Kardiale Magnetresonanztomographie bei Patienten mit intrakoronarer Knochenmarkzellinfusion nach akutem Myokardinfarkt

Hochschule Hannover

Kardiale Magnetresonanztomographie bei Patienten mit intrakoronarer Knochenmarkzellinfusion nach akutem

Myokardinfarkt

Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin in der Medizinischen Hochschule Hannover

Vorgelegt von Stephanie Fichtner aus Filderstadt

Hannover 2006

Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover am 30.01.2007 Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover

Präsident: Prof. Dr. Dieter Bitter-Suermann.

Betreuer der Arbeit: PD Dr. Gerd Peter Meyer Referent: Prof. Dr. Armin Wessel

Korreferent: PD Dr. Joachim Lotz

Tag der mündlichen Prüfung: 30.01.2007 Promotionsausschussmitglieder:

Prof. Dr. Tobias Welte Prof. Dr. Carlos Guzman PD Dr. Frank Gossé

1. Inhaltsverzeichnis

1. INHALTSVERZEICHNIS 3 2. EINLEITUNG 5

2.1 MYOKARDINFARKT UND REMODELING 5

2.1.1 EPIDEMIOLOGIE 5

2.1.2 PATHOPHYSIOLOGIE DES MYOKARDINFARKTES 5

2.1.3 REMODELING 5

2.1.4 THERAPIE DES MYOKARDINFARKTES 6 2.2 POTENZIAL DER STAMMZELLTHERAPIE BEI AKUTEM MYOKARDINFARKT 6

2.2.1 GRUNDLAGEN 6

2.2.2 EMBRYONALE STAMMZELLEN 6 2.2.3 ADULTE STAMMZELLEN 7 2.2.4 TIEREXPERIMENTELLE STUDIEN 8 2.2.5 KLINISCHE ERGEBNISSE 8 2.2.5.1 Intramyokardiale Applikation skelettaler Myoblasten 8 2.2.5.2 Intramyokardiale Applikation von Knochenmarkzellen 9 2.2.5.3 Intrakoronare Applikation von Knochenmarkzellen 9

2.3 MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE 10

2.3.1 KARDIALE MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE 10

3. FRAGESTELLUNGEN 13

4. METHODE 14

4.1 PATIENTEN 14

4.1.1 STUDIENABLAUF 15

4.2 KNOCHENMARKENTNAHME UND -AUFBEREITUNG 16

4.3 INTRAKORONARE KNOCHENMARKZELLAPPLIKATION 18

4.4 VERLAUF 19

4.5 KARDIALE MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE 20

4.5.1 DURCHFÜHRUNG DER UNTERSUCHUNG 20

4.5.2 AUSWERTUNG 24

4.5.2.1 Volumetrie 24

4.5.2.2 Delayed-Enhancement 28 4.5.2.3 Regionale Ejektionsfraktion und systolische Wandbewegung 28

4.6 STATISTIK 30

5. ERGEBNISSE 32

5.1 PATIENTENCHARAKTERISTIKA 32

5.2 PRIMÄRER ENDPUNKT – LINKSVENTRIKULÄRE EJEKTIONSFRAKTION 35

5.3 SEKUNDÄRE ENDPUNKTE 36

5.3.1 LINKSVENTRIKULÄRE VOLUMINA 36 5.3.2 DELAYED-ENHANCEMENT 37 5.3.3 REGIONALE EJEKTIONSFRAKTION /REGIONALE WANDBEWEGUNG 38 5.4 ZELLCHARAKTERISTIKA UND KORRELATION VON ART UND ZAHL DER INFUNDIERTEN

ZELLEN MIT ÄNDERUNG DER LINKSVENTRIKULÄREN EJEKTIONSFRAKTION 39

5.6 REPRODUZIERBARKEIT DER KARDIALEN MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE 42 5.7 SICHERHEITSASPEKTE DER INTRAKORONAREN KNOCHENMARKZELLINFUSION 42

5.8 FALLBEISPIELE 43

6. DISKUSSION 45 6.1 LINKSVENTRIKULÄRE FUNKTION UND ANATOMIE NACH INTRAKORONARER

KNOCHENMARKZELLTHERAPIE 45

6.1.1 ÄNDERUNG DER LINKSVENTRIKULÄREN EJEKTIONSFRAKTION (PRIMÄRER ENDPUNKT) 45 6.1.2 LINKSVENTRIKULÄRE VOLUMINA 46 6.1.3 REGIONALE LINKSVENTRIKULÄRE WANDBEWEGUNG 47 6.1.4 DELAYED-ENHANCEMENT 48 6.2 SICHERHEIT DER AUTOLOGEN KNOCHENMARKZELLINFUSION 48 6.3 STAMMZELLPOPULATIONEN UND WIRKMECHANISMUS 50

6.4 AUSBLICK UND LIMITATION 51

7. ZUSAMMENFASSUNG 52

8. ANHANG 54

8.1 KARDIALE MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE -NORMALWERTE FÜR LINKSVENTRIKULÄRE

PARAMETER 54

8.2 LINKSVENTRIKULÄRE VOLUMINA 55

8.3 STENOSEGRADUIERUNG MODIFIZIERT NACH DER AHA/ACC 55 9. DANKSAGUNG 56 10. LEBENSLAUF 57 11. ERKLÄRUNG NACH § 2 ABS. 2 NR. 5 UND 6 60 12. LITERATURVERZEICHNIS 61

2. Einleitung

2.1 Myokardinfarkt und Remodeling

Die Inzidenz des Myokardinfarktes beträgt zur Zeit in Deutschland 280.000 pro Jahr.

Die Zahl der Infarktträger, also der Personen, welche einen oder mehrere Infarkte überlebt haben beträgt 1.450.000. Bei gleich bleibenden Erkrankungsrisiko bis 2050, wird es aufgrund der demographischen Entwicklung zu einer Zunahme der Inzidenz von 64 % bei Männern und 75 % bei Frauen kommen [1]. Dies verdeutlicht, dass der kausalen Therapie des Herzinfarktes, bzw. seiner Folgezustände eine immer größer werdende Bedeutung zukommt.

2.1.2 Pathophysiologie des Myokardinfarktes

Die Ursache für einen Myokardinfarkt liegt in den meisten Fällen im Vorliegen einer Atherosklerose. Dabei kommt es anfänglich zu einer endothelialen Dysfunktion des Gefäßes. Durch den Influx von Lipiden, Makrophagen und T-Lymphozyten entstehen

„fatty-streaks“. Dadurch entsteht eine bindegewebige Deckplatte. Durch den anhaltenden Einfluss von Makrophagen kommt es zur Ausdünnung der bindegewebigen Deckplatte und zur Plaqueruptur. Dies führt zum Verschluss des betroffenen Gefäßes [2]. Seltenere Ursachen eines Myokardinfarktes sind Fett-, Luft- oder paradoxe Embolien und Koronardissektionen [3]. Da Koronararterien Endarterien darstellen, führt ein Verschluss bei Fehlen von Kollateralen zu einer irreversiblen Nekrose des Myokards.

2.1.3 Remodeling

Ein ausgedehnter Myokardinfarkt führt zu Anpassungsvorgängen (Remodeling), die eine veränderte Geometrie des linken Ventrikels nach sich ziehen. In Abhängigkeit der strukturellen Veränderungen resultiert eine Abnahme myokardialer Kontraktilität, die mit einer Aktivierung des zirkulierenden Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS) verbunden ist [4]. Durch das Remodeling kommt es daher zur Zunahme des endsystolischen Volumens, des enddiastolischen Volumens und zur Abnahme der Ejektionsfraktion. Dies kann schließlich zu einer Herzinsuffizienz führen [4-7]. In der Framingham-Studie (2002) konnte gezeigt werden, dass 59% der Männer und 45%

der Frauen fünf Jahre nach dem Auftreten einer Herzinsuffizienz verstorben sind und

manche Tumorerkrankungen [8].

2.1.4 Therapie des Myokardinfarktes

Um das Fortschreiten der Infarzierung zu vermeiden ist es notwendig, so schnell wie möglich die verschlossene Koronararterie wieder zu öffnen [9]. Dies kann sowohl durch eine Fibrinolysetherapie, als auch durch eine Ballondilatation erfolgen, wobei die Ballondilatation zu bevorzugen ist [10;11].

Zur Zeit zielen die Standardtherapien darauf ab, das Remodeling zu verlangsamen und die Reinfarktrate zu reduzieren, z.B. durch Ausschaltung von Risikofaktoren wie Hypertonie, Rauchen, Hyperlipidämie und Diabetes und durch die Gabe von Medikamenten wie ACE-Hemmern, Beta-Blockern, ASS und Statinen [12;13].

