较短的手术操作时间,从而为进一步的心脏干预奠定良好基础;2.应用以整联蛋白αvβ3为靶点的68ga-nota-prgd2探针行pet/ct成像,对心梗后的血管新生过程进行在体动态观察,并结合心脏双源ct及其血管造影提供的形态学信息和18f-fdgpet/ct提供的心肌代谢信息实现心肌梗死后在体多模态融合成像;3.对陈旧心梗的小型猪,通过经导管心内膜注射给药,分组比较cbd-vegf,普通vegf和pbs的干预效果,用在体多模态影像及血管新生分子影像进行在体评估。方法1.18头广西巴马小型猪,随机分为3组(球囊阻塞组、半截球囊栓塞组、序贯球囊海绵栓塞组,每组n=6)。三组均分为麻醉、经皮穿刺股动脉、选择性冠脉造影、缺血预适应并预防心律失常、球囊阻塞或栓塞,术后心电监护及处置等6个步骤。各组仅球囊阻塞或栓塞方法不同,阻塞或栓塞水平均固定在前降支第二对角支开口以远,其余步骤亦相同。比较三组术中室颤发生率、存活率、阻塞或栓塞操作时间、总的手术时间、术后3月血管再通发生率。除心电图、心脏超声外,序贯球囊海绵栓塞组于术后3月进一步行pet/ct检查验证心肌梗死的发生。联合应用心脏超声、spect/ct、离体ttc染色等方法对三组的心功能和心肌梗死面积进行评价比较。2.对8头急性心梗后小型猪进行心梗后血管新生在体观察。在造模前对2头健康的小型猪行18f-fdg和68ga-nota-prgd2pet/ct检查,获取基线数据。在术后1周、3周、6周、12周、24周等不同时间点进行68ga-nota-prgd2pet/ct检查;在术后1周及12周先后两次行双源ct检查及血管成像和18f-fdgpet/ct成像。除应用常规的商业软件进行图像分析,对获取的图像进行分割、配准、图像融合和三维重建可视化。3.12头心肌梗死后3月的小型猪,通过超声及复查冠脉造影进行筛查,确定在干预前动物模型的心功能状况基本一致,前降支无再通,并纳入2头健康同月龄小型猪作为健康对照。获取心梗后3月心脏超声数据,spect数据作为基线。于心梗后3月进行经导管心内膜给药(随机分配进入cbd-vegf组,普通vegf组,pbs组,每组n=4)。三个组的小型猪均干预前及干预后1月、2月、3月行68ga-nota-prgd2pet/ct检查明确血管新生变化情况,并于干预后3月复查冠脉造影。三个干预组和一个健康对照组的小型猪在干预后3月和9月(即心梗后6月和12月)复查心脏超声和spect/ct,明确心功能变化及血流灌注变化情况。所有小型猪在干预后9月处死并进行离体ttc染色分析,比较梗死面积。结果1.在心梗造模方法的实验中,18头小型猪有13头成功构建小型猪心肌梗死模型,均存活至术后3月以上。球囊阻塞组有3头,半截球囊栓塞组1头,序贯球囊海绵栓塞组有1头均因室颤复苏未成功死亡,半截球囊栓塞组和序贯球囊海绵栓塞组存活率均为83.3%(5/6头猪)。两组的室颤发生率较球囊阻塞组降低(p0.05,n=18)。球囊阻塞组操作时间(60±0.5)分钟,半截球囊组为(21.4±5.2)分钟,序贯球囊海绵栓塞组(31.2±4.7)分钟,两个栓塞组较球囊阻塞组手术时间明显缩短(p0.05),序贯球囊海绵栓塞组较半截球囊栓塞组时间无明显延长,各组手术均可在2-3小时内完成。术后3月复查造影提示球囊阻塞组前降支均血流通畅,半截球囊组存活的5头小型猪中有3头出现血管再通,序贯球囊海绵栓塞组无血管再通发生,且spect/ct提示心梗后3月半截球囊栓塞组和序贯球囊海绵栓塞组心肌灌注缺损存在显著差异(p0.05,n=10)。心脏超声、spect/ct、离体ttc染色均提示两个栓塞组较球囊阻塞组梗死面积更大,存在显著性差异。2.在对8头小型猪急性心梗后血管新生在体观察的实验中,全部小型猪顺利完成实验。经18f-fdgpet/ct心肌糖代谢影像证实,斑片状的68ga-nota-prgd2摄取增加主要发生在前间隔心肌梗死区与正常心肌的交界位置。在心梗后1周评估探针靶向特异性的实验中,明确可见提前10分钟静脉注射环状rgd肽阻滞剂后,68ga-nota-prgd2局部摄取水平降低,图像信号减弱(1.20±0.05vs0.70±0.10,p0.05)。