Hintergrund: Negatives arterielles Remodeling spielt eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Restenose nach PTCA. Eine experimentelle Studie konnte zeigen, dass die Ballonangioplastie von Koronarien die Angiogenese von Mikrogefäßen (Vasa vasorum) in der Adventitia induziert. Die Regression dieser adventitiellen Mikrogefäße fällt zeitlich zusammen mit dem negativen arteriellen Remodeling, das zum Lumenverlust der Arterie führt. Diese Beobachtungen lassen vermuten, dass verstärkte Angiogenese und verzögerte bzw. verhinderte Regression der verletzungsinduzierten Mikrogefäße das negative Remodeling reduzieren oder sogar verhindern kann. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass die Bildung von Mikrogefäßen innerhalb eines arteriosklerotischen Plaques möglicherweise das Plaquewachstum verstärken. Daher sollten sich experimentelle Ansätze der therapeutischen Angiogenese eher auf die Adventitia als auf die Tunica Intima oder Media einer Arterie fokussieren. Zielsetzung: Diese Studie untersuchte erstmalig den Effekt eines lokalen (peri)adventitiellen Gentransfers mit VEGF165 (vascular endothelial growth factor) auf die Verdickung der Gefäßwand, die Angiogenese bzw. Regression von Mikrogefäßen in der Adventitia, und das arterielle Remodeling nach Induktion einer Gefäßwandläsion in Schweinekoronarien durch Ballondilatation. Des weiteren wurden die ballondilatierten Abschnitte auf ihren Kollagen-, Elastin-, -Aktin-, Makrophagen- und T-Lymphozyten-Gehalt untersucht. Methoden: Bei 22 Hausschweinen wurden jeweils 2 Koronararterien dilatiert und anschließend ein Plasmid/Liposomen-basierter Gentransfer vorgenommen (jeweils 50 µg Plasmid wurden mit 50 µg Lipofectin komplexiert). Eine Koronarie erhielt dabei VEGF165, die jeweils andere das funktionslose Kontrollgen LacZ. Unter Verwendung eines Nadelinjektions-Katheters wurden die Plasmid-Liposomen-Komplexe direkt in den (peri)adventitiellen Raum der dilatierten Gefäßabschnitte injiziert. Einen, 7, 14 und 28 Tage (n = 5 je Zeitpunkt) später wurden die Koronarien mittels morphometrischer Untersuchungen an digitalisierten Bildern, Immunhistochemie, Histochemie, RT- PCR und in Situ Hybridisierung analysiert. Ergebnisse: Die durchschnittliche Intima+Media (I+M)-Fläche nach Angioplastie nahm in beiden Behandlungsgruppen gleichermaßen zu, und es wurden auch sonst keine signifikanten Unterschiede in der Intima+Media festgestellt, weder für die Fläche, noch für die Mikrogefäß- Dichte, noch für die Entzündungszell-Dichte oder die Matrix-Zusammensetzung. Am Tag 14 und 28 nach Intervention zeigten die VEGF-behandelten Gefäße eine signifikante Zunahme der Lamina elastica externa-Fläche (positives Remodeling), und dementsprechend auch weniger Lumenverlust als die LacZ-Gruppe (Lumenverlust Tag 14 - VEGF: 5,09 % ± 7,5; LacZ: 40,13 % ± 2,93. Lumenverlust Tag 28 - VEGF: 5,35 % ± 18,33; LacZ: 49,04 % ± 1,64. P < 0,05). Das positive Remodeling und die Erhaltung der Lumenfläche in der VEGF-Gruppe war assoziiert mit einer signifikant höheren adventitiellen Mikrogefäß-Dichte, Endothelzell- und T-Lymphozyten-Dichte, einem signifikant höheren Elastingehalt, und signifikant weniger kontraktilen Myofibroblasten zu den Zeitpunkten 14 und 28 Tage. Keine statistisch signifikanten Unterschiede wurden hingegen hinsichtlich der Adventitia-Fläche und der Makrophagen-Dichte beobachtet. Der adventitielle Kollagengehalt war nur am Tag 14 signifikant unterschiedlich, am Tag 28 war nur ein Trend zu mehr Kollagen in der VEGF-Gruppe erkennbar. Schlussfolgerung: Im vorliegenden Tierexperiment mit verletzungsinduzierter Koronarläsion erwies sich der Nadelinjektions-Katheter-vermittelte VEGF165-Gentransfer in die äußeren Kompartimente der Arterie als sicher hinsichtlich des unerwünschten Voranschreitens des Plaquewachstums, da weder die I+M-Fläche, noch ihre Vaskularisation, noch die I+M-Komposition im Vergleich zur LacZ-Gruppe verändert waren. Der lokal begrenzte, (peri)adventitielle VEGF165-Gentransfer bewirkte eine verstärkte Vaskularsisation in der Adventitia und Reduktion der Mikrogefäß-Regression, und der Lumenverlust konnte durch ein ausgeprägtes positives Remodeling der Arterie verhindert werden. Die Vergrößerung des Gefäßquerschnitts ging einher mit einer signifikant höheren adventitiellen Mikrogefäßdichte und Endothelzell-Zahl, was die Hypothese unterstützt, dass eine verbesserte Sauerstoff-Versorgung des Gewebes und eine möglicherweise erhöhte Bioverfügbarkeit von endothelialem Stickstoffmonoxid (NO) das arterielle Remodeling beeinflussen. Die Erhöhung des adventitiellen Elastingehalts bei gleichzeitiger Reduktion der kontraktilen Zellen in der Adventitia scheint eine funktionelle Rolle in der Entstehung von positivem arteriellem Remodeling zu spielen
