Kokeellisten aivovaltimoaneurysmien molekulaarinen kuvantaminen

Kokeellisten aivovaltimoaneurysmien molekulaarinen kuvantaminen Petri Honkanen, LK Opiskelijanumero 013164496 Helsinki 6.4.2011 Tutkielma Ohjaajat: LT Juhana Frösén Dos Mika Niemelä HYKS Neurokirurgia LT Johan Marjamaa Muut tutkijat: HYKS Neurokirurginen tutkimusryhmä/biomedicum LT Jussi Numminen HYKS Radiologia Dos Marko Kangasniemi HYKS Radiologia LL Henrik Antell LT Riikka Tulamo Prof. Juha Hernesniemi Koe-eläinmagneetti: FT Usama Abo-Ramadan HELSINGIN YLIOPISTO Lääketieteellinen tiedekunta

i HELSINGIN YLIOPISTO HELSINGFORS UNIVERSITET Tiedekunta/Osasto Fakultet/Sektion Faculty Lääketieteellinen tiedekunta Laitos Institution Department Tekijä Författare Author Petri Honkanen Työn nimi Arbetets titel Title Kokeellisten aivovaltimoaneurysmien molekulaarinen kuvantaminen Oppiaine Läroämne Subject Työn laji Arbetets art Level Tutkielma Tiivistelmä Referat Abstract Aika Datum Month and year 6.4.2011 Sivumäärä -Sidoantal - Number of pages 36 Tutkimuksessa arvioitiin Sinerem-rautananopartikkelivarjoaineen soveltuvuutta aivovaltimoaneurysmiin liittyvän tulehdusreaktion kuvantamiseen. Tutkimuksessa tarkasteltiin 17 kokeellista rotan aivovaltimoaneurysmamallia. Eläimet jaettiin 9 ja 7 rotan sarjoihin, joista 9 rotan sarjasta kaikki ja 7 rotan sarjasta 3 satunnaistettua eläintä saivat varjoainetta. Kaikki eläimet kuvattiin ennen ja jälkeen varjoaineruiskutuksen ja kuvista arvioitiin varjoaineen aiheuttamaa artefaktaa. 7 rotan sarja kuvattiin lisäksi ex vivo. Kaikista aneurysmista tehtiin histologisia ja immunohistokemiallisia värjäyksiä raudan ja makrofagien osoittamiseksi. 9 rotan sarjasta vain 5 oli elossa koesarjan lopussa. 7 rotan sarjasta yksi eläin kuoli kesken koesarjan. Kaikissa 9 rotan sarjan aneurysmissa havaittiin varjoaineen aiheuttamaksi sopivaa artefaktaa. 3 aneurysmassa varsinaisessa koesarjassa havaittiin vastaavaa artefaktaa ja 2 näistä oli saanut varjoainetta. 1 negatiivisessa kontrollissa havaittiin artefaktaa. Ex vivo kuvissa ei havaittu varjoaineen aiheuttamaksi sopivaa artefaktaa. Kaikissa aneurysmissa havaittiin eri-ikäistä trombia histologiassa. Varjoaineinjektio ei liittynyt negatiivisia kontrolleja suurempaan aneurysman rautapitoisten solujen osuuteen. Tutkimuksessa ei kyetty osoittamaan rautananopartikkelivarjoaineen soveltuvuutta aneurysmaan liittyvän tulehdusreaktion kuvantamisessa. (146 sanaa) Avainsanat Nyckelord Keywords Intracranial aneurysm, Inflammation, Magnetite nanoparticles, Magnetic Resonance Imaging, Rats Säilytyspaikka Förvaringställe Where deposited Muita tietoja Övriga uppgifter Additional information

ii 1. Johdanto.1 1.1 Aivovaltimoaneurysma ja subaraknoidaalivuoto...1 1.2 Aivovaltimoaneurysman puhkeamisen riskitekijät...6 1.3 Aivovaltimoaneurysman seinämän patobiologia...9 1.4 Tulehdusreaktion diagnostinen kuvantaminen...12 2.Tutkimushypoteesi...15 3 Aineisto ja menetelmät...15 3.1 Koe-eläinmalli...15 3.2 Koe-eläinten MRI...16 3.3 Histopatologia...17 3.4 Digitaalimikroskopia...18 3.5 Tilastolaskenta...18 4 Tulokset...19 4.1 Koe-eläinmalli...19 4.2 Rotan aneurysman tavanomainen kuvantaminen...19 4.3 Nanopartikkelikuvantaminen...19 4.4 Histologia...21 5. Pohdinta...22 5.1 Aivovaltimoaneurysman vuotoriski kliinisenä ongelmana...22 5.2 Aivovaltimoaneurysman seinämän rappeutumiseen liittyvien solu-ja molekyylitason tapahtumien hyödyntäminen vuotoriskin arviossa...23 5.3. Solu- ja molekyylitason kuvantaminen aivovaltimoaneurysman seinämässä...23 5.4. Tulehdussoluinfiltraatin kuvantaminen aneurysman rottamallissa.24 5.5 Tulehdussoluinfiltraatin molekulaarisen kuvantamisen soveltaminen potilaskäyttöön...25 5.6 Yhteenveto...25 Lähteet...26 Liite 1...35 Liite 2...36

1 1. Johdanto 1.1 Aivovaltimoaneurysma ja subaraknoidaalivuoto 1.1.1 Mikä on aivovaltimoaneurysma? Aivovaltimoiden aneurysmat ovat hankittuja aivovaltimoiden pullistumia, jotka useimmiten esiintyvät aivovaltimoiden haarautumiskohdissa lähellä kallonpohjaa. Aneurysmat muodostuvat todennäköisimmin tiettyihin tunnettuihin valtimoiden haarautumiskohtiin toistaiseksi tuntemattomista syistä, joskin perinnöllisillä, rakenteellisilla ja virtaukseen liittyvillä tekijöillä oletetaan olevan merkitystä niiden synnyssä. 1 Aivovaltimoaneurysmien synnylle altistavia riskitekijöitä ovat naissukupuoli, tupakointi, ikä, hypertensio sekä aneurysma tai subarknoidaalivuoto potilaalla tai tämän lähisukulaisella. Lisäksi jotkin perinnölliset taudit, kuten polykystinen munuaistauti, altistavat aneurysmien muodostumiselle. 2,3 Aivovaltimoaneurysmien prevalenssin väestössä on arvioitu maailmanlaajuisesti olevan noin 2,3 % (1,7-3,1%). Tulokset vaihtelevat käytettyjen tutkimusmenetelmien mukaan ja riippuvat siitä, tarkastellaanko terveillä koehenkilöillä tehtyjä kuvantamistutkimuksia vai ruumiinavausaineistoihin perustuvia tilastoja. 2 1.1.2 Aivovaltimoaneurysman puhkeamisen aiheuttama subaraknoidaalivuoto Aivovaltimoaneurysman puhkeaminen aiheuttaa hengenvaarallisen subaraknoidaalivuodon (SAV), jossa verta vuotaa paineella aivoja ympäröivään lukinkalvonalaiseen tilaan. Aneurysman sijainnista riippuen vuoto voi myös suuntautua ympäröivään aivokudokseen tai aivokammioihin. On kuitenkin harvinaista, että vuoto suuntautuisi siten, että subaraknoidaalitilassa ei havaittaisi verta, mikäli vuodon taustalla on aivovaltimoaneurysma. 1

