Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC w9YzM9TSm8xwvFKTVPfnTcH S0066-782X2022005017204 S0066-782X2022001300931 abc.20220045 10.36660/abc.20220045 Artigo Original Fenótipo Inflamatório por Imagem de OCT Coronária: Características Específicas Entre Lesões De Novo, Hiperplasia Intimal e Neoaterosclerose Intra-Stent Pinheiro Luiz Fernando M 1 * 0000-0002-5705-4865 Garzon Stefano 1 2 * Mariani José Jr. 1 2 Prado Guy F. Almeida 1 Caixeta Adriano Mendes 1 3 Almeida Breno Oliveira 1 Lemos Pedro Alves 1 2 Hospital Israelita Albert Einstein São Paulo SP Brasil Hospital Israelita Albert Einstein , São Paulo , SP – Brasil Hospital das Clínicas Faculdade de Medicina Universidade de São Paulo São Paulo SP Brasil Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo , São Paulo , SP – Brasil Universidade Federal de São Paulo Escola Paulista de Medicina São Paulo SP Brasil Universidade Federal de São Paulo – Escola Paulista de Medicina , São Paulo , SP – Brasil Correspondência: Luiz Fernando Pinheiro • Hospital Israelita Albert Einstein – Av. Albert Einstein, 627. CEP 05652-900, São Paulo, SP – Brasil E-mail: luizfmpinheiro34@gmail.com

Os autores contribuíram igualmente na realização deste manuscrito.

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa: Pinheiro LF, Garzon S, Mariani J, Caixeta AM, Lemos PA; Obtenção de dados e Análise e interpretação dos dados: Pinheiro LF, Garzon S, Mariani J, Prado GA, Caixeta AM, Almeida BO, Lemos PA; Análise estatística: Pinheiro LF, Garzon S, Prado GA, Caixeta AM, Lemos PA; Redação do manuscrito e Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Pinheiro LF, Garzon S, Lemos PA.

Potencial conflito de interesse

Não há conflito com o presente artigo

 10 10 2022 12 2022 119 6 931 937 24 01 2022 23 05 2022 15 06 2022 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Resumo Fundamento

A estenose coronária pode ser causada por de novo aterosclerose, reestenose intra-stent e neoaterosclerose intra-stent, três entidades que se desenvolvem a partir de diversos meios fisiopatológicos.

 Objetivos

Este estudo tem como objetivo investigar, por meio da tomografia de coerência óptica (OCT), se as lesões coronarianas relacionadas a esses processos diferem em seu perfil inflamatório local.

 Métodos

Análise retrospectiva de pacientes com lesões coronárias diagnosticadas ou suspeitas que realizaram exames de OCT por motivos clínicos. Macrófagos e neovascularização intraplaca foram avaliados por OCT e utilizados como marcadores de inflamação local. O nível de significância < 0,05 foi adotado como estatisticamente significante.

 Resultados

Das 121 lesões, 74 eram de novo , 29 eram reestenose e 18 eram neoaterosclerose. Neovascularização foi encontrada em 65,8% das de novo , 10,3% na reestenose e 94,4% na neoaterosclerose (p<0,01 para todos). O volume de neovascularização foi diferente entre os tipos de lesão (950 vs. 0 vs. 6.220, respectivamente [valores medianos em 1000 x µm 3 /mm]; p<0,01 para todos), sendo significativamente maior na neoaterosclerose e menor na reestenose. A presença de macrófagos diferiu entre as lesões (95,9% em de novo vs. 6,9% em reestenose vs. 100% em neoaterosclerose [p<0,01 para todos]). Além disso, a intensidade da infiltração macrofágica foi diferente entre os tipos de lesão (2,5 vs. 0,0 vs. 4,5, respectivamente [valores medianos do escore de macrófagos]; p<0,01 para todos), significativamente maior na neoaterosclerose e menor na reestenose.

 Conclusões

Quando comparados pela OCT coronariana, de novo , reestenose intra-stent e neoaterosclerose apresentaram fenótipos inflamatórios marcadamente diferentes.