Background: Negative arterial remodeling is known to play an important role in the pathogenesis of restenosis after PTCA. Previous studies have shown that coronary balloon angioplasty induces adventitial microvessel (Vasa vasorum) angiogenesis, and that the regression of these adventitial microvessels coincides with negative arterial remodeling leading to arterial lumen loss. These findings suggest that increased angiogenesis and delayed/inhibited regression of injury-induced microvessels may reduce (or even prevent) negative remodeling. As experimental studies have provided evidence that neovascularization within the atherosclerotic plaque may enhance plaque progression, trials on therapeutical angiogenesis should address rather the adventitia than the tunica intima or media of the artery. Objective: This study examined the effect of local (peri)adventitial vascular endothelial growth factor (VEGF165) gene transfer on vascular thickening, adventitial microvessel angiogenesis/regression, and arterial remodeling after balloon injury-induced lesion formation in porcine coronary arteries. Moreover, lesions were examined for total collagen, elastin, and -actin content and macrophages/T cell density. Methods: 20 pigs underwent balloon injury in two major coronary arteries, followed by plasmid liposome gene transfer with either VEGF165 or control gene LacZ (50 µg of DNA with 50 µg of Lipofectine) into the (peri)adventitial space using a needle injection catheter. Coronary arteries were examined at days 1, 7, 14, and 28 (n = 5 per group) after dilation/gene transfer using morphometrical analysis of digitized images, immunohistochemistry, histochemistry, RT-PCR, and in situ hybridization. Results: The mean Intima+Media (I+M) area increased after angioplasty in both treatment groups equally and showed no significant difference neither in dimension nor in I+M microvessel density, I+M inflammatory cell density, or I+M matrix composition. At days 14 and 28, VEGF treated arteries showed significant positive remodeling and accordingly less lumen area loss compared to LacZ treated arteries (lumen loss day 14 - VEGF: 5.09 % ± 7.5; LacZ: 40.13 % ± 2.93. lumen loss day 28 - VEGF: 5.35 % ± 18.33; LacZ: 49.04 % ± 1.64. P < 0,05). The lumen area preservation in the VEGF group was associated with significant higher densities of adventitial microvessels, endothelial cells, T cells and elastin, and less contractile myofibroblasts at days 14 and 28 after intervention. No statistcally significant differences were observed regarding the adventitial area and the macrophage density. Collagen content differed significantly only at day 14, at day 28 there was only a trend towards increased adventitial collagen in the VEGF treated group. Conclusions: In this porcine model of coronary artery injury, needle injection catheter mediated VEGF165 gene transfer into the outer compartment of the artery was safe in terms of unwanted lesion progression as the procedure neither enhanced I+M growth or vascularization nor caused any changes in I+M matrix composition. The locally restricted, (peri)adventitial delivery of VEGF165 gene induced neovascularization in the adventitia, prevented the anticipated adventitial microvessel regression, and reduced lumen area loss due to distinct positive remodeling. The enlargement of the artery was associated with a significantly elevated adventitial microvessel and endothelial cell density, suggesting improved tissue oxygenation and conceivably increased local nitric oxide (NO) availability as modulators of arterial remodeling. Adventitial elastin accumulation associated with a reduced amount of contractile cells in the adventitia might play a functional role in the development of positive arterial remodeling.