2 Subaraknoidaalivuoton insidenssi länsimaissa on keskimäärin noin 10 tapausta / 100 000 henkilövuotta. Suomessa ja Japanissa SAV:n insidenssi on toistaiseksi tuntemattomista, mahdollisesti geneettisistä, tekijöistä johtuen jopa 20 / 100 000 4. Suomessa ei ole löytynyt näyttöä siitä, että aneurysmia olisi enemmän kuin muissa väestöissä 5. Todetun aivovaltimoaneurysman vuosittaiseksi vuotoriskiksi on arvioitu 1.3%, vaihtelu jopa 0.1-5% 6,7. Länsimaissa noin 5% kaikista aivoverenkiertohäiriöistä on aneurysmaperäisiä subaraknoidaalivuotoja: Suomessa vastaava lukema on noin 10% 8. 1.1.3 SAVn ja aivovaltimoaneurysman diagnostiikka SAV voidaan useimmiten todeta tavanomaisissa pään tietokonetomografiakuvissa. Aina SAV ei näy TT:ssä, joten on syytä tehdä lumbaalipunktio jos oireet viittaavat SAV:oon mutta TT ei tue epäilyä. Tällöin verinen tai ksantokrominen aivo selkäydinneste paljastaa SAV:n. SAV aiheuttaa kuitenkin vain noin 1% päivystyspoliklinikoilla tutkituista päänsäryistä. 9 Johtuen hoitamattoman SAV:n korkeasta mortaliteetista poissulku TT- ja likvortutkimuksin on perusteltua. Samat tutkimukset ovat tärkeitä myös päänsäryn muiden syiden erotusdiagnostiikassa. 10,11 Magneettikuvantamista on myös käytetty SAV:n diagnostiikassa, joskin TT:n nopeus, saatavuus, edullisuus ja helppo tulkittavuus puoltavat tämän käyttöä. 12 Aivovaltimoaneurysmasta johtuvan SAV:n hoidon suunnittelua varten on vuotanut aneurysma kyettävä toteamaan. Tätä varten on pystyttävä visualisoimaan aivojen valtimopuusto. Invasiivista aivovaltimoiden varjoainekuvausta on pidetty aneurysmadiagnostiikan mittapuuna. Viime aikoina painopiste on kuitenkin siirtynyt TT-angiografian käyttöön, koska se on noninvasiivinen, huomattavasti perinteistä varjoainekuvausta nopeampi ja antaa tietoa myös aneurysmaa ympäröivistä rakenteista, jotka voivat vaikuttaa hoidon suunnitteluun. 13,14 Magneettikuvaukseen perustuvia angiografiatekniikoita on myös käytössä, mutta näiden käyttöä rajoittavat laitteistojen saatavuus ja hinta sekä tutkimuksen suhteellinen hitaus. Magneettiangiografian etuna on, että tutkimus ei vaadi varjoaineiden käyttöä, minkä

3 vuoksi se soveltuu käytettäväksi myös potilailla, joilla on munuaisten vajaatoimintaa tai jotka ovat saaneet allergisen reaktion jodipohjaisista varjoaineista. 15,16 Aneurysmadiagnostiikassa on myös maa- ja keskuskohtaisia eroja 17. 1.1.4 SAV:n ennuste ja hoito 1.1.4.1 SAV:n ennuste Hoidosta huolimatta kuolleisuus subaraknoidaalivuotoon on jopa 50%. 18 Kuolleisuus on tosin ollut laskussa viimeiset 25 vuoden ja riskinvähenemä tänä aikana on noin 25% 18-20. Huonokuntoistenkin potilaiden entistä aktiivisempi hoito on eräs tärkeimmistä kuolleisuuden alenemista selittävistä tekijöistä ja toisaalta erot keskusten hoitoaktiivisuudessa näkyvät kuolleisuustilastoissa 20. Vaikka kuolleisuus on kääntynyt laskuun, SAV on invalidisoiva sairaus, sillä jopa 50% potilaista jää pysyviä haittoja. Viimeaikaiseen kuolleisuuden vähenemiseen ei tosin näyttäisi liittyvän vastaavaa vaikeasti vammautuneiden osuuden lisääntymistä. 19 SAV:n pitkäaikaisennusteesta on jonkin verran ristiriitaista tietoa. Valikoimattomissa sarjoissa SAV-potilailla on pitkällä seuranta-ajalla havaittu ylikuolleisuutta, joka painottuu nuoriin ikäluokkiin, vuoden jälkeen vuodosta 21 ja on todettavissa vielä 15 vuoden jälkeen vuodosta 22. Toisaalta on viitteitä siitä, että ainakin distaalisissa anteriorisen verenkierron aneurysmissa ylikuolleisuutta ei enää havaittaisi 3 vuoden jälkeen vuodosta, mikäli aneurysma on saatu asianmukaisesti hoidettua 23. 1.1.4.2 SAV:n hoito Puhjenneella aivovaltimoaneurysmalla on taipumus vuotaa uudestaan. Uuden vuodon riskiksi on arvioitu noin 30% ensimmäisen kuukauden kuluessa vuodosta. 24 Kuolleisuus uusintavuotojen myötä kasvaa merkittävästi 25. Koska uuden vuodon riski on merkittävä subaraknoidaalivuotoa seuraavina päivinä, vuotanut aneurysma

4 pyritään eristämään verenkierrosta mahdollisimman pian sen toteamisen jälkeen. Lisäksi toimenpiteen lykkääminen hankaloittaa sen teknistä suorittamista ja huonontaa potilaiden ennustetta, sillä aivoihin kehittyy turvotusta pian SAV:n jälkeen. 26-28 Vanhimpia aivovaltimoaneurysmien hoitokeinoja ovat sisemmän kaulavaltimon ligeeraus (Hunterian ligation), aneurysmaan verta tuovien ja siitä verta vievien suonten ligeeraus (trapping) ja seinämäpussia tukevien vahvikkeiden, kuten lihaskudoksen, sitominen aneurysmapussin ympärille (wrapping). 29,30 Nämä hoitomuodot on kuitenkin pitkälti syrjäytetty niihin liittyvän korkean morbiditeetin ja mortaliteetin sekä heikon tehon vuoksi 29. Ensimmäiset askeleet kohti nykyaikaista aneurysmien hoitoa otettiin, kun aneurysmia alettiin sulkea tähän tarkoitukseen kehitetyin klipsein. Aneurysmaklipsi pyritään asettamaan siten, että se sulkee aneurysman kaulaosan ja estää siten veren pääsyn aneurysmapussiin. Klipsaustoimenpiteet kehittyivät edelleen, kun neurokirurgit alkoivat käyttää leikkausmikroskooppia toimenpiteissä. Aneurysmaklipsien kehitys ja valikoiman laajeneminen sekä leikkausmikroskooppien kehitys ovat luoneet pohjan modernille aneurysmakirurgialle ja mahdollistaneet aneurysmien sulkemisen entistä pienemmistä avauksista ympäröivää aivokudosta vahingoittamatta. 29 Koska kehittynytkin aneurysmakirurgia on vaativaa ja invasiivista, on pyritty luomaan myös ratkaisuja, joilla aneurysmat voitaisiin sulkea endovaskulaarisesti käyttäen toimenpideradiologian keinoja. Ensimmäiset mini-invasiiviset endovaskulaariset hoitomuodot perustuivat aneurysmapussin sisään asetettavaan balonkiin, jonka oli tarkoitus tukkia aneurysmapussi. Myöhemmin keksittiin alkaa käyttää erityisiä koileja, joilla aneurysmapussi täytetään. Nykyaikaiset endovaskulaariset hoitomuodot hyödyntävät kehittyneempiä malleja alkuperäisistä koileista, joiden lisäksi esimerkiksi aivovaltimoissa käytettäviksi soveltuvien stenttien (metalliverkkoputkien) kehittäminen on laajentanut endovaskulaarisen hoidon mahdollisuuksia. 31,32 Sekä mikroneurokirurginen klipsaus että endovaskulaarinen koilaus ovat käypiä keinoja aneurysman eristämiseksi verenkierrosta. 33,34 Menetelmiä on vertailtu useissa

5 tutkimuksissa 33-36, joskin tulokset eivät ole yksiselitteisesti tulkittavia, sillä suoraa vertailua hankaloittavat muun muassa potilasvalintaan liittyvät tekijät sekä keskusten erot eri hoitomuotojen osaamisessa. Molemmissa menetelmissä on sekä hyötynsä että haittansa, joten hoitomuodon valinnan on perustuttava kokonaisvaltaiseen arvioon, jossa huomioidaan potilas- ja aneurysmakohtaiset tekijät sekä hoitavan keskuksen tietotaito kummankin menetelmän osalta. 37 Aivovaltimoaneurysmien hoitoon on kehitetty myös yhdistelmätekniikoita edellä mainituista hoitomuodoista ja ohituksesta sekä trappauksesta. 38 Lisäksi embolointiin soveltuvia liiman kaltaisia aineita kuten Onyx ja erilaisia virtausta muuttavia laitteita on käytössä ja kehitteillä 39. Vaikka aneurysman eristäminen verenkierrosta on subaraknoidaalivuodon hoidon kulmakivi, se ei yksistään riitä. Neurokirurginen tehohoito ja muut kirurgiset toimenpiteet ovat tärkeässä asemassa, sillä subaraknoidaalivuodon komplikaatiot, kuten likvorkierron häiriöt ja hematooman aiheuttama massavaikutus, on kyettävä hoitamaan. Ensimmäisistä vuodonjälkeisistä päivistä selviäviä potilaita uhkaa myös aivoverisuonten spasmi, joka kehittyy reaktiona subaraknoidaalivuodolle ja voi aiheuttaa iskeemisiä aivovaurioita. 12 1.2 Aivovaltimoaneurysman puhkeamisen riskitekijät 1.2.1 Potilaskohtaiset riskitekijät 1.2.1.1 Väestöön liittyvät riskitekijät Useissa tutkimuksissa SAV:n insidenssin on havaittu olevan 8 / 100 000 potilasvuotta länsimaissa. Suomalaista ja Japanilaista väestöä koskevissa aineistoissa insidenssi on kuitenkin ollut jopa 20 / 100 000, vaikka aivovaltimoaneurysmia ei ole havaittu olevan merkittävästi enemmän kuin muissa länsimaissa. 4,5