Da keine der Standardtherapien das bereits irreversibel geschädigte Myokard ausreichend regenerieren kann und eine Spontanregeneration durch teilungsfähige Vorläuferzellen nur in geringem Maße stattfindet [14-16], würde die Unterstützung einer Myoneogenese und Angioneogenese einen kausalen Therapieansatz darstellen, welcher zur Verbesserung der linksventrikulären Funktion und einem Schutz vor Remodeling führen könnte. Aufgrund dieser Überlegungen sind stammzellbasierte Therapieverfahren in der Behandlung der Koronaren Herzerkrankung in den Mittelpunkt der Infarktforschung gerückt.

2.2 Potenzial der Stammzelltherapie bei akutem Myokardinfarkt

Stammzellen haben das Potenzial sich in reifere Stadien und verschiedene Zellreihen zu differenzieren, besitzen daneben aber zusätzlich die Eigenschaft sich selbst zu erneuern, ohne ihre Pluripotenz zu verlieren. Man unterscheidet zwischen embryonalen und adulten Stammzellen.

2.2.2 Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen sind in den frühen Teilungsphasen totipotent, das bedeutet, dass aus einer einzigen Zelle ein vollständiger Organismus entstehen kann. Ab dem Stadium der Blastozyte findet man pluripotente Zellen; diese können

sich zu allen Zellen des Organismus weiter entwickeln, aber keinen vollständigen Organismus mehr bilden. Obwohl experimentelle Studien ein großes Potenzial für embryonale Stammzellen zur Regeneration von Herzmuskelgewebe und zur Verbesserung der Herzfunktion zeigten [17], ist die Verwendung dieser Zellen jedoch aufgrund ethischer Bedenken umstritten; zudem müsste eine Immunsuppression durchgeführt werden und es besteht die Gefahr der malignen Entartung [18;19].

2.2.3 Adulte Stammzellen

Adulte Stammzellen sind multipotente Zellen. Die Verwendung autologer adulter Zellen bringt keine ethischen Bedenken mit sich; da es sich um körpereigene Zellen handelt, muss auch keine Immunsuppression durchgeführt werden. Zusätzlich sind durch die seit langem etablierten Transplantationen von Knochenmark bei Leukämie und anderen Krebserkrankungen und bei erblichen Blut- und Immunerkrankungen hämatologische Erfahrungen mit hämatopoetischen Stammzellen vorhanden [19].

Lange Zeit herrschte die Meinung, dass sich nur embryonale Stammzellen in alle Gewebe differenzieren können und adulte Stammzellen auf bestimmte Zellreihen beschränkt waren. Studien zeigen aber, dass auch adulte Stammzellen sich in mehrere Gewebe weiter entwickeln können [20;21]. Malouf et al. (2001) konnten beispielsweise zeigen, dass aus der Leber entnommene Stammzellen sich nach Injektion in das Herz zu ausgereiften Kardiomyozyten differenzierten [22].

Die Klassifizierung von Stammzellen befindet sich noch in der Entwicklung.

Inzwischen sind einige Oberflächenmarker bekannt, welche eine Stammzelle kennzeichnen. Nach dem aktuellen Stand der Forschung scheinen folgende Zellen mit dazugehörigen Oberflächenmarkern für kardiovaskuläre Forschungsprojekte von Bedeutung zu sein [23]:

- CD34^POS hämatopoetische Stammzellen → Vorläufer für Blut- und Endothelzellen.

- Endotheliale Progenitorzellen definiert als CD34^POS und einem zusätzlichen endothelialen Markerprotein (wie VEGFR2 oder CD133^POS und VEGFR2^POS).

Endotheliale Progenitorzellen sind unreife Vorläufer von hämatopoetischen Stammzellen und bedeutsam bei der Neoangiogenese [24-27].

- CD34^NEG mesenchymale Zellen sind Vorläufer für Stromazellen wie Fibroblasten. Bei diesen Zellen konnte im Tierversuch beobachtet werden,

differenzieren können [28].

2.2.4 Tierexperimentelle Studien

Orlic et al. (2001) konnten erstmals zeigen, dass mononukleäre Knochenmarkzellen infarziertes Myokard bei Mäusen regenerieren. Die Knochenmarkzellen wurden dafür in die Randzone des induzierten Myokardinfarktes injiziert. Neun Tage später waren die Zellen sowohl im Randbereich als auch in der Nekrosezone histologisch nachweisbar. Diese Zellen exprimierten myokardiale Proteine wie α-Actin (Teil der Z- Banden), Connexin 43 (Gap-Junction-Protein) und spezifische kardiale Kernproteine [29]. Auch am Minischwein konnte gezeigt werden, dass die Injektion von pluripotenten Knochenmarkstammzellen zu einer Verbesserung der Herzfunktion und einer Verkleinerung der Nekrosezone führt [30]. Zusätzlich wurde an Ratten beobachtet, dass die Injektion menschlicher Knochenmarkzellen zur Bildung von vitalem Myokard, neuen Gefäßen und einer Verbesserung der Herzfunktion führte [31].

2.2.5 Klinische Ergebnisse

Nach den Erfolg versprechenden tierexperimentellen Studien [29-31] folgten erste klinische Studien mit wenigen nicht randomisierten Patienten, verschiedenen Zellpopulationen und unterschiedlichen Applikationswegen.

2.2.5.1 Intramyokardiale Applikation skelettaler Myoblasten

Skelettmyoblasten stellen Vorläuferzellen von Skelettmuskelzellen dar und werden durch periphere Muskelbiopsien gewonnen. Menasché et al. (2001) implantierten bei einem Patienten mit schwerer ischämischer Herzinsuffizienz in einer Bypassoperation Skelettmyoblasten in mehrere vernarbte Regionen. Fünf Monate später konnte eine Zunahme der Vitalität und der Kontraktilität in den vernarbten Gebieten beobachtet werden [32]. Daraufhin wurde diese Methode bei zehn weiteren Patienten nach einem Myokardinfarkt durchgeführt, welche eine Ejektionsfraktion von unter 35% aufwiesen. Auch diesmal konnte nach 11 Monaten eine Verbesserung der Kontraktilität, der Ejektionsfraktion und der Symptome der Herzinsuffizienz beobachtet werden. Aufgrund von eingetretenen ventrikulären Tachykardien musste bei vier Patienten ein automatischer Defibrillator (ICD) implantiert werden [33]. Auch

Herreros et al. (2003) injizierten Skelettmyoblasten bei 12 Patienten, welche in der Vergangenheit einen Myokardinfarkt erlitten hatten und an ischämischer Herzinsuffizienz litten. Dabei konnte eine Verbesserung der Ejektionsfraktion, der Kontraktilität und der Vitalität der Infarktzone beobachtet werden. Hierbei zeigte sich dagegen kein vermehrtes Vorkommen von Arrhythmien [34].

2.2.5.2 Intramyokardiale Applikation von Knochenmarkzellen

Stamm et al. (2004) applizierten bei 12 Patienten bei einer koronaren Bypassoperation autologe AC133^POS Zellen in die Infarktrandzone. Neun bis sechzehn Monate später konnte eine signifikante Verbesserung des enddiastolischen Volumens und der Ejektionsfraktion beobachtet werden [35;36].

Perin et al. (2003) injizierten autologe Knochenmarkstammzellen bei 14 Patienten mit fortgeschrittener ischämischer Herzinsuffizienz und konnten im Vergleich zu sieben nicht randomisierten Kontrollpatienten beobachten, dass sich die Ejektionsfraktion, das linksventrikuläre endsystolische Volumen und die Myokardperfusion verbesserten. Ein Patient der Verumgruppe verstarb vermutlich an plötzlichem Herztod. Es wurden keine weiteren unerwünschten Wirkungen beobachtet.

Insbesondere konnte kein Anhalt für ein vermehrtes Auftreten von Arrhythmien gefunden werden [37]. Hamano et al. (2001) injizierten bei fünf Patienten autologe Knochenmarkstammzellen in die Bereiche, die durch eine Bypassoperation nicht zugänglich waren. Bei drei der fünf Patienten zeigte sich in der Szintigraphie eine Verbesserung der koronaren Perfusion [38].

