Myocarditis and dilated cardiomyopathy represent acute or chronic disorders of the myocardium in most cases caused by myocardial virus infection with or without concomitant inflammation that are associated with poor prognosis without specific treatment. Only by applying endomyocardial biopsy (EMB) it is possible to establish a pathophysiological-proven diagnosis as a prerequisite for causal therapy. Since EMB is limited in sample size, a substantial sampling error due to focal disease processes impairs its sensitivity and predestine EMB for molecular diagnostics. The project focused on development and optimization of PCR-based diagnostic methods to detect (i) fulminant forms of myocarditis and to identify cardiotropic viral pathogens, such as (ii) parvovirus B19 (B19V) and (iii) severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2) as potential causes of myocarditis. (i) In order to improve diagnosis of idiopathic giant cell myocarditis (IGCM), a rare but fatal entity of myocarditis, a gene expression profiling test was developed. A panel of marker genes was revealed to distinguish IGCM from other fulminant forms of myocarditis. Screening of a large cohort demonstrated that 54.4% of IGCM patients would have been missed by solely conventional histopathological analysis. (ii) To improve diagnostics of molecular virology, a PCR assay was established to distinguish an active infection of the myocardium with B19V from clinical irrelevant latent infection by detection of viral transcripts. By investigating a cohort of n = 576 patients that underwent EMB, B19V DNA was detected in 70% of samples, while a subgroup of 38.5% of these was characterized by viral transcriptional activity. Precise and sensitive diagnostics of active B19V will help to identify patients which will benefit from antiviral treatment and will contribute to the development of novel therapy approaches. (iii) Using PCR, it was possible to identify SARS‐CoV‐2 as a potential cardiotropic pathogen in EMB samples. Presence of SARS-CoV-2 RNA could be confirmed in 5 of 104 patients. Infection was accompanied by myocardial inflammation and histopathological analysis demonstrated that rupture of vessel walls of capillaries led to local ischemia and secondary damage of cardiomyocytes. A mild to highly acute clinical course of the disease was observed and cardiac complications occurred directly after primary infection, after latency, or in the absence of pulmonary symptoms. Thus, screening for SARS-CoV-2 should be considered as a routine method of EMB based diagnostics. Successful application during routine diagnostics highlights the clinical significance of findings and underscore the need to further develop and improve molecular diagnostics of EMB samples in order to initiate targeted and effective treatment strategies without delay.
Die Myokarditis und dilatative Kardiomyopathie sind eine akute und chronische Erkrankung des Myokardiums, welche häufig durch eine myokardiale Virusinfektion mit oder ohne begleitende Entzündung verursacht werden und ohne spezifische Therapie mit einer schlechten Prognose assoziiert sind. Die Untersuchung mittels Endomyokardbiospie (EMB) liefert eine pathophysiologisch-begründete Diagnose als Grundlage einer kausalen Therapie. Da die entnommene Materialmenge der EMB limitiert ist und zudem Krankheitsprozesse fokal auftreten können, führt dies zu einem Verlust an Sensitivität und prädestiniert die EMB für eine molekulardiagnostische Analyse. Im Fokus des Projektes stand die Entwicklung und Optimierung PCR-basierter Methoden zum Nachweis (i) fulminanter Formen der Myokarditis und kardiotroper viraler Pathogene, wie (ii) Parvovirus B19 (B19V) und (iii) severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2) als potentielle Auslöser einer Myokarditis. (i) Um die Diagnose der Riesenzellmyokarditis (IGCM), einer seltenen aber mit schlechter Prognose verbundenen Form der Myokarditis, zu optimieren, wurde ein Genexpressions-Test entwickelt. Hierbei konnte ein Panel an Markergenen identifiziert werden, welche die Differentialdiagnostik der IGCM ermöglichten. Das Screening einer großen Kohorte zeigte, dass 54,4% aller IGCM-Patienten nicht identifiziert worden wären, insofern ausschließlich konventionelle histopathologische Diagnostik eingesetzt worden wäre. (ii) Es wurde ein PCR Assay entwickelt, um anhand des Nachweises von viralen Transkripten eine aktive Infektion des Myokardiums mit B19V von einer klinisch irrelevanten latenten Infektion zu unterscheiden. In einer Kohorte von n = 576 Patienten konnten B19V DNA in 70% aller Patienten nachgewiesen werden, während 38,5% dieser Patienten durch eine aktive Infektion charakterisiert waren. Dies ermöglicht die Identifikation von Patienten, die von einer antiviralen Therapie profitieren werden und wird dazu beitragen, neue Behandlungsstrategien zu entwickeln. (iii) Mittels PCR konnte SARS‐CoV‐2-RNA als potentielles kardiotropes Pathogen in EMB Proben von 5 von 104 Patienten nachgewiesen werden. Die Infektion war begleitet von einer intramyokardialen Entzündung. Die histopathologische Auswertung zeigte Rupturen der Kapillarwände, welche zu lokaler Ischämie und sekundären Schäden an den Kardiomyozyten führte. Milde bis hoch-akute klinische Verläufe der Krankheit wurden beobachtet, wobei kardiale Symptome unmittelbar nach Primärinfektion, nach einer Latenzzeit oder ohne pulmonale Symptomatik auftraten. Daraus folgernd sollte der Nachweis von SARS‐CoV‐2 als Routinetest in der EMB Diagnostik durchgeführt werden. Die erfolgreiche Anwendung in der Routinediagnostik konnte die klinische Signifikanz der Ergebnisse zeigen und bekräftigte die Notwendigkeit zur Entwicklung und Optimierung molekulardiagnostischer Methoden zur Analyse der EMB um so rasch eine gezielte und effektive Behandlung einzuleiten.