6 Etnisen alkuperän vaikutuksesta SAV:n riskiin on vähän tutkimuksia. Kahdessa tutkimuksessa valkoisella väestönosalla havaittiin olevan pienempi vuodon riski. Molempiin tutkimuksiin osallistui vain miehiä. 40 1.2.1.2 Elintapoihin liittyvät riskitekijät Tupakointi on selkeä SAV:n riskitekijä useassa seurantatutkimuksessa. 3,41,42 Diagnosoitu verenpainetauti lisää SAV:n riskiä ja riski vaikuttaisi nousevan jyrkästi verenpaineen noustessa 43. Alkoholin suurkulutus on SAV:n riskitekijä 3,40. 1.2.1.3 Ikä ja sukupuoli riskitekijöinä Korkein SAV:n insidenssipiikki nähdään 40 60-vuotiaiden ryhmässä. Vaikka SAV on suhteellisen nuorten ihmisten tauti, todetun aivovaltimoaneurysman vuotoriski kasvaa iän myötä. Naissukupuoli on SAV:n riskitekijä useiden tutkimusten mukaan. 6 Toistaiseksi puhkeamattomat aivovaltimoaneurysmat vuotavat naisilla miehiä herkemmin 2. SAV:n insidenssin keski-ikä on nousussa ja tuoreimpien tutkimusten mukaan ikä olisi noussut 52 vuodesta 62 vuoteen viimeisen 30 vuoden aikana 20. 1.2.1.4 Multippelit aneurysmat ja aikaisempi SAV Useat aneurysmat lisäävät SAV:n riskiä ja noin 30%:lla potilaista, joilla todetaan aneurysma, voidaan todeta myös yksi tai useampia aneurysmia muualla aivovaltimopuustossa. 44 Todettu aikaisempi SAV lisää uuden vuodon riskiä. Riski näyttäisi liittyvän myös vuotamattomiin aneurysmiin, jotka voidaan todeta vuodon yhteydessä. 2

7 1.2.2 Aneurysmakohtaiset riskitekijät 1.2.2.1 Aneurysman sijainti Posteriorisen verenkierron aneurysmat ovat suuremmassa vuotoavaarassa kuin anterioriset. 2 Anteriorisessa verenkierrossa aneurysmat ovat puhjetessaan posteriorisia pienempiä 45. Suomessa arteria cerebri median bifurkaation aneurysmat ovat yliedustettuja 44. 1.2.2.2 Aneurysman koko Suurten aneurysmien tiedetään vuotavan pieniä herkemmin. 6,36,42,45,46 ISUIA on toistaiseksi suurin prospektiivinen tutkimus, jossa on tutkittu aneurysman koon vaikutusta sen puhkeamisriskiin. Tutkimuksessa rajapyyksiksi asetettiin 7mm ylittävä halkaisija 36. Tutkimuksen metodologiassa on kuitenkin useita puutteita 37 ja se on ristiriidassa kliinisissä sarjoissa havaitun tiedon, että suurin osa vuotaneistakin aneurysmista on halkaisijaltaan alle 7mm, kanssa 42,44,45. Keskimäärin vuotamattomat aneurysmat ovat noin 4 6mm halkaisijaltaan, kun taas vuotaneiden koko on keskimäärin 5 8mm. Huomattava osa vuotaneistakin aneurysmista on kuitenkin pienempiä kuin 5mm halkaisijaltaan. 42 1.2.2.3 Aneurysman muoto Tietyn muotoiset aneurysmat näyttäisivät puhkeavan herkemmin kuin toiset. Epäsäännölliset ja useita pusseja ( daughter sacks ) sisältävät näyttäisivät puhkeavan kaikkein herkimmin. 47 Aneurysmat, joiden pituuden suhde leveyteen on suuri, vuotavat myös muita useammin. Useissa tutkimuksissa erot ovat olleet merkitseviä vuotaneiden ja vuotamattomien aneurysmien välillä. Tutkimuksissa saadut lukuarvot poikkeavat kuitenkin toisistaan, eikä toistaseksi ole selkeää, millainen suhde lisää selkeästi vuodon vaaraa. 46 Myös isäntävaltimon ja aneurysman välinen kulma 46 ja niiden halkaisijoiden suhde 48 vaikuttavat vuotoriskiin.

8 1.2.2.4. Aneurysman aiheuttamat oireet Aivovaltimoaneurysmat aiheuttavat vain harvoin oireita ennen puhkeamistaan. Oirehtiessaan oireet voivat johtua paikallisesta aivohermokompressiosta, jättianeurysman massavaikutuksesta 49 tai niin sanotusta varoitusvuodosta: on havaittu, että kolmasosalla SAV:n sairastaneista on ollut päänsärkyjä ennen fulminanttia SAV:ta 42. Aneurysmat, jotka aiheuttavat oireita, vuotavat herkemmin ja ovat keskimäärin muita suurempia 6. 1.2.3 SAV:n ennaltaehkäisy Tällä hetkellä ei ole näyttöä keinoista, joilla SAV:a voitaisiin ehkäistä väestötasolla. Yksilötasolla tupakointi aneurysman diagnoosihetkellä ennustaa vuotoa ja hypertensio on yliedustettuna aneurysmien kantajilla ja SAV:n sairastaneilla. On mahdollista, että näitä tekijöitä muokkaamalla SAV:n insidenssiin voitaisiin vaikuttaa. 50 Subaraknoidaalivuoto voidaan ehkäistä potilailla, joilla on todettu aivovaltimoaneurysma, eristämällä aneurysma verenkierrosta ennen sen puhkeamista. Sekä mikrokirurgiset että endovaskulaariset hoitomuodot soveltuvat käytettäviksi. Molempiin toimenpiteisiin liittyy kuitenkin riskejä: nykytiedon valossa koilaus on hieman turvallisempi vaihtoehto, mutta pitkäaikaisseurannassa epävarmempi menetelmä. 50 1.2.4 Vuotoriskin arvio tunnettujen potilas- ja aneurysmakohtaisten riskitekijöiden perusteella Toistaiseksi ei ole olemassa luotettavaa algoritmia, jonka perusteella aneurysman vuotoriski voitaisiin määrittää luotettavasti. Tiedetään kuitenkin, että posterioriset yli

9 7mm kokoiset ja aneurysmat, joilla on korkea pituuden ja leveyden suhde, epäsäännöllinen rakenne tai pieni isäntävaltimo puhkeavat herkemmin kuin toiset. Potilaan tila, sairaudet ja riskitekijät aneurysman vuodolle on punnittava tarkoin, sillä toimenpiteissä on riskejä, joita ei voida sivuuttaa, 46 1.3 Aivovaltimoaneurysman seinämän patobiologia 1.3.1 Aneurysman seinämän rakenne Aneurysmien seinämät erilaisia lähes intakteista erittäin rappeutuneisiin, trombin vuoraamiin seinämiin. Aneurysmalle tyypillisiä ilmioitä ovat endoteelin kato, myointimaalinen hyperplasia ja sisemmän elastisen laminan (IEL) rappeutuminen, eri ikäinen luminaalinen trombi sekä median degeneraatio, joka nähdään solukatona ja hyalinisaationa. 51,52 1.3.2 Aneurysman synnyn mekanismit Koska kohonnut verenpaine ja verenpainetauti ovat riskitekijöitä aivovaltimoaneurysmille ja niiden puhkeamiselle, aivovaltimoaneurysmien on arveltu syntyvän systeemisen ja paikallisten painevaikutusten vuoksi. Toisaalta joissakin tutkimuksissa painevaihtelut aneurysmien tyypillisissä syntypaikoissa ja aneurysmapusseissa ovat olleet jopa pienempiä kuin muualla verisuonistossa, joskin verivirtauksen on todettu olevan suurempi. Wall shear stress (WSS) on veren virtauksesta aiheutuva tangentiaalinen voima, joka kohdistuu endoteeliin. Suuren virtauksen ja suuren WSS:n on todettu johtavan verisuonten läpimitan kasvuun, joka pyrkii vähentämään WSS:ää. WSS:n aiheuttamaan läpimitan kasvuun ei sinänsä liity verisuonen seinämän paksuuntumista. Ilmiötä pidetään keskeisenä osana verisuonten mukautumista (remodeling).