2.2.5.3 Intrakoronare Applikation von Knochenmarkzellen

Strauer et al. (2002) injizierten fünf bis neun Tage nach akutem Myokardinfarkt autologe Knochenmarkzellen direkt in das vormals verschlossene Gefäß. Dabei konnte im Verlauf eine signifikante Verkleinerung der Infarktregion beobachtet werden. Zusätzlich verbesserte sich die regionale Wandbewegung, das Schlagvolumen, das endsystolische Volumen und die myokardiale Perfusion [39;40].

Assmus et al. (2002) injizierten autologe Knochenmarkzellen bei neun Patienten und zirkulierende endotheliale Progenitorzellen bei elf Patienten. Es kam zu einer signifikanten Verbesserung der linksventrikulären Ejektionsfraktion, einer verbesserten regionalen Wandbewegung und einem reduzierten endsystolischen

Inflammation oder maligne Arrhythmien beobachtet werden [41].

Diese ersten klinischen Studien unterstützten die Annahme, dass die autologe Knochenmarkzelltherapie nach Myokardinfarkt durchführbar ist und zu einer Verbesserung der Herzfunktion führen kann. Allerdings wurden in den genannten Untersuchungen nur kleine Patientenkollektive ohne eine randomisierte Kontrollgruppe behandelt.

2.3 Magnetresonanztomographie

Bei der Planung der Studie war zu klären, welches bildgebende Verfahren die optimale Technik zur Bestimmung der linksventrikulären Volumina und der Infarktgröße darstellte.

2.3.1 Kardiale Magnetresonanztomographie

Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) handelt es sich um ein computergestütztes bildgebendes Verfahren, welches Schnittbilder des Körpers erzeugt, ohne dafür Röntgenstrahlen zu verwenden. Die Bilderzeugung erfolgt durch starke Magnetfelder und Radiowellen. Die kardiale Magnetresonanztomographie ermöglicht eine dreidimensionale Darstellung des Herzens. Dadurch ist es möglich echte Volumina (enddiastolisches und endsystolisches Volumen, Ejektionsfraktion, Schlagvolumen und Masse) des Herzens zu erhalten. Die Bildgebung mittels MRT zeichnet sich durch eine gute Reproduzierbarkeit z.B. im Vergleich zur Echokardiographie aus; mit der vorhandenen Software ist es zudem möglich die Volumina des Herzens (Volumetrie) exakt zu bestimmen [42]. Die Anfertigung von hochqualitativen Bildern ist beim MRT weniger von der Erfahrung des Untersuchers abhängig, als bei der Echokardiographie.

Myerson et al. (2002) zeigten, dass bei einem Drittel der Echokardiographieuntersuchungen zur Bestimmung der linksventrikulären Masse, die Qualität der Bilder nicht ausreichend war [43]. Grothues et al. (2002) konnten zeigen, dass der Variabilitätskoeffizient beim Kardio-MRT im Vergleich zur Echokardiographie wesentlich geringer ausfällt p<0,001 und dadurch eine Fallzahlreduzierung von bis zu 93% möglich ist. Hierbei zeigte sich, dass für die

gleiche Fragestellung (linksventrikuläres Volumen, Ejektionsfraktion und Masse des linken Ventrikels) 15 Patienten mit dem MRT und 152 Patienten mit der Echokardiographie untersucht werden müssten um eine Power von 90% und einen Signifikanzwert von p=0,05 zu erreichen [44]. Zusätzlich konnten Myerson et al.

(2002) zeigen, dass die Inter- und Intraobservervariabilität beim Kardio-MRT deutlich geringer im Vergleich zur Echokardiographie ausfällt [43].

Daher gilt das Kardio-MRT als Referenzmethode für die Evaluation der ventrikulären Volumina und Funktion [42;43].

Für die Beurteilung der Vitalität des Myokards werden so genannte delayed- enhancement Aufnahmen genutzt. Für die Aufnahmen wird den Patienten dafür das Kontrastmittel Gadolinium, ein paramagnetisches Metall, verabreicht. Nach einer Wirkzeit von circa fünfzehn Minuten [45] werden die Aufnahmen erstellt. Durch den verminderten Abstrom des interstitiell angereicherten Kontrastmittels im Narbengewebe kommt es zu einer Signalerhöhung. Kim et al. (1999) konnten nachweisen, dass sich Gadolinium nur im Nekrosegebiet anlagert. Dafür wurde am Hundemodell ein Infarkt initiiert und kurz darauf delayed-enhancement Bilder angefertigt, worauf der Infarkt erkennbar war (weißer Bereich in Abbildung 1). Kurz darauf wurden die Herzen in histologische Schnitte zerlegt und mit Triphenyltetrazolim-chlorid (TTC) behandelt. Im Vergleich ist das Infarktgebiet sowohl in den MRT Bildern als auch auf den histologischen Abbildungen identisch.

Zusätzlich haben Kim et al (1999) nachgewiesen, dass eine reversible Ischämie zu keiner Gadolinium-Anreicherung führt [46].

Histologische

Abbildung MRT-

Abbildung

Abbildung 1: Histologische Darstellung und Magnetresonanztomographie- Aufnahme eines Myokardinfarktes im Hundemodell (heller Bereich).

Aus Kim et al. [46] Mit freundlicher Genehmigung des Autors.

Mahrholdt et al. (2002) konnten zeigen, dass die Vitalitätsdiagnostik des MRT im Vergleich zum SPECT gleich gut abschneidet [45]. Klein et al. (2002) konnten nachweisen, dass es bei großen transmuralen Infarkten zu vergleichbaren Ergebnissen zwischen MRT- und PET-Bildern kommt; das MRT aber bei kleinen nicht-transmuralen Infarkten wesentlich präziser ist [47]. Auch Wu et al. (2001) konnten zeigen, dass das Kardio-MRT die Lokalisation und die Transmuralität des Myokardinfarktes genau bestimmen kann, sowohl bei akuten, als auch bei länger zurückliegenden Infarkten [48].

Mittels MRT kann heute nach akutem Myokardinfarkt die exakte Infarktgröße ermittelt werden [47;48].

Da die Studienlage für die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Magnetresonanztomographie spricht, wurde beschlossen die Magnetresonanztomographie für die Endpunktanalyse der BOOST-Studie zu verwenden.

3. Fragestellungen

- Primärer Endpunkt: Führt die intrakoronare Infusion von autologen Knochenmarkzellen zu einer Verbesserung der Ejektionsfraktion des linken Ventrikels nach akutem Myokardinfarkt im Vergleich zu einer randomisierten Kontrollgruppe?

- Welchen Einfluss hat eine autologe Knochenmarkzelltherapie auf das Remodeling nach einem akuten Myokardinfarkt? (endsystolische und enddiastolische Volumina und Masse des linken Ventrikels).

- Wird die regionale Wandbewegung im Bereich des Infarktgebietes durch eine autologe Knochenmarkzelltherapie beeinflusst?

- Gibt es eine Korrelation von Anzahl der infundierten Zellen und der Verbesserung der Ejektionsfraktion?

- Beeinflusst eine autologe Knochenmarkzelltherapie die Infarktgröße im Vergleich zur Kontrollgruppe?

- Beurteilung der Sicherheit der autologen Knochenmarkzelltherapie im Hinblick auf das Vorkommen von Arrhythmien, auf eine verstärkte Stenosierung der Stents und auf maligne Entartung.

4. Methode

4.1 Patienten

Bei dieser BOOST-Studie (BOne marrOw transfer to enhance ST-elevation infarct regeneration[49]) handelt es sich um eine prospektive, randomisiert-kontrollierte Studie. 30 Patienten wurden in die Stammzellgruppe und 30 Patienten in die Kontrollgruppe randomisiert. Zum Zeitpunkt der Beantragung und Durchführung dieser frühen klinischen Studie erschien die Durchführung einer Knochenmarkspunktion und einer Herzkatheteruntersuchung in der Kontrollgruppe ethisch nicht vertretbar. Daher war es nicht möglich Patienten und behandelnde Ärzte zu verblinden; die Personen, welche die MRT-Bilder und die Bilder der Herzkatheteruntersuchungen ausgewertet haben, waren jedoch verblindet. Das Protokoll der BOOST-Studie wurde von der Ethikkommission der Medizinischen Hochschule Hannover genehmigt.

Einschlusskriterien:

- Patienten mit akutem Myokardinfarkt mit einer ST-Hebung von ≥ 2mV in zwei benachbarten EKG-Ableitungen (kein Re-Infarkt in gleicher Lokalisation).

- Patienten mit Zustand nach PTCA (perkutane transluminale Koronar- angioplastie) und erfolgreicher Stentimplantation.

