Positron emission tomography imaging of disease activity in atherosclerosis

Abstract

Ateroskleroosi on etenevä tulehduksellinen sairaus, jossa rasvaa ja sidekudosta kertyy verisuonten seinämiin. Tyypin 2 diabeteksen (T2DM) esiintyvyys on vuosien aikana noussut maailmanlaajuisesti ja sen tiedetään kiihdyttävän ateroskleroosin etenemistä. Makrofageilla eli syöjäsoluilla on tärkeä rooli ateroskleroosin tautiaktiivisuuden säätelyssä ja ne voivat joko estää tai edistää sairauden etenemistä. Positroniemissiotomografia (PET) on kuvantamismenetelmä, jolla voidaan kuvata biologisia toimintoja in vivo ja se voi mahdollistaa ateroskleroosin tautiaktiivisuuden ei-invasiivisen arvioinnin.

Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia kolmen uuden PET merkkiaineen 68Ga-NODAGA-exendin-4, (2S, 4R)-4-[18F]fluoroglutamiini (18F-FGln) ja 18F-AlFNOTA-folaatti (18F-FOL) soveltuvuutta ateroskleroosin tautiaktiivisuuden kuvantamiseen ja diabeteslääkkeenä käytettävän dipeptidyylipeptidaasi-4 (DPP-4) inhibiittorin linagliptiinin vaikutuksia hyödyntämällä tunnettua merkkiainetta. Tutkimukset suoritettiin kahdella ateroskleroosin hiirimallilla sekä kanimallilla, osalla hiiristä oli lisäksi diabetes. Merkkiaineiden kertymistä tutkittiin in vivo PET kuvantamisella ja kertymä varmistettiin analysoimalla ex vivo kudosjakautuminen sekä ateroskleroottisten verisuonten ex vivo ja in vitro autoradiografia. Kudosvärjäysten avulla varmistettiin, että merkkiaineen kohdetta on kudoksissa ja merkkiaineiden spesifinen sitoutuminen varmistettiin merkkiaineen sitoutumista estävillä kokeilla. Linagliptiinin vaikutuksia ateroskleroottisten plakkien muodostumiseen ja tulehdukseen sekä maksan rasvoittumiseen ja tulehdukseen tutkittiin histologisen arvioinnin ja 2-deoksi-2-[18F]fluoro-D-glukoosin (18F-FDG) avulla.

Tulokset osoittivat, että 68Ga-NODAGA-exendin-4, 18F-FGln ja 18F-FOL kertymä ateroskleroottisiin plakkeihin voitiin havaita in vivo. Linagliptiini-hoidolla ei ollut vaikutusta ateroskleroosiin tai maksan rasvoittumiseen. Se kuitenkin merkittävästi paransi hiirten sokerinsietokykyä ja vähensi maksan tulehdusta. Yhteenvetona voidaan todeta, että kaikki tutkitut merkkiaineet voivat soveltua ateroskleroosin tautiaktiivisuuden kuvantamiseen. Linagliptiinihoidolla ei ollut havaittavaa vaikutusta ateroskleroottisten plakkien tulehduksen aktiivisuuteen tutkitulla kokeellisella mallilla.

--------

Atherosclerosis is a progressive inflammatory disease characterized by the accumulation of lipids and fibrotic elements in the arterial wall. Incidence of type 2 diabetes mellitus (T2DM) has risen globally throughout the years and is known to accelerate the progression of atherosclerosis. Macrophages have a key role in regulating atherosclerotic disease activity and can either prevent or provoke disease progression. Positron emission tomography (PET) is an imaging technique used to image biological processes in vivo and it may provide tools for non-invasive evaluation of atherosclerotic disease activity.

The aim of this thesis was to evaluate the applicability of three novel PET tracers 68Ga-NODAGA-exendin-4, (2S, 4R)-4-[18F]fluoroglutamine (18F-FGln) and 18FAlF-NOTA-folate (18F-FOL) for the imaging of atherosclerotic disease activity and to study the effects of a T2DM treatment, dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4) inhibitor linagliptin, using an established PET tracer. The studies were conducted using two mouse models and a rabbit model of atherosclerosis, with or without diabetes. Tracer uptake was assessed by in vivo PET imaging and the uptake was confirmed by analyses of ex vivo biodistribution and ex vivo and in vitro autoradiography of atherosclerotic vessels. Immunohistolochemical staining was used to confirm the precense of the tracer target in the tissues and blocking experiments were performed to ensure the specifity of the tracers. The effects of linagliptin intervention on atherosclerotic plaque formation and inflammation and hepatic steatosis and inflammation was evaluated from histology and by utilizing 2-deoxy-2-[18F]fluoroD-glucose (18F-FDG).

The results demonstrated that 68Ga-NODAGA-exendin-4, 18F-FGln and 18F-FOL all detected atherosclerotic lesions in vivo. Linagliptin treatment showed no effect on atherosclerotic plaque formation or inflammation or hepatic steatosis. However it did sigificantly enhance glucose tolerance of the mice and decrease hepatic inflammation. In conclusion, all three studied PET tracers showed potential for the imaging of atherosclerotic disease activity. We did not find evidence of reduced inflammatory activity in atherosclerotic lesions by linagliptin treatment in this model.