10 Hypertension ja WSS:n vaikutukset endoteeliin ovat selvinneet viime vuosien aikana: molempien takia prostaglandiini- ja NO-synteesi laskee, kun taas ICAM-1-ekspressio nousee. Prosessissa endoteeli voi vaurioitua, mikä voi selittää aneurysmissa nähtävän endoteelikadon. Lisäksi MMP-aktiivisuus seinämässä nousee endoteelivaurion myötä. Doksisykliinillä, joka on MMP-inhibiittori, on estetty aneurysmien muodostumista koe-eläinmalleissa. Myös MCP-1-knockout on vähentänyt aneurysmien insidenssiä koe-eläinmalleissa, joissa hypertensiivisille hiirille on indusoitu elastaasin avulla aneurysmia. Tulokset viittaavat siihen, että aivovaltimoaneurysmien hemodynaamiset olosuhteet liittyvät vahvasti aneurysmissa esiintyviin tulehdusmuutoksiin. 53 1.3.3 Aneurysman seinämän rappeutumisen mekanismit De-endotelisaatio ja IEL:n häviäminen ovat todennäköisesti ensimmäiset muutokset, jotka mahdollistavat proinflammatorisen ympäristön, tulehdussolujen infiltraation ja trombin muodostumisen. Trombi houkuttelee neutrofiilejä, joilla on voimakkaita proteolyyttisiä entsyymejä. Muuttuneessa tilanteessa nähdään sileälihassolujen proliferaatiota, soluväliaineen (ECM) degradaatiota ja apoptoosia. 53 Haitallisilla metaboliiteilla, kuten oksidoituneella LDL:llä, saattaa olla vaikutusta aneurysman seinämän heikkenemiseen ja puhkeamiseen. 54,55 Vuotaneiden aneurysmien sinämissä todetaan myös CRP-kertymiä 54. Iskemian osuutta prosessissa on myös epäilty, mutta toistaiseksi tästä ei ole näyttöä 56. Geeniekspressioanalyyseissa toistuvasti tärkeimmät signalointireitit, joissa eroa on eroa terveisiin ohimovaltimoihin nähden, ovat adheesio, ECM-interaktio, solusignalointi, apoptoosi ja inflammaatio. Aneurysman seinämässä on jatkuva remodeling-prosessi sekä tulehdus, joka edeltää aneurysman puhkeamista ja assosioituu tähän. 57

11 1.3.4 Krooninen inflammaatio aneurysman seinämässä 1.3.4.1 Humoraalinen tulehdusvaste Aneurysmien seinämistä löytyy sekä IgG- että IgM-kertymiä. 54,58 Vasta-ainekertymiä todetaan enenevissä määrin adventitian puolelta lumenin puolelle siirryttäessä 54. Toistaiseksi vaikuttaa siltä, että immunoglobuliinien sitoutuminen soluvälitilaan on epäspesifistä. Myös komplementtijärjestelmän osien on todettu kertyvän aneurysman seinämään ja komplementin terminaalisten osien assosioituvan seinämän degeneraatioon ja puhkeamiseen. 59 1.3.4.2 Tulehdussolut Tulehdussoluilla arvellaan olevan tärkeä rooli aivovaltimoaneurysmien synnyssä ja puhkeamisessa. Aneurysmista löytyy pääasiassa T-soluja ja makrofageja 51,52 sekä joitakin NK- ja B-soluja. T-solujen ja makrofagien suuren määrän on osoitettu liittyvän aivovaltimoaneurysman seinämän degeneraatioon ja puhkeamiseen. Makrofagit assosioituvat sileälihassolujen proliferaatioon ja niillä näyttäisi olevan merkittävä rooli aivovaltimoaneurysman muodostumisessa ja kasvussa. 51 1.3.5 Vuotoriskiin assosioituvat histopatologiset muutokset Vuotaneiden ja vuotamattomien aneurysmien seinämärakenteessa on eroja. Vuotaneen aneurysman seinämälle on tyypillistä endoteelivaurio ja kato, sileälihassolujen vähyys, kollageenitukiverkon rappeutuminen, lisääntynyt apoptoosi sekä organisoitunut trombi. Vuotaneissa aneurysmissa havaitaan myös T-solu- ja makrofagi-infiltraatteja sekä enemmän komplementin terminaalisten osien aktivaatiota. Ryhmämme kehittämä aneurysmien luokittelu seinämätyyppeihin perustuu näihin muutoksiin. Harvoin vuotavissa A-tyypin aneurysmissa nähdään jotakuinkin normaalin valtimon intimaa muistuttava seinämän rakenne. B-tyypin aneurysmille tunnusomaista on paksumpi seinämä, myointimaalinen hyperplasia ja

12 ajoittain nähtävä trombi. Vuotoherkissä C-tyypin aneurysmissa nähdään trombia ja seinämän solukatoa, kun taas erittäin herkästi vuotavat D-tyypin aneurysmat rakentuivat organisoituneesta trombista ja vähäsoluisesta, degeneroituneesta seinämästä. Tulehdusreaktio seinämässä on kaikkein voimakkaimmin seinämätyyppiin eli seinämän rappeutumiseen ja vuotoriskiin assosioituva tekijä. 51 Kuvantamalla tulehdusreaktiota voitaisiin saada nykyistä tarkempaa tietoa aneurysman vuotoriskistä. 1.4 Tulehdusreaktion diagnostinen kuvantaminen 1.4.1 Nykyiset varjoaineet 1.4.1.1 Jodipohjaiset varjoaineet Jodipohjaisisa varjoaineita hyödynnetään useissa verisuoniston ja ruumiinonteloiden röntgentutkimuksissa, mukaan lukien katetri- ja TT-angiografiassa. Varjoaineet pysyvät vain lyhyen aikaa verenkierrossa, jonka jälkeen ne jakautuvat solunulkoiseen nesteeseen ja eliminoituvat muuttumattomina munuaisten kautta. Niiden kliinistä käyttöä rajoittaa pääasiassa munuaistoksisuus. Jodipohjaisia varjoaineita käytetään aneurysmadiagnostiikassa aneurysmien havaitsemiseen ja tutkimiseen. Niillä ei kuitenkaan ole mahdollista kuvantaa aneurysman seinämän rappeutumista tai siihen liittyvää tulehdusreaktiota solutasolla, sillä ne eivät tuo kaivattua funktionaalista tietoa seinämäkudoksesta. 60 1.4.1.2 Gadoliniumpohjaiset varjoaineet Gadoliniumpohjaiset varjoaineet ovat magneettikuvauksen työkaluja, jotka lyhentävät suurina pitoisuuksina kudosten T1- ja T2-relaksaatioaikoja. Koska gadoliniumpohjaiset varjoaineet eivät läpäise tervettä veri aivoestettä, ne soveltuvat käytettäviksi verisuoniston anatomian sekä sellaisten sairauksien kuvantamiseen, joissa veri aivoesteen toiminta on häiriintynyt. Tällaisia tiloja ovat muun muassa