- TIMI-Fluss-Grad II-III im Infarktgefäß nach Herzkatheterintervention¹. - Alter über 18 Jahre und Vorliegen einer schriftlichen Einwilligung.

1 TIMI-Einteilung (thrombolysis in myocardial infarction): [50]

- TIMI 0: Verschluss mit fehlender Darstellung im distalen Gefäßanteil.

- TIMI I: Verschluss mit Darstellung von wenigen Teilen des distalen Gefäßabschnittes.

- TIMI II: Darstellung des Gefäßes distal der Stenose mit verlangsamtem Fluss des Kontrastmittels im Vergleich zu anderen Gefäßarealen.

- TIMI III: Normaler Ein- und Abstrom des Kontrastmittels.

Ausschlusskriterien:

- Mehrgefäßerkrankung.

- Kardiogener Schock.

- Erfolglose Akut-PTCA.

- Indikation zur operativen Versorgung (Bypass-OP).

- Vorliegen eines Lungenödems.

- Tragen eines Schrittmachers (Kontraindikation für die Durchführung eines MRT).

- Schwere Leber- oder Niereninsuffizienz.

- Vorliegen einer schweren konsumierenden oder malignen Erkrankung.

- Vorliegen einer Schwangerschaft oder unzureichende Kontrazeption.

4.1.1 Studienablauf

1) Informed consent 2) Randomization (1:1)

Control BMC Transfer

Cardiac MRI - Day 3.5 ± 1.5 post PCI Cardiac MRI - Day 3.5 ± 1.5 post PCI

BMC-Transfer Day 4.8 ± 1.3 post PCI

BMC-Transfer Day 4.8 ± 1.3 post PCI Follow-up visits after 6 weeks and 3 months

Follow-up visits after 6 weeks and 3 months

Cardiac MRI, Coronary Angiography, EP-Study after 6 months Cardiac MRI, Coronary Angiography, EP-Study after 6 months

Abbildung 2: Studienablauf der BOOST-Studie

4.2 Knochenmarkentnahme und -aufbereitung

Den Patienten, die der Stammzellgruppe zugeteilt worden waren, wurde 5,7±1,2 Tage nach Symptombeginn, während einer Kurznarkose mit Midazolam und Etomidate, durchschnittlich 128±33ml Knochenmark aus der hinteren Christa iliaca entnommen.

Die Zellverarbeitung wurde von der Firma Cytonet-Hannover GmbH (Deutschland) nach den gültigen „Good Manufacturing Practice“-Richtlinien (GMP) durchgeführt.

Um das Volumen, sowie Anzahl der Erythrozyten und Thrombozyten zu reduzieren wurde eine Dichtegradientensedimentation (Gelafundin-Sedimentation) durchgeführt.

Das entnommene Knochenmark wurde mit Gelafundin vermengt und zentrifugiert.

Aufgrund der Dichteunterschiede lagerten sich die Zellen in unterschiedlichen Schichten an und konnten daraufhin separiert werden.

Knochenmark

Gelafundin Gelafundin

Gelafundin

Erythrozyten/Thrombozyten Buffy-Coat (mononukläre Knochenmarkzellen) Wässrige Lösung

Vor Zentrifugation Nach Zentrifugation

Abbildung 3: Gelafundin-Sedimentation zur Zelltrennung und Volumenreduktion.

Die Knochenmarkssuspension wurde gewaschen, mit Heparin (10.000 IE/L) und Natriumchlorid vermengt. Die Anzahl der kernhaltigen Zellen, der Hämatokrit und die Anzahl der Thrombozyten wurden initial im entnommenen Knochenmark und nach Bearbeitung durch einen automatischen Haemocytometer bestimmt.

Die Vitalität der kernhaltigen Zellen wurde durch die trypanblaue Ausschlussfärbung ermittelt. Die Anzahl der CD34^POS Zellen (endotheliale Vorläuferzellen) wurde durch

einen Flusscytometer (FACSCalibur, BD Biosciences, Heidelberg, Deutschland) mit Hilfe eines Antikörpers gegen humane CD34^POS Zellen (Beckman Coulter, Krefeld, Deutschland) gemessen. Die Wachstumsfähigkeit der hämatopoetischen Vorläuferzellen wurde durch eine Methylzellulose-Kurzzeitkultur (Stem Cell Technologies, St. Katharinen, Deutschland) ermittelt. Dafür wurden hämatopoetische Vorläuferzellen in Methylzellulose gegeben und nach 14 Tagen ermittelt, in welchem Ausmaß eine Vermehrung (Koloniebildung) eingetreten war. (Abbildung 4).

Abbildung 4: Methylzellulose-Kurzzeitkultur zur Ermittlung der Wachstumsfähigkeit der hämatopoetischen Vorläuferzellen (Kolonie-bildende Zellen).

4.3 Intrakoronare Knochenmarkzellapplikation

Die Knochenmarksuspension wurde 6-8 Stunden nach Entnahme und Aufbereitung über einen Over-the-wire Ballonkatheter (Concerto, Occam International, Eindhoven, Niederlande) während einer Linksherzkatheteruntersuchung in die vormals verschlossene Arterie, distal des implantierten Stents, injiziert (siehe Abbildung 5).

Um die Kontaktzeit der Knochenmarkzellen mit der Mikrozirkulation des Infarktareal zu verlängern, wurde der Ballon 4–5 mal für 2,5–4 Minuten mit niedrigem Druck innerhalb des Stents inflatiert. Dieses Verfahren war in vorherigen Studien erfolgreich durchgeführt worden [39].

Abbildung 5: Intrakoronare Verabreichung der Knochenmarkzellen im Bereich des Infarktareals.

RCA: A. coronaria dextra, LCX: Ramus circumflexus, LAD: Ramus interventricularis anterior, OTW = Over-the-wire Ballonkatheter, BMC = Knochenmarkzellen

4.4 Verlauf

Alle Patienten wurden nach den gültigen Richtlinien zur Infarktbehandlung [12;51] mit folgenden Medikamenten eingestellt, sofern keine Kontraindikationen vorlagen:

- Acetylsalicylsäure (300mg in den ersten vier Wochen, danach 100mg pro Tag).

- Clopidogrel (300mg Aufsättigungsdosis, danach 75mg pro Tag für mindestens vier Wochen).

- ACE-Hemmer oder einem Angiotensin Rezeptor Blocker.

- Beta-Blocker.

- Statin (wenn das LDL-Cholesterin über 100mg/dl oder 2,6 mmol/l lag).

Nach sechs Wochen und drei Monaten erfolgte eine klinische Untersuchung und die Dosierung der Medikamente wurde gegebenenfalls angepasst. Nach sechs Monaten wurde bei allen Patienten ein weiteres Kardio-MRT durchgeführt. Eine Koronarangiographie und eine elektrophysiologische Untersuchung waren ebenfalls eingeplant. Dabei wurde der Grad der Restenosierung des betroffenen Gefäßes untersucht und mittels eines rechnergestützten Systems (CMS Medical Imaging Systems, Leiden, Niederlande) von zwei geblindeten Untersuchern ausgewertet.

Um den Einfluss der Knochenmarkzellgabe auf die mögliche Entwicklung von Arrhythmien zu überwachen, wurden bei allen Patienten mehrere Langzeit- Elektrokardiogramme (LZ-EKG) durchgeführt (kurz vor der Entlassung, nach sechs Wochen, nach drei Monaten und nach sechs Monaten). Dabei wurde die Anzahl der supraventrikulären Extrasystolen pro Stunden und das Vorkommen von ventrikulären Tachykardien ausgewertet. Zusätzlich wurde nach sechs Monaten eine elektrophysiologische Untersuchung durchgeführt, um zu klären, ob eine erhöhte ventrikuläre Vulnerabilität besteht.

4.5 Kardiale Magnetresonanztomographie

Bei allen Patienten wurde initial (3,5±1,5 Tage nach der Akut-PTCA) und nach sechs Monaten ein Kardio-MRT durchgeführt. Die Aufnahmen wurde in einem 1,5 Tesla Scanner (CV/i, General Electric, München, Deutschland) angefertigt. Die Patienten befanden sich in Rückenlage mit einer nach dorsal und ventral ausgerichteten Körperspule. Damit das MRT-Gerät den Herzzyklus erfassen konnte, wurden die Patienten an ein EKG-Gerät angeschlossen. Die einzelnen Bilder wurden in Atemstillstand in Exspiration erstellt. Für die dynamischen Aufnahmen wurden so genannte FIESTA-Sequenzen (Steady state free precession gradient-echo Sequenzen) mit folgenden Einstellungen verwendet:

Fiesta Sequenz

TR (Repetition time) 3,8ms

TE (Echo time) 1,6ms

Flip angle 40°

Matrix 224x224

Planare Auflösung 1,6x1,6 bis 1,7x1,7mm

Blickfeld 36-38cm

Schichtdicke 8-10mm

Phasen pro RR-Intervall 38-40 Tabelle 1: Parameter der Fiesta Sequenzen.

