An abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a permanent local dilatation of the abdominal aorta, usually accompanied by thrombus formation. Once ruptured, an AAA is associated with an overall mortality rate of over 90%. Even though AAAs represent one of the leading causes of sudden death in developed countries, the exact etiology and pathophysiology have not yet been fully elucidated. Nowadays, AAAs are clinically diagnosed by either computed tomography, ultrasound or magnetic resonance imaging (MRI), yet those modalities only deliver information on the aneurysm anatomy, size and form. It is generally accepted that AAA size correlates with the probability for rupture and related clinical events. However, a growing body of literature argues that the pathophysiology of AAA expansion is more multifaceted, with inflammation and degradation of the extracellular matrix (ECM) playing a pivotal role. Visualizing the complex nature of aneurysms requires the development of novel imaging modalities that facilitate more detailed depiction of AAAs. Magnetic resonance elastography (MRE) is an imaging technology that combines lowfrequency vibrations and MRI to create stiffness maps of body tissues. Remodeling of the ECM during AAA progression leads to stiffness changes, providing a potential imaging marker. Therefore, we assessed murine aneurysms by ex vivo microscopic multifrequency magnetic resonance elastography (μMMRE). By examining the aneurysmal thrombus, we discovered that regional variations in stiffness were strongly correlated to local histology-quantified ECM accumulation. With this proof-of-concept study, we demonstrated that MRE represents a suitable method for detecting shear wave speed changes reflected in varying stiffness values in the aneurysmal thrombus that in turn are representative of ECM remodeling. With successful clinical translation, this imaging modality could help detect potential fatal changes in the biomechanical structure of the AAA mimicked by ECM changes. Magnetic particle imaging (MPI) is an innovative imaging modality, enabling a highly sensitive detection of magnetic nanoparticles (MNPs). Since MNPs are a suitable surrogate marker for molecular targeting of macrophages and the aneurysmal development involves inflammation as a fundamental process, we tested the feasibility of imaging AAA inflammation with MPI. We demonstrated that the MNP accumulation in ex vivo murine aneurysms can be visualized and quantified with MPI. In addition, the colocalization of macrophages and MNPs was visible in histology. The ability to detect the spatial distribution and local concentration of MNPs establishes MPI as a promising tool for monitoring inflammatory progression in AAAs.
Als abdominales Aortenaneurysma (AAA) beschreibt man eine permanente, lokale Dilatation des abdominellen Anteils der Aorta, meist begleitet von einer Thrombusbildung. Eine Ruptur endet in über 90% der Fälle tödlich. Auch wenn AAAs heutzutage eine der häufigsten Ursachen für einen plötzlichen Tod darstellen, ist die genaue Ätiologie und Pathophysiologie bis heute nicht eindeutig entschlüsselt. Die klinische Diagnose eines AAAs erfolgt heutzutage mittels Computertomographie, Ultraschall oder Magnetresonanztomographie (MRT), allerdings liefern die erwähnten Bildgebungsmodalitäten rein anatomische Informationen zu der Größe und Form des Aneurysmas. Im Allgemeinen wird angenommen, dass das Rupturrisiko mit der AAA Größe zusammenhängt. Mehrere Studien haben jedoch gezeigt, dass die Pathophysiologie der AAA Entwicklung facettenreich ist und dass Entzündung und Abbau der extrazellulären Matrix (EZM) eine zentrale Rolle spielen. Um die komplexe Natur des AAAs widerspiegeln zu können, benötigt man neuartige Bildgebungsmodalitäten, die einen detaillierten Einblick in die Biomechanik und Molekularbiologie ermöglichen. Die Magnetresonanzelastographie (MRE) ist eine neuartige Bildgebungsmethode, die auf die kombinierte Anwendung von MRT und die Erzeugung von mechanischen Wellen für die viskoelastische Charakterisierung von Geweben beruht. Der Umbau der extrazellulären Matrix stellt ein zentrales Geschehen in der Pathophysiologie des AAA Fortschritts dar. Aus diesem Grund haben wir die Machbarkeit von MRE als bildgebendes Verfahren für die Analyse von ex vivo AAAs von Mäusen untersucht. Durch den Einsatz von MRE für die Bildgebung von dem AAA Thrombus konnten wir regionale Unterschiede in der Wellengeschwindigkeit nachweisen, was wiederum für regional unterschiedliche Gewebesteifigkeit spricht. Diese Unterschiede korrelierten stark mit der lokalen Verteilung und Konzentration von extrazellulären Matrixproteinen. Eine zukünftige klinische Translation dieser Methode würde zu einer verbesserten Einschätzung der biomechanischen Eigenschaften des AAAs führen, welches eine verbesserte Risikoeinschätzung ermöglicht. Die Magnetpartikelbildgebung (MPI) stellt ebenso eine neuartige Bildgebungsmodalität dar. Dabei handelt es sich um die hochsensitive Detektion von magnetischen Nanopartikeln (MNPs) im Gewebe. MNPs stellen ein geeigneter indirekter Entzündungsmarker dar, da sie von Makrophagen am Ort des Entzündungsgeschehens aufgenommen werden. In unserer Studie haben wir die Umsetzbarkeit von MPI für die Bildgebung der Inflammation getestet. Wir konnten die MNP Akkumulation in den ex vivo AAA-Mausproben darstellen, sowie die Kolokalisation von MNPs mit Makrophagen in der Histologie. Aufgrund der hochquantitativen und örtlich aufgelösten Eisendarstellung gehört MPI zu den vielversprechendsten zukünftigen bildgebenden Verfahren für AAAs in der medizinischen Diagnostik.