13 erilaiset tulehdukset ja maligniteetit. Kuten jodipohjaisetkin varjoaineet, gadoliniumpohjaiset varjoaineet soveltuvat angiografiakäytössä aneurysmien toteamiseen. Ne eivät kuitenkaan toimi aneurysman seinämän rappetutumisen tai tulehdusreaktion kuvantamisessa, koska varjoaineiden vaikutus on epäspesifi ja ilmenee vasta suurina pitoisuuksina. 61 1.4.1.3 Isotooppikuvantaminen Tulehduksen kuvantaminen radioisotooppeihin perustuvien merkkiaineiden avulla PET- ja SPECT-menetelmin on käytössä useissa tautitiloissa. Käytössä ovat merkkiaineet ovat radioisotooppeja, jotka on konjugoitu esimerkiksi deoksiglukoosiin, valkosoluihin, bisfosfonaatteihin tai sitraattiin. Konjugaatin valinnan mukaan merkkiaineet hakeutuvat joko metabolisesti aktiivisiin soluihin, tulehduspesäkkeisiin, luuta muodostaviin kudoksiin tai kudoksiin, joissa verisuonten läpäisevyys on lisääntynyt. Vaikka merkkiaineet eivät kykene erottamaan inflammaatiota ja infektiota, ne ovat varsin sensitiivisiä. PET- ja SPECT-laitteistojen käyttäminen aneurysman seinämän kuvantamisessa ei kuitenkaan ole tällä hetkellä mahdollista niiden, koska niiden paikkaresoluutio ei riitä aivovaltimoiden seinämien kuvantamiseen, joskin vatsa-aortan aneurysmissa on saatu hyviä tuloksia. 60 1.4.2 Uudet molekulaariset varjoaineet 1.4.2.1 Rautapartikkelit Alun perin maksan kuvantamiseen suunnitellut rautananopartikkelivarjoaineet ovat rautaoksideja, joita ympäröi dekstraanikuori. Ne jaetaan perinteisesti partikkelikokonsa perusteella joko SPIO- tai USPIO-kokoluokan molekyyleihin, jotka ovat halkaisijaltaan vastaavasti keskimäärin 50-150 ja 20nm. Rautananopartikkelivarjoaineet soveltuvat magneettikuvantamiseen, jossa kudosten T1- ja T2-ajat lyhenevät niiden vaikutuksesta. Käytännössä tämä nähdään T2- painotteisissa kuvissa signaalikatona ja T1-painotteisissa kuvissa signaalin

14 voimistumisena. Vaikutukset ovat voimakkaampia kuin gadoliniumpohjaisilla varjoaineilla, joten ne tulevat esille pienemmillä pitoisuuksilla. SPIO- ja USPIOvarjoaineet annostellaan suonensisäisesti, jonka jälkeen retikuloendoteliaalisen järjestelmän solut fagosytoivat ne. Fagosytoosi tapahtuu osittain jo verenkierrossa ja toisaalta myös kudoksissa, jonne partikkelit päätyvät passiivisen diffuusion kautta. Varjoainekertymiä nähdään näin ollen sekä luontaisesti paljon makrofageja sisältävissä kudoksissa maksassa, pernassa ja muissa lymfaattisen järjestelmän elimissä että sekundaarisesti makrofageja sisältävissä tulehduspesäkkeissä. Varjoaineiden aiheuttama signaalinvääristymä alkaa hävitä noin vuorokauden kuluessa varjoaineiden metaboloituessa ja raudan integroituessa elimistön rautavarastoihin. 61 Rautananopartikkeleiden käytöstä on saatu alustavia lupaavia tuloksia inflammaation kuvantamisessa muun muassa MS-taudissa 61, ateroskleroosissa 62,63 ja vatsa-aortan aneurysmissa 64. 1.4.2.2 Vasta-ainekonjugaatit Varjoaineiden kehitys ja spesifisten vasta-aineiden parantunut saatavuus ovat mahdollistaneet myös uusien, entistä spesifisimpien varjoaineiden valmistamisen. Periaatteessa mikä tahansa käytössä oleva varjoaine voidaan konjugoida sopivaan vasta-aineeseen, mikä mahdollistaa anatomisen kuvantamisen lisäksi myös kudostason tapahtumien visualisoimisen. Toistaiseksi inflammaation kuvantamista on tutkittu koe-eläinmalleissa muun muassa MHC II:a vastaan suunnatulla 65 sekä ICAM- 1:ä vastaan suunnatulla SPIO-konjugaatilla 61. 1.4.2.3. Muut Rautananopartikkeleita, gadoliniumvalmisteita ja jodipohjaisia varjoaineita voidaan konjugoida myös muiden kuin vasta-aineiden kanssa. Konjugaateiksi soveltuvat myös erilaiset entsyymien metaboliitit sekä reseptorit. Tähän mennessä aneurysman seinämän tulehdusta on onnistuttu kuvantamaan kanin koe-eläinmallissa

15 konjugoimalla gadoliniumpohjainen varjoaine di-5-hydroksitryptamidiin, jolloin syntyy myeloperoksidaasia tunnistava varjoaine. 66 2. Tutkimushypoteesi Hypoteesimme oli, että kokeelliseen aivovaltimoaneurysmaan liittyvää seinämän tulehdusta on mahdollista kuvantaa noninvasiivisesti magneettikuvauslaitteistolla käyttäen apuna rautananopartikkelivarjoaineita. Lisäksi tavoitteenamme oli kerätä tietoa rautananopartikkeleiden aiheuttamasta signaalinvääristymästä ja siitä, kuinka pitkään ne on havaittavissa rotan elimistössä. 3. Aineisto ja menetelmät 3.1 Koe-eläinmalli Tutkimuksessa hyödynnettiin ryhmämme aiemmin kehittämää kokeellista aivovaltimoaneurysmamallia 67, jossa segmentti luovuttajaeläimen laskevaa aorttaa ligeerataan umpipussiksi, joka ommellaan vastaanottajaeläimen vatsa-aorttaan. Tutkimuksessa käytettiin yhteensä 32 urospuolista Wistar-rottaa (Harlan, Horst, Alankomaat), joista 16 sai toimenpiteessä aorttasiirteen ja 16 toimi luovuttajana. Rotat leikattiin 9 ja 7 eläimen sarjoissa. Eläimiä pidettiin tavanomaisella hanavesi ja pelletti ruokavaliolla. Toimenpideanestesiaksi rotat saivat medetomidiinia (Domitor vet 1mg/ml, Orion Oyj, Espoo, Suomi) 0,5mg/kg ihonalaisesti ja ketamiinia (Ketalar 50mg/ml, Pfizer, Helsinki, Suomi) 60mg/kg vatsaonteloon. Kivunlievitykseen käytettiin buprenorfiinia (Temgesic 0,3mg/ml, Schering-Plough Oy, Espoo, Suomi) 0,3mg/kg. Eläinkokeita varten oli Lääninhallituksen myöntämä eläinkoelupa ESAVI- 2010-03743/Vm-23.

16 3.2 Koe-eläinten MRI 3.2.1 In vivo kuvantaminen Eläinten kuvantaminen suoritettiin Biomedicumin koe-eläinkeskuksessa 4.7T magneettikuvantamislaitteistolla (PharmaScan, Bruker BioSpin GmbH, Ettlingen, Saksa). 9 rotan sarja kuvattiin 7, 14, 28, 29, 56 ja 57 päivän kuluttua leikkauksesta. Sekvenssit tähän. Päivänä 13 sekä päivinä 28 ja 56 kuvantamisen jälkeen rotille annettiin USPIO-varjoainetta (Sinerem, Guerbet Laboratories, Aulnay-sous-Bois, Ranska) 150mikromol/kg vena dorsalis penikseen. 57. päivän kuvantamisen jälkeen rotat saivat yliannoksen ketamiinia ja niiden kudokset fiksoitiin vasemman kammion kautta ruiskutetulla 10% formaliinilla, jonka jälkeen näytteeksi kerättiin aneurysma, maksaa ja pernaa. Näytteitä inkuboitiin 4 tuntia 10% formaliinissa, jonka jälkeen ne siirrettiin fosfaattipuskuroituun keittosuolaan (PBS). Kuuden rotan sarjassa eläimet kuvattiin postoperatiivisina päivinä 28 ja 29. Ensimmäisen kuvauksen päätteeksi puolet rotista sai USPIO-varjoainetta edellä kuvatulla menetelmällä. Toisen kuvauskerran päätteeksi eläimet lopetettiin ja näytteet kerättiin edellä kuvatulla protokollalla. Kuvauksessa käytetyt sekvenssit ja parametrit on esitelty liitteessä 1. Kuvausparametrit perustuvat aiemmin julkaistun optimoinnin tuloksiin 68. 3.2.2 Ex vivo kuvantaminen Ex vivo kuvantamista varten aneurysmanäytteet upotettiin Falcon-putkiin 1% agargeeliin. Edellä kuvattu kuvantamisprotokolla toistettiin kerran jokaiselle näytteelle. Kuvausparametrit säilytettiin ennallaan. 3.2.3 Kuvien arviointi Ensimmäisen, yhdeksän eläimen, koesarjan kuvat arvioitiin siten, että kaksi arvioitsijaa antoivat jokaisesta kuvasta konsensuslausunnon. Toisen sarjan arvioinnissa samat arvioitsijat sokkoutettiin varjoaineruiskutuksen suhteen ja he