Die Scan-Ebenen wurden in Anlehnung an ein international akzeptiertes Schema von Pennell wie folgt geplant [52]:

4.5.1 Durchführung der Untersuchung

Bei der Bildplanung wurde mit dem Realtime Localizer das Herz aufgesucht und anhand axialer Schnittbilder des Thorax initial eine Vertikale Lange Achse und darauf eine kurze Herzachse (Abbildung 6) geplant, welche als weitere Planungsebene genutzt wurde. Daraufhin wurde durch die Planungsebene ein Horizontaler Schnitt gelegt um eine Horizontale Lange Achse zu erhalten. Auf der Horizontalen Langen Achse wurden, wie in Abbildung 6 zu sehen, Schnitte quer zur Längsachse von der

Herzspitze bis zur Klappenebene (als Herzbasis bezeichnet) gelegt, welche für die Berechnung der Volumina: enddiastolischen und endsystolischen Volumen, Ejektionsfraktion, Schlagvolumen und Masse notwendig waren.

Kurze Herzachse

Rechter Ventrikel Linker Ventrikel

Linker Ventrikel Rechter Ventrikel Rechtes Atrium

Linkes Atrium

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Linker Ventrikel Rechter Ventrikel Rechtes Atrium

Linkes Atrium

Horizontale Lange Achse (HLA)

A

B

C

Planungsebene für HLA

Planung für SA

Abbildung 6: Planung der Kurzen Herzachse.

A: auf dieser Ebene wurde durch einen horizontalen Schnitt die Horizontale Lange Achse geplant = B.

C: senkrecht auf der Horizontalen Langen Achse geplante Kurzachsenschnitte (SA) ermöglichen das Erfassen einer kompletten Volumetrie des linken und rechten Ventrikels (siehe Abbildung 7).

Abbildung 7: Diastolische Bilder der kurze Herzachse.

Abbildungen 1-3 zeigen die apikalen, Abbildungen 4-6 die medialen und Abbildungen 7-9 die basalen Schichten des linken Ventrikels gemäß der Planung aus Abbildung 6.

LV= linker Ventrikel, RV= rechter Ventrikel.

Für die Beurteilung der Vitalität des Myokards wurde den Patienten 0,15 mmol/kg Körpergewicht Gadovist® (Gadobutrol, Schering, Berlin, Deutschland) intravenös verabreicht. Nach einer Wirkzeit von 15-20 min [45] wurden delayed-enhancement Aufnahmen mit folgenden Parametern angefertigt:

T1 gewichtetete K-Raum segmentierte Inversion Gradient Echo Sequenz TR (Repetition time) 7,12 ms

TE (Echo time) 3,11 ms

Flip angle 20°

Blickfeld (field of view) 360 mm

Matrix 256x192

Schichtdicke 10 mm

Inversionszeit 200-220 ms - Individuell angepasst, so dass das Myokardsignal genullt wurde.

Trigger Verzögerung 2/3 der TR um die Bilder in der Diastole zu erstellen.

Tabelle 2: Parameter zur Erstellung der delayed-enhancement Aufnahmen

Die Horizontale Lange Achse wurde in einem identischen Vorgehen, wie in Abbildung 6 beschrieben geplant, indem eine Horizontale durch die Planungsebene gezogen wurde.

Linker Ventrikel Rechter Ventrikel

Rechtes Atrium Linkes Atrium

delayed-enhancement Septum

Apex

Seitenwand des linken Ventrikel

Abbildung 8: delayed enhancement Abbildung eines anterioseptalen Infarktes.

Die signalreiche, helle Region im Bereich des Septum, Apex und der angrenzenden Seitenwand des linken Ventrikels stellen den Infarkt dar.

Die kurzen Herzachsen wurden gemäß Abbildung 6 geplant.

Abbildung 9: delayed-enhancement Abbildung eines anterioseptalen Infarktes im Kurzachsenschnitt (weißer Bereich im Myokard).

4.5.2 Auswertung 4.5.2.1 Volumetrie

Die Auswertung erfolgte mit Hilfe der Software Mass Plus 4.0.1 von Medical Imaging Systems (Leiden, Niederlande). Die beiden Untersucher waren geblindet hinsichtlich Gruppenzuordnung der Patienten und waren nicht involviert in die klinische Betreuung dieser Patienten. Dabei wurden der endokardiale (rot) und der epikardiale (grün) Randbereich jeder Schicht des linken Ventrikels manuell markiert. Die Papillarmuskeln (gelb) wurden zusätzlich segmentiert, damit diese auch zur Masse hinzugerechnet werden konnten, aber das Volumen nicht beeinflussten. Dies wurde jeweils am Ende der Diastole und am Ende der Systole durchgeführt (Abbildung 10).

Abbildung 10: Einzeichnung der Volumetrie in den kurzen Herzachsen (Enddiastole und Endsystole):

Die Schichten der Diastole sind in den jeweils oberen Zeilen dargestellt, die korrespondierenden Schichten der Systole darunter. Die einzelnen Schichten sind von apikal nach basal durchnummeriert. RV: rechter Ventrikel, LV: linker Ventrikel, Ao: Aorta.

Die Software Mass Plus berechnete aus den oben genannten Werten folgende Parameter für den linken Ventrikel. Dabei berechnet sich die linksventrikuläre Ejektionsfraktion folgendermaßen:

men ischesVolu Enddiastol

en schesVolum Endsystoli

men ischesVolu Enddiastol

raktion

Ejektionsf − *100

=

Formel 1: Berechnung der Ejektionsfraktion:

Die erhaltenen Werte (EDV, ESV und linksventrikuläre Masse) wurden anschließend durch die Körperoberfläche dividiert, welche mit Hilfe der DuBois-Formel errechnet worden war, um die Volumenindices in ml/m² zu erhalten.

MASS MR Analytical Software System RESULTS REPORT GENERATED: Sat Jan 31 14:27:51 2004

LOGIN ID: sdc

--- PATIENT

Patient_name: C.A.

Patient_id: 287556 Patient_sex: M

Birthdate: UNKNOWN Patient_weight: 70.0 kg Patient_length: 0.0 cm

STUDY

Study date: 20020208 Series nr: 7

Acquisition nr: 1 Modality: MR

Manufacturer: GE MEDICAL SYSTEMS Institution: MED HOCHSCHULE HANNOVER Study descr: MR-Herz

SCAN

Series descr: FIESTA SA Acquisition type:2D

nr slices: 12 nr phases: 38

Slice thickness: 10.00 mm Slice gap: 0.00 mm Slice factor: 1.00 Field of view: 360.00 mm Imagetype: 0

Image res.: 256x256 Flip angle: 40 degrees Echo time: 1.64 ms Rep. time: 3.87 ms NEX: 1.00

Temp res: 17.92 ms (phase1=10.00 ms) Heart rate: 88

Scan duration: UNKNOWN ADVANCED VOLUMES [ml]

NOTE: Interpolations applied (n=5) ED phase = 26, ES phase = 5

LV ED phase = 26 (458.00 ms) LV ES phase = 5 (81.68 ms) LV ED volume = 151.51 ml LV ES volume = 92.73 ml LV Stroke volume = 58.78 ml LV Ejection fraction = 38.79 %

LV mass = 222.02 g (ED), 223.21 g (ES)

Abbildung 11: Ergebnisse der linksventrikulären Volumetrie, wie sie mit der Software Mass Plus für einen Patienten dargestellt wurden.

4.5.2.2 Delayed-Enhancement

Um die Infarktausbreitung und -größe zu bestimmen, wurde in den delayed- enhancement Bildern das jeweilige Infarktgebiet, welches auf den Bildern als signalreiches Areal erkennbar ist, manuell in jeder Schicht umfahren. Anschließend konnte mit der Software Mass Plus die Infarktgröße in Milliliter berechnen werden (Abbildung 12).

Abbildung 12: kurze Herzachsen mit markiertem Infarktgebiet bei einem Patienten mit Vorderwandinfarkt.