不同时间点的动态观察可见,68ga-nota-prgd2在兴趣区的摄取增加呈阶段性的变化。摄取增加在心梗后3天可以检测到,但未见显著差异,兴趣区与非兴趣区单平面的平均值分别为0.78±0.13vs.0.47±0.15,p0.05。该值在心肌梗死后1周-3周的时间逐渐达到峰值(1.01±0.12vs.0.59±0.14,p0.05and1.55±0.20vs.0.81±0.17,p0.05)。摄取增加在心梗后6周和12周均保持在一个较高的水平,与对侧心肌存在显著性差异(0.86±0.12vs.0.50±0.10,p0.05and0.80±0.15vs.0.40±0.07,p0.05)。至心梗后24周,兴趣区的局部摄取仍较对侧心肌为高,但未见统计学差异(0.59±0.10vs0.41±0.09,p0.05)。与此同时,兴趣区单平面的最大值,系列平面中的平均值和最大值均保持同样的变化趋势。另外,在心梗后3周,兴趣区68ga-nota-prgd2摄取增加区域的体积达到最大值,为7.00±1.05立方厘米,这个体积随着时间的变化亦呈动态变化。三维重建的多模态图像融合进一步展示了18f-fdg在左室前壁心尖水平和室中的前壁和间隔的代谢缺损,斑片状或者在三维结构中呈团块状的68ga-nota-prgd2摄取增加的血管新生信号,发生在梗死的前间隔与正常心肌的交界区域。再经过与冠状动脉cta图像融合的证实,血管新生信号区域发生在阻塞冠脉远端,应该是重度缺血区域。3.在对12头陈旧心梗的小型猪进行药物干预的实验中,全部的12头心梗后3月小型猪均顺利完成经导管心内膜注射,术中有频发室性早搏,短阵室速,但无心室颤动发生。所有纳入实验的小型猪均顺利完成各项影像学检查并于干预后9月处死进行离体分析。干预后3月复查冠脉造影各组均未见明显侧枝循环。心脏超声和spect/ct分析的lvedv和lvef三组间未见显著差异,心脏超声提示的局部室壁运动wmsi组间亦未见显著差异,离体ttc染色评估的心肌梗死面积三组间未见显著差异。cbd-vegf组68ga-nota-prgd2摄取平均值suvavg在干预后1月、2月和3月逐渐增加,而vegf组和pbs组随时间延长呈下降趋势,在干预后3月三组间出现显著性差异(p0.05),分别为(0.96±0.08)、(0.62±0.10)和(0.59±0.07),感兴趣区prgd2摄取最大值suvmax在干预后不同时间点呈现同样的变化趋势,存在显著性差异。相应的,cbd-vegf组心肌灌注缺损在干预后3月和9月逐渐减小,并在干预后9月与vegf组和pbs组出现显著性差异(p0.05),分别为(25.0±1.6)%,(34.0±1.2)%和(35.5±1.5)%。心脏水平长轴可见cbd-vegf组干预后9月室间隔心肌灌注较前改善。结论1.构建并验证了一种新型的小型猪心肌梗死模型的造模方法,与经典的球囊一过性阻断血流诱发心肌梗死造模方法比较,序贯栓塞法可诱导面积较大且稳定一致的心肌梗死,局部栓塞完全持久,手术成功率高、时间短、可重复性好,是传统心肌梗死模型制备方法的重要改良;2.以68Ga-NOTA-PRGD2为探针的PET成像可以对大动物心肌梗死后血管新生过程进行无创长程的动态观察,揭示了大动物心肌梗死后血管新生的变化规律;合作搭建了一个心脏多模态融合成像平台,结合心脏双源CT提供的形态学信息和PET/CT提供的心肌代谢信息和分子影像信息的多模态图像融合可以对心肌梗死及梗死后的血管新生进行比较全面客观的评价,并更加准确直观的展示血管新生信号的位置和范围,证实前壁心梗后团块状的血管新生主要发生在前间隔梗死区与正常心肌交界区域,位于临近前降支闭塞段远端的重度缺血区域;3.经导管心内膜注射CBD-VEGF优于普通VEGF和PBS,促进血管新生,改善心肌灌注,未见心功能改善及梗死面积减小;多模态心脏影像及以整联蛋白αvβ3为靶点的68Ga-NOTA-PRGD2血管新生在体分子影像有助于对干预效果的评价。
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【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R542.22

【参考文献】