17 antoivat kuvista konsensuslausunnon, johon sisältyi kannanotto, oliko eläin saanut USPIO-varjoainetta vai ei. Kuuden eläimen sarjasta tehtiin erikseen ROI-analyysi, jossa aneurysman signaaliintensiteettiä verrattiin viereisen terveen selkälihaksen signaali-intensiteettiin (SI). Kuvat muunnettiin DICOM-formaattiin ja ROI:t piirrettiin aneurysman ympärille ja selkälihaksen sisään, jonka jälkeen SI luettiin ja niiden välinen suhde laskettiin OsiriX-ohjelmalla (OsiriX v. 3.8.1). 3.3 Histopatologia Histopatologista tarkastelua varten PBS:ään upotetut formaliinifiksoidut näytteet valettiin parafiiniin ja leikattiin 5 mikrometrin leikkeiksi. Maksasta ja pernasta tehtiin rautavärjäykset (Prussian blue) ja taustavärinä käytettiin hematoksyliiniä. Aneurysmanäytteiden immunohistokemialliseksi värjäämiseksi suoritettiin aluksi näytteiden deparafinisaatio ksyleenillä ja laskevalla alkoholisarjalla sekä fiksaation yhteydessä peittyneiden antigeenien paljastus. Leikkeitä lämmitettiin sitraattipuskurissa kiehumispisteeseen kaksi kertaa, joiden välissä niiden annettiin jäähtyä 5min ja joiden päätteeksi niiden annettiin kokonaan jäähtyä. Leikkeitä inkuboitiin huoneenlämmössä 30min PBS:ssä, jossa oli 1,5% vuohen seerumia. CD68-positiiviset solut tunnistettiin inkuboimalla leikkeitä yön yli +4C:ssä rotan CD68:aa tunnistavalla vasta-aineella (ED-1, Serotec), joka oli laimennettu 1:200 PBS:ään, jossa oli 1,5% vuohen seerumia. Primaarivasta-aine tunnistettiin avidiini biotiinikompleksilla ja biotinyloidulla sekundaarivasta-aineella (Vector), jota inkuboitiin 30min. Endogeeninen peroksidaasiaktiivisuus vaimennettiin inkuboimalla leikkeitä 40min 3% vetyperoksidissa. Sekundaarivasta-aine havaittiin DAB:lla (Vector), jonka jälkeen rauta (Prussian blue) ja tumat (Kernechtrot) värjättiin. Värjätyt leikkeet dehydroitiin ja mountattiin (Depex).

18 3.4 Digitaalimikroskopia Värjätyt leikkeet kuvattiin Zeiss Axioplan mikroskooppiin liitetyllä kameralla (Zeiss Axiocam) ja kuvat tallennettiin tähän tarkoitetulla ohjelmistolla (MRGrab). Jokaisesta aneurysmaleikkeestä luotiin kuvien perusteella rekonstruktio (Photomerge, Adobe Photoshop). Rekonstruktioihin luotiin 0,5mm x 0,5mm laskenta-alue aneurysman neointiman keskelle, josta laskettiin raudalle positiiviset ja negatiiviset solut (Cell counter, ImageJ) ensimmäisessä sarjassa. Toisessa sarjassa laskettiin CD68- positiiviset solut, CD68- ja rautapositiiviset solut sekä ainoastaan rautapositiiviset solut. 3.5 Tilastolaskenta Tilastolaskentaan käytettiin SPSS 19 tilastolaskentaohjelmistoa (IBM SPSS Statistics Versio 19, IBM, USA). Kategoristen muuttujien osuudet ryhmissä laskettiin ja ryhmien vertailuun käytettiin Fisherin eksaktia testiä. Numeerisille muuttujille laskettiin keskiarvot ja hajonnat ja niitä vertailtiin T-testillä. 4. Tulokset 4.1 Koe-eläinmalli Yhteensä 16 toimenpidettä tehtiin onnistuneesti ja kaikki rotat selvisivät toimenpiteestä. Yhdeksän rotan koesarjasta kuitenkin vain viisi oli hengissä viimeisen kuvauskerran jälkeen: loput neljä menehtyivät anestesiakomplikaatioihin toistuvien magneettikuvauskertojen yhteydessä eikä ruumiinavauksissa havaittu mitään selittävää tekijää; yhdellä eläimellä oli pieni retroperitoneaalinen hematooma vasemman munuaisen vieressä, joka ei riittänyt selittämään kuolemaa. Kuuden rotan sarjasta yksi eläin kuoli viikon sisällä leikkauksesta ja korvaava eläin leikattiin. Nämä kuusi eläintä selvisivät koesarjan loppuun asti.

19 4.2 Rotan aneurysman tavanomainen kuvantaminen Tässä tutkimuksessa yhteensä 15 eläintä kuvattiin tavanomaisin menetelmin ilman varjoaineita. Ensimmäisessä 9 rotan ryhmässä kuvaus suoritettiin 7. postoperatiivisena päivänä. Kuvissa ei havaittu raudan aiheuttamaa T2*- signaalinvääristymää (Kuva 1). Toisen sarjan eläimet kuvattiin 28 päivän kohdalla ja näissä ei nähty T2*-signaalia. (Liite 2). 4.3 Nanopartikkelikuvantaminen Yhteensä 12 eläintä sai USPIO-varjoainetta tutkimuksen aikana. Näistä ensimmäisen sarjan eläimillä (n=9) havaittiin T2*-signaalia varjoaineen ruiskutuksen jälkeen 14 vuorokautta operaatiosta. Eläimillä, joiden kuvantaminen eteni pidemmälle, havaittiin kuvantamisen välisenä aikana heikkenevää T2*-signaalia, joka voimistui uusien varjoaineinfektioiden myötä. T2*-signaali oli voimakkainta aneurysmissa, jotka olivat trombosoituneet (Kuvat 1 ja 2).

20 RARE ja GEFC 7vrk 14vrk 56vrk 57vrk * Kuva 1. Aneurysma (nuoli) RARE- ja GEFC-sekvensseillä kuvattuna. T2*-artefaktaa (tähti) on nähtävissä 14vrk kuvauksesta lähtien. FISP 7vrk 56vrk * 14vrk 57vrk Kuva 2. Aneurysma (paksu nuoli) kuvattuna FISP-sekvenssillä eri vaiheissa tutkimusta. T2*-artefaktaa on nähtävissä 14vrk kuvauksesta lähtien (tähti).

21 Toisen sarjan eläimistä (n=3+3) kolmella havaittiin varjoaineen ruiskutuksen jälkeen T2*-signaalia aneurysmassa tai sen ympäristössä. Näistä eläimistä kaksi oli saanut varjoainetta. Havaitun artefaktan ja varjoaineruiskutuksen välillä ei ollut yhteyttä (p=0,500, Fisherin eksakti testi). Ex vivo kuvissa ei havaittu T2*-signaalia aneurysmien seinämissä. Liitteessä 2 on esitetty eläimet ryhmiteltynä varjoaineruiskutuksen mukaan kuvien tulkintojen kera. Varjoaineen ruiskutuksella ei havaittu yhteyttä SI:n muutokseen ennen ja jälkeen otetuissa kuvissa tai aneurysman ja agar-geelin väliseen SI:n suhteeseen (Taulukko 1). Varjoaine N Keskiarvo Keskihajonta p Signaalinmuutos Ei 3 -.039.089 0,065 SI aneurysma/agar Rauta- ja DAB- /DAB-positiiviset Taulukko 1 Kyllä 3.163.105 Ei 3.805.438 0,276 Kyllä 3 1.191.267 Ei 3.284.300 0,560 Kyllä 3.159.128 4.4 Histologia Kaikissa maksoissa (Kuva 3) ja pernoissa (Kuva 4) havaittiin rautaa.. Kaikissa aneurysmissa havaittiin makrofageja (Kuva 5) ja raudalle positiivisia makrofageja (Kuva 6). Makrofagit ja rauta lokalisoituivat enimmäkseen aneurysmien luminaalista pintaa verhoavaan paksuun neointimaan ja organisoituvaan trombiin. Aneurysmien media-kerroksessa havaittiin ainoastaan yksittäisiä raudalle positiivisia soluja ja makrofageja. Varjoaineruiskutuksen ja rautapositiivisten makrofagien osuudella makrofageista ei havaittu olevan yhteyttä (Taulukko 1).