Um zusätzlich die Transmuralität des Infarktes zu bestimmen wurde das Infarktareal, welche das Infarktgebiet (Abbildung 12) und das darum liegende Myokard umfasst, manuell markiert. Die Transmuralität errechnete sich dann folgendermaßen:

al Infarktare

iet Infarktgeb ität

Transmural =

Formel 2: Berechnung der Transmuralität des Infarktes.

4.5.2.3 Regionale Ejektionsfraktion und systolische Wandbewegung

Zur Bestimmung der regionalen Ejektionsfraktion wurde die Ejektionsfraktion ausschließlich in den Schichten mit Nachweis von delayed-enhancement bestimmt.

Um die systolische Wandbewegung zu bestimmen wurde nach den Richtlinien der American Heart Association [53] die Schichten der kurzen Herzachse in jeweils fünf Segmente unterteilt. Dies wurde jeweils in der Diastole und der Systole von der Herzspitze bis zur Herzbasis durchgeführt. Dabei war der Startpunkt für das erste

Segment der rechtsventrikuläre Übergang zwischen Septum und rechten Ventrikel (siehe blaues Kreuz in Abbildung 13) und wurde im Uhrzeigersinn wie folgt eingeteilt:

- Segment 1: inferoseptal - Segment 2: anteroseptal - Segment 3: anterior - Segment 4: anterolateral - Segment 5: inferolateral - Segment 6: inferior

Linker Ventrikel

Segment 3

Segment 2

Segment 4 Segment 1 Segment 5 Segment 6

Ausrichtung der Segmente

Endokard Systole Endokard Diastole

Epikard Diastole

Abbildung 13: Kurzachsenschnitt (Diastole) mit eingezeichneten Myokardsegmenten um Wandbewegung und Wanddickenzunahme zu bestimmen.

Die rote Kontur stellt die endokardiale Begrenzung des linksventrikulären Myokards in der Systole dar.

Die Änderung der Wandbewegung wurde sowohl in den Segmenten des Infarktgebietes, als auch in den Segmenten des Infarktrandbereichs bestimmt.

Anhand dieser gewonnenen Daten wurden Bilder des linken Ventrikels generiert, welche die Wandbewegung grafisch anzeigen (bulls eye view). Die äußeren Areale

Schichten der linken Kammer. Helle Farben zeigen eine gute, dunkle Farben dagegen eine schlechte Wandbewegung (Abbildung 14).

Abbildung 14: Systolische Wandbewegung bei einem Patienten mit Vorderwandinfarkt im bulls eye view.

Dabei zeigen schwarze Abschnitte eine eingeschränkte und hell gelbe Areale eine gute Wandbewegung an. Im Zentrum des Kreises sind die apikalen Schichten und außen die basalen Schichten des linken Ventrikels dargestellt.

4.6 Statistik

Die Änderung der linksventrikulären Ejektionsfraktion im Vergleich von Kontrollgruppe und Stammzellgruppe nach sechs Monaten stellte den primären Endpunkt der Studie dar. Die Fallzahlschätzung basierte auf der Annahme, dass eine Power von mindestens 80% erreicht werden sollte, ein Signifikanzwert von p=0,05 bei einer angenommenen Standardabweichung von 6,5%. Basierend auf diesen Schätzungen wurde eine Fallzahl von 2x30 Patienten errechnet. Alle statistischen Tests wurden zweiseitig mit einem Signifikanzwert von p=0,05 durchgeführt.

Die Zuteilung zur Kontrollgruppe oder Stammzellgruppe erfolgte durch fortlaufend nummerierte verschlossene Umschläge, die von der Firma IST (Mannheim, Deutschland) zur Verfügung gestellt wurden. Die Homogenität der

Behandlungsgruppen wurde initial durch den Student’schen T-Test berechnet, wobei keine Abweichungen von der Normalverteilung festgestellt werden konnte.

Die Änderung der Ejektionsfraktion in beiden Gruppen wurde durch eine Kovarianzanalyse (ANCOVA-Modell) berechnet, wobei die Stammzellbehandlung den Gruppenfaktor darstellte. Die Zielgröße ergab sich aus der Veränderung der linksventrikulären Ejektionsfraktion von der Initialuntersuchung zur Kontrolluntersuchung nach sechs Monaten. Die Kovariable stellte die initiale linksventrikuläre Ejektionsfraktion dar. Die sekundären Endpunkte (endiastolisches und endsystolisches Volumen des linken Ventrikels, die linksventrikuläre Masse, Infarktgröße und Wandbewegung) wurden ebenfalls anhand des ANCOVA-Modells berechnet mit dem jeweiligen Ausgangswert als Kovariable.

Für quantitative Variablen, welche nicht normalverteilt waren oder bei denen die Varianzen der beiden Gruppen stark voneinander abwichen, wurde der Wilcoxon- Rangsummentest verwendet (z.B. TIMI-Fluss-Einteilung, Killip-Klasseneinteilung) Qualitative Daten wie z.B. das Geschlecht der Patienten wurden durch den χ² Test bestimmt.

Der Zusammenhang zwischen Zahl der infundierten Zellen (Kernhaltige Zellen, CD34^POS Zellen, hämatopoetische Vorläuferzellen) und der Ejektionsfraktionsänderung wurde durch Pearson’s Korrelationskoeffizienten ermittelt.

5. Ergebnisse

5.1 Patientencharakteristika

Zwischen Januar 2002 und Mai 2003 wurden 78 Patienten über die Studie informiert.

Von diesen willigten 65 Patienten schriftlich in die Teilnahme an der Studie ein und wurden randomisiert. Bei fünf dieser Patienten konnte aufgrund ausgeprägter Adipositas oder Klaustrophobie kein Kardio-MRT durchgeführt werden. Diese Patienten wurden wieder aus der Studie ausgeschlossen. Das endgültige Patientenkollektiv bestand damit aus 30 Patienten in der Kontrollgruppe und 30 Patienten in der Stammzellgruppe.

78 Pat. nach akutem Myokardinfarkt

geeignet

65 Pat. wurden randomisiert

32 Pat. in der Kontrollgruppe

33 Pat. in der Stammzellgruppe 2 Pat. nach

initialem MRT nicht geeignet

3 Pat. nach initialem MRT nicht geeignet

30 Pat. haben die Studie beendet und

wurden ausgewertet

30 Pat. haben die Studie beendet und

wurden ausgewertet

Abbildung 15: Patientenkollektiv.

Beide Gruppen waren statistisch ausgewogen im Bezug auf folgende demographische, klinische und angiographische Daten (siehe Tabelle 3):

Demographische und klinische Daten der Patienten

Kontrolle (N=30)

SZ (N=30)

P-Wert

Alter (Jahre) 59,2±13,5 53,4±14,8 0,11

Männlich 22 (73%) 20 (67%) 0,57

Body mass index (kg/m²) 26,2±4,2 25,8±3,0 0,67

Diabetes mellitus 3 (10%) 3 (10%) 1,0

Hyperlipidämie² 7 (23%) 9 (30%) 0,56

Hypertonie 13 (43%) 9 (30%) 0,28

Raucher 17 (57%) 18 (60%) 0,79

Zeit vom Symptombeginn bis zur PTCA (Std.)

Median (Range) 8,0 (3 - 120) 9,8 (2 - 122) 0,92 Maximum der Kreatinkinase im Serum (U/L) 2844±1161 2968±1867 0,77 Maximum der Kreatinkinase MB im Serum (U/L) 156±51 175±123 0,46 Maximum des Troponin T im Serum (μg/L) 7,4±4,4 7,4±5,5 0,99 Therapie vor PTCA

Thrombolyse

Glykoprotein IIb/IIIa Inhibitor

10 (33%) 14 (47%)

14 (47%) 14 (47%)

0,29 1,0 Medikation

Bei Entlassung:

Aspirin³ und Clopidogrel

ACE-Hemmer oder Angiotensin-Rezeptor-Antagonist Beta-Blocker

Statin

6 Monatskontrolle:

Aspirin

ACE-Inhibitor oder Angiotensin-Rezeptor-Antagonist Beta-Blocker

Statin

29 (97%) 30 (100%) 30 (100%) 29 (97%)

27 (90%) 30 (100%) 30 (100%) 28 (93%)

30 (100%) 30 (100%) 29 (97%) 30 (100%)

29 (97%) 30 (100%) 29 (97%) 28 (93%)

Tabelle 3: Initiale demographische und klinische Daten der Patienten, dargestellt als: Mittelwerte±Standardabweichung. SZ = Stammzellgruppe.

