Atherosclerotic Plaque Composition: Analysis with Multicolor CT and Targeted Gold Nanoparticles1 — Radiology

Atherosclerotic Plaque Composition: Analysis with Multicolor CT and Targeted Gold Nanoparticles1
David P. Cormode, PhD, Ewald Roessl, PhD, Axel Thran, PhD, Torjus Skajaa, BSc1, Ronald E. Gordon, PhD, Jens-Peter Schlomka, PhD, Valentin Fuster, MD, PhD, Edward A. Fisher, PhD, MPH, MD, Willem J. M. Mulder, PhD, Roland Proksa, PhD and Zahi A. Fayad, PhD
+ Author Affiliations

1From the Translational and Molecular Imaging Institute, Mount Sinai School of Medicine, One Gustave L. Levy Place, Box 1234, New York, NY 10029 (D.P.C., T.S., V.F., W.J.M.M., Z.A.F.); Philips Research Europe, Hamburg, Germany (E.R., A.T., R.P.); Department of Pathology, Mount Sinai Hospital, New York, NY (R.E.G.); Philips Research Europe, Aachen, Germany (J.P.S.); and School of Medicine, New York University, New York, NY (E.A.F.).
Address correspondence to
Z.A.F. (e-mail: Zahi.Fayad@mssm.edu).
↵1 Current address: Faculty of Health Sciences, Århus University, Århus, Denmark.

Author contributions: Guarantors of integrity of entire study, D.P.C., R.E.G., Z.A.F.; study concepts/study design or data acquisition or data analysis/interpretation, all authors; manuscript drafting or manuscript revision for important intellectual content, all authors; manuscript final version approval, all authors; literature research, D.P.C., E.R., A.T., R.E.G., E.A.F., W.J.M.M., R.P., Z.A.F.; experimental studies, D.P.C., E.R., A.T., R.E.G., J.P.S., E.A.F., W.J.M.M., R.P.; statistical analysis, E.R., A.T.; and manuscript editing, D.P.C., E.R., T.S., R.E.G., J.P.S., E.A.F., W.J.M.M., R.P., Z.A.F.

Abstract
Purpose: To investigate the potential of spectral computed tomography (CT) (popularly referred to as multicolor CT), used in combination with a gold high-density lipoprotein nanoparticle contrast agent (Au-HDL), for characterization of macrophage burden, calcification, and stenosis of atherosclerotic plaques.

Materials and Methods: The local animal care committee approved all animal experiments. A preclinical spectral CT system in which incident x-rays are divided into six different energy bins was used for multicolor imaging. Au-HDL, an iodine-based contrast agent, and calcium phosphate were imaged in a variety of phantoms. Apolipoprotein E knockout (apo E–KO) mice were used as the model for atherosclerosis. Gold nanoparticles targeted to atherosclerosis (Au-HDL) were intravenously injected at a dose of 500 mg per kilogram of body weight. Iodine-based contrast material was injected 24 hours later, after which the mice were imaged. Wild-type mice were used as controls. Macrophage targeting by Au-HDL was further evaluated by using transmission electron microscopy and confocal microscopy of aorta sections.

Results: Multicolor CT enabled differentiation of Au-HDL, iodine-based contrast material, and calcium phosphate in the phantoms. Accumulations of Au-HDL were detected in the aortas of the apo E–KO mice, while the iodine-based contrast agent and the calcium-rich tissue could also be detected and thus facilitated visualization of the vasculature and bones (skeleton), respectively, during a single scanning examination. Microscopy revealed Au-HDL to be primarily localized in the macrophages on the aorta sections; hence, the multicolor CT images provided information about the macrophage burden.

Conclusion: Spectral CT used with carefully chosen contrast agents may yield valuable information about atherosclerotic plaque composition.

© RSNA, 2010

Supplemental material:
http://radiology.rsna.org/lookup/suppl/doi:10.1148/radiol.10092473/-/DC1

Footnotes
Received January 12, 2010; revision requested March 14; revision received April 3; accepted April 16; final version accepted April 21.
D.P.C. supported by the American Heart Association Founder's Affiliate Postdoctoral Fellowship 09POST2220194. T.S. supported by the Danish Heart Association for Studentship 07-10-A1655-22406 Supported in part by National Institutes of Health grants R01 HL71021, R01 HL78667, R01 EB009638 (Z.A.F.), and R01 HL61814 (E.A.F.).

Abbreviations:
apo E–KO = apolipoprotein E knockoutAu-HDL = gold high-density lipoprotein nanoparticle contrast agentTEM = transmission electron microscopy
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RADIOLOGÍA
Actualidad Ultimas noticias - JANOes -
Nanoartículas de oro permiten identificar la obstrucción arterial grave
JANO.es · 18 Agosto 2010 10:25

Las diminutas partículas se dirigen a los bloqueos abundantes en células inmunitarias, que en otros estudios demostraron ser los más propensos a romperse y causar infartos



Un grupo de investigadores de la Mount Sinai School of Medicine en Nueva York han asegurado haber hallado una manera de identificar las formas más peligrosas de taponamiento arterial, a través del uso de un escáner experimental y nanopartículas de oro, según un estudio que publica la revista “Radiology”.

Las diminutas partículas se dirigen a los bloqueos repletos de células inmunes, que otros estudios demostraron que son los más propensos a romperse y causar infartos, indicaron estos expertos. El escáner, fabricado por Philips, que emplea un método llamado tomografía computarizada (TC) multicolor, mostró que las partículas de oro se dirigen a la placa arterial peligrosamente acumulada.

"El uso de TC multicolor y nanopartículas de oro para visualizar la placa revolucionará las técnicas cardíacas por imagen", señaló en un comunicado el profesor de radiología Zahi Fayad. El equipo espera probar el método en personas y pondrá disponible la tecnología para su licencia, indicó un portavoz de la universidad.

Los investigadores hallaron una forma de hacer que las diminutas partículas de oro se adhieran al colesterol HDL, que elimina al LDL. Pruebas en ratones con arterias bloqueadas mostraron que estas nanopartículas de oro adheridas al HDL terminaban en depósitos de placa que también estaban llenos de células inmunes llamadas macrófagos. Tanto el HDL como los macrófagos ayudan a limpiar la sangre de los cúmulos de colesterol LDL dañino. Los macrófagos tratan de consumir esos cúmulos y con frecuencia terminan atascados en las paredes de las arterias cuando son demasiado grandes como para poder avanzar con su carga. Estos depósitos se solidifican y son la principal causa de formación de placa arterial. Cuando son inestables, pueden desprenderse y bloquear las arterias de manera grave, provocando ataques cardíacos o accidentes cerebrovasculares.

La TC tradicional puede mostrar los bloqueos pero no indicarle a los médicos qué tipos son particularmente inestables y requieren tratamiento con cirugía o el uso de una técnica denominada angioplastia para abrir la arteria. "Ésta es una demanda insatisfecha importante para la tecnología por imágenes que visualiza la placa vulnerable a la ruptura", indican los expertos.

La técnica también funcionaría mejorando las imágenes para detectar cánceres, enfermedad renal e intestinal, concluyen los autores.



Radiology 2010, doi:10.1148/radiol.10092473
http://radiology.rsna.org/content/early/2010/07/23/radiol.10092473.abstract?sid=45d66922-2111-471f-a94a-fd7724e0e45b

Mount Sinai School of Medicine
http://www.mssm.edu/

Radiology
http://radiology.rsna.org/
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