22 22 Kuva 3. Kuva Kuva 4. 4. Kuva Kuva 5. Kuva 5. Kuva Kuva 6. 6. Pohdinta 5. Pohdinta 5.1 Aivovaltimoaneurysman Aivovaltimoaneurysman vuotoriski kliinisenä ongelmana 5.1 vuotoriski kliinisenä ongelmana Aivovaltimoaneurysman vuosittaisen vuotoriskin on arveltu olevan noin 1.3%.41 Aivovaltimoaneurysman vuosittaisen vuotoriskin on arveltu olevan noin 1.3%.41 Tämän ja ruumiinavausaineistojen perusteella tiedetään, että kaikki aneurysmat eivät Tämän ja ruumiinavausaineistojen perusteella tiedetään, että kaikki aneurysmat eivät puhkea kantajan elinaikana.2,5,42 2,5,42Aneurysmien vuotoriskiä arvioineissa tutkimuksissa puhkea kantajan elinaikana. Aneurysmien vuotoriskiä arvioineissa tutkimuksissa on myös todettu, että kaikki aneurysmat eivät suinkaan ole yhtä suuressa on myös todettu,46 että kaikki aneurysmat eivät suinkaan ole yhtä suuressa puhkeamisvaarassa. Aivovaltimoaneurysman puhkeamisen aiheuttama SAV on puhkeamisvaarassa46. Aivovaltimoaneurysman puhkeamisen aiheuttama SAV on dramaattinen tauti, josta vain harva toipuu täysin. SAV:n tautitaakka kohdistuu melko dramaattinen tauti, josta vain harva toipuu täysin. SAV:n tautitaakka kohdistuu melko nuoreen, usein työssäkäyvään, väestönosaan, joten sen aiheuttamat kustannukset 18,19,22 nuoreen, usein ovat työssäkäyvään, väestönosaan, sen johtuen aiheuttamat kustannukset yhteiskunnalle huomattavia. Näistäjoten syistä oireettomien 18,19,22 yhteiskunnalle ovat huomattavia. Näistä syistä profylaktista johtuen oireettomien aivovaltimoaneurysmien hoitoon on suhtauduttu proaktiivisesti, hoitoa aivovaltimoaneurysmien hoitoon on suhtauduttu proaktiivisesti, profylaktista hoitoa puoltaen37. Vaikka aivovaltimoaneurysmien hoito on kehittynyt viime

23 vuosikymmeninä ja mini-invasiiviset, endovaskulaariset tekniikat ovat kasvattaneet suosiotaan, aivovaltimoaneurysmien hoitoon liittyy morbiditeettia ja mortaliteettia, jota ei voida sivuuttaa 36,69,70. TT- ja magneettikuvantamistutkimusten yleistyvän käytön vuoksi on mahdollista löytää yhä useampi aneurysma ennen sen puhkeamista. Työkaluille, joiden avulla voidaan erottaa vuotoriskissä olevat aneurysmat ja kohdistaa toimenpiteet niistä eniten hyötyviin aneurysman kantajiin, on selkeä tarve. 46 5.2 Aivovaltimoaneurysman seinämän rappeutumiseen liittyvien solu-ja molekyylitason tapahtumien hyödyntäminen vuotoriskin arviossa Useassa tutkimuksessa on osoitettu, että vuotaneet aneurysmat ovat keskimäärin tulehtuneempia kuin vuotamattomat. Niiden seinämät ovat rakenteellisesti häiriintyneitä ja hauraita. 51,52,59 Aneurysma puhkeaa, kun hauras seinämä ei enää kykene kestämään aivovaltimopuustossa vallitsevaa painetta. Tulehduksen, joka on eräs tärkeimmistä aneurysman seinämää rappeuttavista tekijöistä, osoittaminen ja tunnistaminen voisi auttaa niin puhkeamisvaarassa olevien aneurysmien kuin todennäköisesti tulevaisuudessa puhkeavien aneurysmien tunnistamisessa. 5.3. Solu- ja molekyylitason kuvantaminen aivovaltimoaneurysman seinämässä Toistaiseksi ei ole olemassa noninvasiivisia menetelmiä, joilla aivovaltimoaneurysman seinämässä vallitsevaa tulehdusreaktiota voitaisiin mitata. Menetelmän olisi myös oltava mahdollisimman turvallinen, sillä diagnostiikka keskittyisi aivovaltimoaneurysmien kantajiin, joiden riski kehittää varsinainen SAV ei ole tiedossa. Magneettikuvaus on hyvin siedetty ja turvallinen kuvantamismuoto. Kuvauksesta tekee haasteellisen niin aivovaltimoaneurysman seinämän ohuus kuin mahdolliset valtimoiden pulsaatiosta johtuvat liikeartefaktatkin. Kuvantamistekniikoiden kehitys ja tulehdukselle spesifisten varjoaineiden

24 ilmantuminen markkinoille ovat kuitenkin luoneet toivoa aneurysman seinämän tulehduksen tunnistamisesta. Useissa muissa tautitiloissa on havaittu, että esimerkiksi tutkimuksessamme käytetty rautananopartikkelivarjoaine aiheuttaa signaalikatoa, joka kolokalisoituu tulehduksen kanssa ja ilmenee laajemmalla alueella kuin itse patologinen prosessi; tämä mahdollistaa nykyisin MRI-tekniikoin erottamattomissa olevien solutason tapahtumien tarkkailemisen. 64,71,72 5.4. Tulehdussoluinfiltraatin kuvantaminen aneurysman rottamallissa Tässä tutkimuksessa kokeiltiin rautananopartikkelivarjoaineen toimivuutta kokeellisen aivovaltimoaneurysmamallin tulehdusreaktion havaitsemisessa. Tutkimuksemme perusteella nykymenetelmät eivät ole riittävän tarkkoja havaitsemaan aneurysman seinämän tulehdusta. Molemmissa koesarjoissa havaittiin T2*-artefaktaa aneurysman ympäristössä ja ensimmäisessä sarjassa tätä havaittiin toista sarjaa aikaisemmin, joskin negatiivisten kontrollien puutteen vuoksi yhteys varjoaineruiskutukseen jää epäselväksi. Ex vivo kuvissa tai histologiassa ei kuitenkaan nähty viitteitä siitä, että varjoaine olisi aiheuttanut seinämässä havaittavaa muutosta. T2*-artefakta vaikutti liittyvän aneurysman tromboosiin, mikä on linjassa aikaisempien tutkimusten kanssa, joissa myös USPIO-varjoaineiden on havaittu hakeutuvan trombiin 73. Tutkimushypoteesimme kannalta on huomattava, että tulehdusreaktiota ei havaittu aneurysman media-kerroksessa, miltä osin mallimme ei kuvasta ihmisaneurysmissa nähtävää tulehdusta. Lisäksi aneurysmamallissamme tulehdusta aiheuttavat rotan elimistön reaktio vieraalle kudokselle ja ommelaineelle sekä toimenpiteeseen liittyvät seikat kuten iskemia ja manipulaatio; ihmisaneurysman tulehduksen syytä ei tunneta.

25 5.5 Tulehdussoluinfiltraatin molekulaarisen kuvantamisen soveltaminen potilaskäyttöön Toistaiseksi ei ole osoitettu menetelmää, joka olisi riittävän turvallinen, sensitiivinen ja spesifinen tulehduksen havaitsemiseen ihmisaneurysman seinämässä. Alustavia hyviä tuloksia on kuitenkin saatu koe-eläinmalleissa ja menetelmien kehittyminen voi mahdollisesti tuoda tulehdusspesifiset, herkät varjoaineet kliinikoiden ulottuville. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella ei voida tehdä lopullisia johtopäätöksiä USPIO-varjoaineiden soveltuvuudesta aneurysmadiagnostiikkaan. Toisaalta tämä johtuu tutkimuksen varsin pienestä koosta ja osittaisesta negatiivisten kontrollien puutteesta sekä ensimmäisen koesarjan suuresta kuolleisuudesta; toisaalta aneurysmien ihmisaneurysmista poikkeavasta tulehdusreaktiosta. Trombin aiheuttama T2*-signaali ja USPIO-varjoaineen trombofiilisyys tekevät myös T2*-artefaktan ja varjoaineen välisen yhteyden arvioinnin hankalaksi. Jotta USPIO-varjoaineiden soveltuvuutta ihmisaneurysmien kuvantamiseen voitaisiin arvioida luotettavasti, tarvitaan koe-eläinmalleja, joissa kokeellisen aneurysman seinämään kehittyvä tulehdusreaktio vastaa aivovaltimoaneurysmiin liittyvää tulehdusreaktiota syntymekanismiltaan ja histologialtaan nykyistä paremmin. 5.6 Yhteenveto Tutkimuksessamme ei kyetty osoittamaan USPIO-varjoaineiden toimivuutta rotan kokeellisen aivovaltimoaneurysman tulehduksen kuvantamisessa. Tulostemme tulkintaa vaikeuttavat aneurysmamalliin ja varjoaineeseen liittyvät tekijät sekä tutkimukseen otettujen koe-eläinten rajallinen määrä ja kuolleisuus. Lisätutkimuksia, jotka huomioivat nämä tekijät, tarvitaan, mikäli rautananopartikkelivarjoaineiden soveltuvuutta ihmisaneurysmien kuvantamiseen halutaan arvioida.