2 Definition Hyperlipidämie: Serum Cholesterinwerte über 200mg/dl oder 5,2 mmol/l.

Angiographische Daten der Patienten

Kontrolle (N=30)

SZ (N=30)

P-Wert

Killip-Klasse⁴ 1

2 3 oder 4

25 (83%) 5 (17%) 0

23 (77%) 7 (23%) 0

0,51

Infarktgefäß

Rechte Koronararterie Linke Koronararterie

7 (23%) 23 (77%)

7 (23%) 23 (77%)

1,0

TIMI-Grad Vor PTCA:

Grad 0 oder I Grad II Grad III Nach PTCA:

Grad 0 oder I Grad II Grad III

16 (53%) 13 (43%) 1 (3%)

0 7 (23%) 23 (77%)

13 (43%) 16 (53%) 1 (3%)

0 6 (20%) 24 (80%)

0,73

0,75

Anzahl der Stents

Median (Range) 1 (1-5) 1 (1-2)

0,40

Stentgröße (mm) 3,3±0,4 3,3±0,4 1,0

Stentlänge (mm) 17,5±9,6 17,6±6,4 0,97

Läsionstyp⁵ Type A Type B Type C

8 (27%) 16 (53%) 6 (20%)

6 (20%) 19 (64%) 5 (17%)

0,71

Tabelle 4: Initiale angiographische Daten der Patienten,

dargestellt als: Mittelwerte±Standardabweichung. SZ = Stammzellgruppe.

3 Patienten, welche kein Aspirin erhalten haben, wurden mit Phenprocoumon behandelt.

4 Killip-Klassifikation [54]:

I: keine Linksherzinsuffizienz

II: mäßige Linksherzinsuffizienz mit basalen Rasselgeräuschen III: Lungenödem

IV: kardiogener Schock

5 Stenosegraduierung nach AHA/ACC [55] Im Anhang.

5.2 Primärer Endpunkt – linksventrikuläre Ejektionsfraktion

Beide Gruppen waren vergleichbar hinsichtlich der initialen Ejektionsfraktion, dem enddiastolischen linksventrikulären Volumen, dem endsystolischen linksventrikulären Volumen, dem Schlagvolumen und der Infarktgröße (delayed-enhancement).

In der Kontrollgruppe wurde nach sechs Monaten eine Zunahme der Ejektionsfraktion von initial 51,3±9,3% auf 52,0±12,4% beobachtet. Dies entspricht einer Zunahme von lediglich 0,7±8,1%. In der Stammzellgruppe dagegen kam es nach sechs Monaten zu einer Zunahme der Ejektionsfraktion von initial 50,0±10,0%

auf 56,7±12,5%, einer Zunahme von 6,7±6,5% entsprechend. Der Unterschied der linksventrikulären Ejektionsfraktion im Vergleich der Gruppen war signifikant (P=0,0026, 95% Konfidenzintervall 2,2 bis 9,9) (siehe Abbildung 16 und Tabelle 8 im Anhang).

10 20 30 40 50 60 70 80 90

baseline 6 months

10 20 30 40 50 60 70 80 90

baseline 6 months

Abbildung 16: Veränderung der Ejektionsfraktion initial und nach sechs Monaten in der Kontroll- und Knochenmarkzellgruppe.

5.3.1 Linksventrikuläre Volumina

In beiden Gruppen kam es nach sechs Monaten zu einer geringen Zunahme des enddiastolischen Volumens, welches in der Stammzellgruppe knapp signifikant war (p=0,047). Im Vergleich beider Gruppen bestanden aber keine signifikanten Unterschiede (p=0,32). (Siehe Abbildung 17 und Tabelle 8 im Anhang)

Geringe Zunahme des enddiastolischen Volumens

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

1 2

ml/m²

Abbildung 17: Geringe Zunahme des enddiastolischen Volumens nach sechs Monaten in Kontroll- und Stammzellgruppe.

Kontrollgruppe initial: 81,4±16,9, nach 6 Monaten: 84,9±21,9 (p=0,10), Stammzellgruppe initial: 84,2±17,2, nach 6 Monaten: 91,7±26,0 (p=0,047)

Ebenso kam es zu keiner signifikanten Änderung des endsystolischen Volumens im Vergleich beider Gruppen (p=0,33). (Siehe Abbildung 18 und Tabelle 8 im Anhang).

Systolische Volumenindices

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

K SZ

ml/m²

Abbildung 18: Endsystolischer Volumenindex des linken Ventrikels initial und nach sechs Monaten in Kontroll- und Stammzellgruppe.

Kontrollgruppe initial: 40,6±16,9, nach 6 Monaten: 42,6±23,9 (p=0,91), Stammzellgruppe initial: 43,0±14,7, nach 6 Monaten: 42,4±23,9 (p=0,84)

5.3.2 Delayed-Enhancement

In beiden Gruppen konnte eine Abnahme der Infarktgröße (delayed-enhancement) beobachtet werden, welche im Vergleich der beiden Gruppen nicht signifikant war (p=0,18).

Abnahme des delayed-enhancem ent in ml

30,3

33

19,8 18,9

0 5 10 15 20 25 30 35

Kontrollgruppe Stammzellgruppe

Abbildung 19: Abnahme des delayed-enhancement der Stammzellgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe.

Delayed enhancement der Kontrollgruppe initial: 30,3±17,4ml nach 6 Monaten 19,8±9,8ml. Delayed enhancement der Stammzellgruppe initial: 33,0±21,1ml nach 6 Monaten 18,9±12,2ml. Im Vergleich nicht signifikant (p=0,18).

5.3.3 Regionale Ejektionsfraktion / Regionale Wandbewegung

Bei der regionalen Ejektionsfraktion, der Wandbewegung im Infarktgebiet und in der Randzone des Infarktgebietes des linken Ventrikels bestanden initial keine signifikanten Unterschiede zwischen Kontroll- und Stammzellgruppe.

Nach sechs Monaten konnte in der Stammzellgruppe, im Gegensatz zur Kontrollgruppe, eine signifikante Zunahme der regionalen Ejektionsfraktion (p=0,04) beobachtet werden. Auch die Wandbewegung des linken Ventrikels in der Randzone des Infarktes verbesserte sich in der Stammzellgruppe signifikant (p=0,03). Die Wandbewegung im Infarktbereich verbesserte sich in beiden Gruppen, war jedoch im Vergleich nicht signifikant (p=0,32).

Regionale Ejektionsfraktion (EF) und Wandbewegung des linken Ventrikels

Initial Nach 6 Monaten Veränderung P-Wert

Kontrolle SZ Kontrolle SZ Kontrolle SZ

Regionale EF [%] 47,8±9,7 46,3±10,6 48,9±15,2 53,0±15,5 1,1±11,8 6,7±9,5 0,04 Systolische

Wandbewegung [mm] Infarktzone

3,9±1,8 4,4±1,9 4,9±2,9 5,9±2,5 1,0±2,5 1,5±2,1 0,32

Syst. Wand- bewegung [mm]

Randzone

6,8±1,6 7,0±1,7 6,8±2,1 8,0±2,1 -0,1±2,2 1,0±1,9 0,03

Tabelle 5: Regionale Ejektionsfraktion und Wandbewegung des linken Ventrikels initial und nach sechs Monaten.

Dargestellt als Mittelwert ± Standardabweichung (SD).

5.4 Zellcharakteristika und Korrelation von Art und Zahl der infundierten Zellen mit Änderung der linksventrikulären Ejektionsfraktion

Der Verarbeitungsprozess des entnommenen Knochenmarktes führte zu einer Reduktion des Volumens auf durchschnittlich 26±4ml mit 75±12% der kernhaltigen Zellen aus dem Originalaspirat.

Die endgültige Knochenmarkssuspension enthielt:

- 24,6±9,4x10⁸ mononukleäre Zellen (Vitalität 99±2%) - 9,5±6,3x10⁶ CD34^POS Zellen

- 3,6±3,4x10⁶ hämatopoetische Vorläuferzellen - Hämatokrit 31±11%

- Thrombozytenanzahl 182±93x10⁶/ml

Die Verbesserung der Ejektionsfraktion in der Stammzellgruppe korrelierte nicht mit der Menge an infundierten kernhaltigen Zellen (r= -0,11, P=0,57) (Abbildung 20), nicht mit der Anzahl der CD34^POS Zellen (endotheliale Vorläuferzellen) (r=0,13, P=0,48) (Abbildung 21) oder der Anzahl der hämatopoetischen Vorläuferzellen (r= -0,14, P=0,46), welche in die vormals verschlossene Arterie injiziert worden waren.