26 Lähteet 1. Schievink WI. Intracranial aneurysms. N Engl J Med. 1997;336(1):28-40. 10.1056/NEJM199701023360106. 2. Rinkel GJ, Djibuti M, Algra A, van Gijn J. Prevalence and risk of rupture of intracranial aneurysms: a systematic review. Stroke. 1998;29(1):251-256. 3. Inagawa T. Risk factors for the formation and rupture of intracranial saccular aneurysms in Shimane, Japan. World Neurosurg. 2010;73(3):155-64; discussion e23. 10.1016/j.surneu.2009.03.007. 4. de Rooij NK, Linn FH, van der Plas JA, Algra A, Rinkel GJ. Incidence of subarachnoid haemorrhage: a systematic review with emphasis on region, age, gender and time trends. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2007;78(12):1365-1372. 5. Ronkainen A, Miettinen H, Karkola K, et al. Risk of harboring an unruptured intracranial aneurysm. Stroke. 1998;29(2):359-362. 6. Wermer MJ, van der Schaaf IC, Algra A, Rinkel GJ. Risk of rupture of unruptured intracranial aneurysms in relation to patient and aneurysm characteristics: an updated meta-analysis. Stroke. 2007;38(4):1404-1410. 7. Juvela S, Porras M, Poussa K. Natural history of unruptured intracranial aneurysms: probability of and risk factors for aneurysm rupture. J Neurosurg. 2000;93(3):379-387. 10.3171/jns.2000.93.3.0379. 8. Sarti C, Tuomilehto J, Salomaa V, et al. Epidemiology of subarachnoid hemorrhage in Finland from 1983 to 1985. Stroke. 1991;22(7):848-853. 9. Edlow JA, Caplan LR. Avoiding pitfalls in the diagnosis of subarachnoid hemorrhage. N Engl J Med. 2000;342(1):29-36. 10.1056/NEJM200001063420106.

27 10. Provenzale JM. Imaging evaluation of the patient with worst headache of life--it's not all subarachnoid hemorrhage. Emerg Radiol. 2010;17(5):403-412. 10.1007/s10140-010-0882-y. 11. Bo SH, Davidsen EM, Gulbrandsen P, Dietrichs E. Acute headache: a prospective diagnostic work-up of patients admitted to a general hospital. Eur J Neurol. 2008;15(12):1293-1299. 10.1111/j.1468-1331.2008.02279.x. 12. van Gijn J, Kerr RS, Rinkel GJ. Subarachnoid haemorrhage. Lancet. 2007;369(9558):306-318. 10.1016/S0140-6736(07)60153-6. 13. Chappell ET, Moure FC, Good MC. Comparison of computed tomographic angiography with digital subtraction angiography in the diagnosis of cerebral aneurysms: a meta-analysis. Neurosurgery. 2003;52(3):624-31; discussion 630-1. 14. Hoh BL, Cheung AC, Rabinov JD, Pryor JC, Carter BS, Ogilvy CS. Results of a prospective protocol of computed tomographic angiography in place of catheter angiography as the only diagnostic and pretreatment planning study for cerebral aneurysms by a combined neurovascular team. Neurosurgery. 2004;54(6):1329-40; discussion 1340-2. 15. Hiratsuka Y, Miki H, Kiriyama I, et al. Diagnosis of unruptured intracranial aneurysms: 3T MR angiography versus 64-channel multi-detector row CT angiography. Magn Reson Med Sci. 2008;7(4):169-178. 16. Wardlaw JM, White PM. The detection and management of unruptured intracranial aneurysms. Brain. 2000;123 ( Pt 2)(Pt 2):205-221. 17. Wardlaw JM, White PM. The detection and management of unruptured intracranial aneurysms. Brain. 2000;123 ( Pt 2)(Pt 2):205-221. 18. Hop JW, Rinkel GJ, Algra A, van Gijn J. Case-fatality rates and functional outcome after subarachnoid hemorrhage: a systematic review. Stroke. 1997;28(3):660-664.

28 19. Lovelock CE, Rinkel GJ, Rothwell PM. Time trends in outcome of subarachnoid hemorrhage: Population-based study and systematic review. Neurology. 2010;74(19):1494-1501. 10.1212/WNL.0b013e3181dd42b3. 20. Nieuwkamp DJ, Setz LE, Algra A, Linn FH, de Rooij NK, Rinkel GJ. Changes in case fatality of aneurysmal subarachnoid haemorrhage over time, according to age, sex, and region: a meta-analysis. Lancet Neurol. 2009;8(7):635-642. 10.1016/S1474-4422(09)70126-7. 21. Ronkainen A, Niskanen M, Rinne J, Koivisto T, Hernesniemi J, Vapalahti M. Evidence for excess long-term mortality after treated subarachnoid hemorrhage. Stroke. 2001;32(12):2850-283. 22. Huttunen T, von und Zu Fraunberg M, Koivisto T, et al. Long-term excess mortality of 244 familial and 1502 sporadic one-year survivors of aneurysmal subarachnoid hemorrhage compared with a matched Eastern Finnish catchment population. Neurosurgery. 2011;68(1):20-27. 10.1227/NEU.0b013e3181ff33ca. 23. Lehecka M, Niemela M, Seppanen J, et al. No long-term excess mortality in 280 patients with ruptured distal anterior cerebral artery aneurysms. Neurosurgery. 2007;60(2):235-40; discussion 240-1. 10.1227/01.NEU.0000249261.95826.8F. 24. van Gijn J, Rinkel GJ. Subarachnoid haemorrhage: diagnosis, causes and management. Brain. 2001;124:249-78. 25. Hijdra A, Vermeulen M, van Gijn J, van Crevel H. Rerupture of intracranial aneurysms: a clinicoanatomic study. J Neurosurg. 1987;67(1):29-33. 10.3171/jns.1987.67.1.0029. 26. Hori S, Suzuki J. Early intracranial operations for ruptured aneurysms. Acta Neurochir (Wien). 1979;46(1-2):93-104. 27. Hori S, Suzuki J. Early and late results of intracranial direct surgery of anterior communicating artery aneurysms. J Neurosurg. 1979;50(4):433-440. 10.3171/jns.1979.50.4.0433.

29 28. de Gans K, Nieuwkamp DJ, Rinkel GJ, Algra A. Timing of aneurysm surgery in subarachnoid hemorrhage: a systematic review of the literature. Neurosurgery. 2002;50(2):336-40; discussion 340-2. 29. Pool JL. The development of modern intracranial aneurysm surgery. Neurosurgery. 1977;1(3):233-237. 30. WILKINS RH, DOTT NM, DANDY WF. Neurosurgical Classics--Xxiv. J Neurosurg. 1964;21:892-905. 10.3171/jns.1964.21.10.0892. 31. Guglielmi G. History of the genesis of detachable coils. A review. J Neurosurg. 2009;111(1):1-8. 10.3171/2009.2.JNS081039. 32. Pierot L. Flow diverter stents in the treatment of intracranial aneurysms: Where are we? J Neuroradiol. 2011. 10.1016/j.neurad.2010.12.002. 33. Molyneux A, Kerr R, Stratton I, et al. International Subarachnoid Aneurysm Trial (ISAT) of neurosurgical clipping versus endovascular coiling in 2143 patients with ruptured intracranial aneurysms: a randomised trial. Lancet. 2002;360(9342):1267-1274. 34. Koivisto T, Vanninen R, Hurskainen H, Saari T, Hernesniemi J, Vapalahti M. Outcomes of early endovascular versus surgical treatment of ruptured cerebral aneurysms. A prospective randomized study. Stroke. 2000;31(10):2369-2377. 35. Wolstenholme J, Rivero-Arias O, Gray A, et al. Treatment pathways, resource use, and costs of endovascular coiling versus surgical clipping after asah. Stroke. 2008;39(1):111-119. 36. Unruptured intracranial aneurysms--risk of rupture and risks of surgical intervention. International Study of Unruptured Intracranial Aneurysms Investigators. N Engl J Med. 1998;339(24):1725-1733. 37. Raymond J. Incidental intracranial aneurysms: rationale for treatment. Curr Opin Neurol. 2009;22(1):96-102.