-12 -6 0 6 12 18

0 10 20 30 40 50

Δ EF [%]

Anzahl kernhaltiger Zellen [× 10⁸]

Abbildung 20: Korrelation der kernhaltigen Zellen mit Änderung der Ejektionsfraktion.

r= -0,11, P=0,57

-12 -6 0 6 12 18

0 10 20 30 4

Δ EF [%]

Anzahl CD34^pos Zellen [

0

× 10⁶]

Abbildung 21: Korrelation von Anzahl der CD34^pos Zellen mit Änderung der Ejektionsfraktion.

r=0,13, P=0,48

5.5 Subgruppenanalyse

Auch in der Analyse von Subgruppen (Abbildung 22) (Alter, Geschlecht, Anzahl der kardiovaskulären Risikofaktoren, Zeit zwischen Symptombeginn und PTCA, Infarktlokalisation und Initiale Ejektionsfraktion) konnte eine Zunahme der Ejektionsfraktion in der Stammzellgruppe beobachtet werden.

-6 -3 0 3 6 9 12 15 18

Abbildung 22: Subgruppenanalyse

SZ = Stammzellgruppe, DE = delayed-enhancement (Medianwerte), LVEF = linksventrikuläre Ejektionsfraktion. Anhand der Mittelwerte der Studienpopulation wurden gleichgroße Subgruppen gebildet

Für die interobserver Variabilität wurde bei 14 Patienten die linksventrikuläre Ejektionsfraktion von zwei unabhängigen Untersuchern noch einmal bestimmt. Die intraobserver Variabilität wurde durch einen Untersucher ermittelt, indem bei 14 Patienten die linksventrikuläre Ejektionsfraktion zwei mal im Abstand von mindestens vier Wochen bestimmt wurde. Dabei wurde die Quadratwurzel aus der mittleren Varianz der ermittelten Paare durch die Mittelwerte dividiert

Die Interobserver Variabilität betrug 2,1%, die intraobserver Variabilität 1,6%.

5.7 Sicherheitsaspekte der intrakoronaren Knochenmarkzellinfusion

Es kam bei keinem Patienten zu einem Anstieg des Troponin T nach der intrakoronaren Knochenmarkzellinfusion. Dies weist darauf hin, dass die Knochenmarkzellinfusion keinen weiteren ischämischen Schaden verursacht hat. Im Untersuchungszeitraum von 6 Monaten verstarb kein Patient. Drei Patienten der Kontrollgruppe und ein Patient der Stammzellgruppe mussten mindestens einmal stationär aufgenommen werden, da es zu einer Zunahme der Herzinsuffizienzsymptomatik gekommen war. Ein Patient der Stammzellgruppe erlitt vier Monate nach der Stammzellinfusion in den Ramus interventricularis anterior einen Nicht-ST-Hebungsinfarkt im Versorgungsgebiet des Ramus circumflexus und erhielt daraufhin eine weitere PTCA. In beiden Gruppen konnte bei der Auswertung der Langzeit-Elektrokardiogramme hinsichtlich der Inzidenz von supraventrikulären und ventrikulären Extrasystolen und ventrikulären Tachykardien kein signifikanter Unterschied festgestellt werden. Nach sechs Monaten willigten 28 Kontrollpatienten und 27 Stammzellpatienten in die Durchführung einer elektrophysiologischen Untersuchung ein. Bei einem Patienten der Kontrollgruppe und bei einem Patienten der Stammzellgruppe konnte eine anhaltende ventrikuläre Tachykardie induziert werden. Kammerflimmern konnte bei einem Patienten der Kontrollgruppe ausgelöst werden.

29 Patienten der Kontrollgruppe und 28 Patienten der Stammzellgruppe erhielten nach sechs Monaten eine weitere Koronarangiographie, insbesondere sollte dabei die Inzidenz von Instent-Stenosen geklärt werden. Der mittlere Restenosierungsgrad

des Stents betrug 32±20% in der Kontrollgruppe und 33±23% in der Stammzellgruppe (p = 0,88). Bei vier Patienten der Kontrollgruppe und sieben Patienten der Stammzellgruppe konnte eine In-Stent-Stenose von mindestens 50%

beobachtet werden (p=0,28). Bei einem Patienten der Kontrollgruppe entwickelte sich ein kompletter Verschluss des Stents.

5.8 Fallbeispiele

Systolische Wandbewegung eines repräsentativen Patienten der Kontrollgruppe und eines repräsentativen Patienten der Stammzellgruppe. Die Abbildungen wurden mit der Software Mass Plus erstellt. Beide Patienten erlitten einen akuten Vorderwandinfarkt. Helle Farben zeigen eine gute, dunkle Farben dagegen eine reduzierte systolische Wandbewegung an. Beim Vergleich der Abbildungen zeigt sich, dass sich die Funktion bei dem Kontrollpatienten kaum ändert, bei dem Stammzellpatienten dagegen kommt es zu einer deutlichen Abnahme der dunklen Areale nach sechs Monaten, entsprechend einer Verbesserung der regionalen Funktion.

Patient der KontrollgruppePatient der Stammzellgruppe

Initial Nach 6 Monaten

A

B

Abbildung 23: Darstellung der systolischen Wandbewegung initial und nach sechs Monaten von einer Patientin der Kontrollgruppe und einem Patienten der Stammzellgruppe im so genannten bulls eye view.

Im Zentrum des Kreises sind die apikalen und außen die basalen Schichten des linken Ventrikels dargestellt. Schwarze und dunkelrote Felder stehen für eine schlechte und hellgelbe Felder für eine gute regionale Wandbewegung.

A: 58 jährige Patientin der Kontrollgruppe: Keine Verbesserung der Ejektionsfraktion nach sechs Monaten (initial 46,65%, nach sechs Monaten 44,98%).

B: 61 jähriger Patient der Stammzellgruppe: deutliche Verbesserung der Ejektionsfraktion nach sechs Monaten (initial 47,15% , nach sechs Monaten 55,04%).

6. Diskussion

Diese Arbeit beschreibt Durchführung und Resultate der ersten randomisiert- kontrollierten Studie, welche die Wirkung einer autologen Knochenmarkzelltherapie auf die linksventrikuläre Funktion und Anatomie nach einem akuten ST- Hebungsinfarkt untersucht (BOOST) [49]. Der primäre Endpunkt (linksventrikuläre Ejektionsfraktion) wurde hierbei durch die kardiale Magnetresonanztomographie ermittelt. Unser Hauptergebnis zeigt, dass durch die intrakoronare Infusion von autologen Knochenmarkzellen in der Frühphase nach einem akuten Myokardinfarkt (4-8 Tage nach Beschwerdebeginn), eine signifikante Verbesserung (p=0,0026) der Ejektionsfraktion im Vergleich zur Kontrollgruppe erreicht werden kann. Obwohl die Subgruppenanalyse aufgrund der geringen Fallzahl eine begrenzte Aussagekraft besitzt, konnte die Verbesserung der Ejektionsfraktion auch bei den meisten untersuchten Subgruppen beobachtet werden. Wir konnten zusätzlich beobachten, dass die Verbesserung der Kontraktilität vor allem im Randbereich des Myokardinfarktes stattfindet.

6.1 Linksventrikuläre Funktion und Anatomie nach intrakoronarer Knochenmarkzelltherapie

6.1.1 Änderung der linksventrikulären Ejektionsfraktion (Primärer Endpunkt)

In unseren Patientengruppen betrug die linksventrikuläre Ejektionsfraktion initial im Mittel 51±10%. Vergleichbare Werte konnten auch in früheren Studien, z.B. bei Schroeder et al. (2001) und Beek et al. (2003) beobachten werden, welche Patienten nach einem akuten Myokardinfarkt mit Hilfe der Magnetresonanztomographie untersucht hatten [56;57]. Im Gegensatz zu den gesunden Probanden, welche Lorenz et al. (1999) untersucht hatten und bei welchen die Ejektionsfraktion 67±5%

betrug, lag damit eine deutliche Beeinträchtigung der Herzfunktion vor [58] (Tabelle 6 und Tabelle 7 im Anhang).

Durch die Leitlinien basierte Therapie verbesserte sich die Ejektionsfraktion des linken Ventrikels in der Kontrollgruppe nach sechs Monaten lediglich um 0,7%. Dies zeigt den Bedarf für zusätzliche therapeutische Maßnahmen, um eine Funktionsverbesserung des linken Ventrikels zu erzielen. Da 40% der Patienten für