 Reestenose Coronária Aterosclerose Stents Introdução

A doença aterosclerótica coronariana é uma causa prevalente de morbimortalidade em todo o mundo, frequentemente tratada com implante de stent. No entanto, é bem conhecido que um novo estreitamento do lúmen do stent pode ocorrer nos primeiros meses após a intervenção percutânea, um fenômeno conhecido como reestenose. 1 Ambas entidades ( de novo aterosclerose e reestenose intra-stent) originam-se marcadamente de mecanismos patogenéticos distintos. A formação de placa aterosclerótica é uma condição complexa, multifatorial e de longa duração modulada por múltiplos fatores de risco sistêmicos e locais. 2 Por outro lado, a reestenose intra-stent é secundária ao crescimento do tecido neointimal, uma resposta de cicatrização vascular desencadeada pela lesão do vaso após o implante do dispositivo. 3 , 4 Mais recentemente, a neoaterosclerose foi descrita como outra causa distinta de estreitamento do lúmen intra-stent. É largamente aceito que seja uma forma acelerada de formação de placa aterosclerótica, provavelmente induzida por uma resposta tecidual local sustentada pelo próprio suporte metálico do stent. 5 O acúmulo de células inflamatórias tem sido descrito como um evento central para o desenvolvimento da de novo aterosclerose 2 , 6 , 7 e reestenose intra-stent, 8 bem como para neo-aterosclerose. 9 Acredita-se que a inflamação local seja parte integrante dessas condições, funcionando como a etapa decisiva pela qual a parede do vaso é modificada dinamicamente à medida que o processo patológico progride. Até o momento, no entanto, tem sido mal descrito se os perfis inflamatórios variam de acordo com o tipo de condição subjacente e se as diferenças potenciais podem ser avaliadas por ferramentas clínicas. A tomografia de coerência óptica intravascular (OCT) fornece imagens in vivo próximas ao nível histológico, 10 que tem sido amplamente utilizada para investigar pacientes com doença arterial coronariana. 11 - 13 Além de medir quantitativamente parâmetros dimensionais, a OCT foi validada como uma ferramenta para avaliar as características qualitativas da parede do vaso, como tipo de componentes do tecido, acidentes de placa e formação de trombo. 11 , 12 Também de forma importante, a OCT demonstrou detectar com precisão a infitração de macrófagos 10 , 14 e a formação de neovasos intra-arteriais 15 dois achados associados à inflamação local subjacente. O presente estudo tem como objetivo investigar se aterosclerose, reestenose intra-stent e neo-aterosclerose diferem em seu fenótipo inflamatório (ou seja, presença e quantidade de macrófagos e neovasos) conforme avaliado por imagem de OCT.

 Métodos Seleção de pacientes

Realizamos uma busca no banco de dados de nossa instituição por pacientes que realizaram OCT coronariano em artérias coronárias nativas por condição clínica estável ou síndrome coronariana aguda, entre janeiro de 2012 e dezembro de 2019. Todas as execuções de OCT de cada paciente foram revisadas e selecionadas para análise final se apresentassem: i ) uma ou mais lesões ateroscleróticas de novo (definidas como um arco de placa ≥ 180°), ou ii) uma ou mais lesões em um stent previamente implantado (definido como pelo menos 300 µm de espessura de tecido no stent). Lesões no mesmo vaso foram consideradas discretas e contadas como tal, se separadas por um segmento normal maior que 10 mm. As lesões nas bordas do stent (5 mm proximal ou distal) não foram incluídas para análise. Além disso, o presente relato incluiu apenas lesões cujo exame de OCT foi realizado antes de qualquer intervenção. Este estudo foi aprovado pelo comitê de ética local e está de acordo com a Declaração de Helsinque.

 Aquisição de imagem e análise

A aquisição de imagem foi realizada usando técnicas padrão, durante a injeção de meio de contraste, conforme descrito em toda parte, 16 usando um sistema OCT no domínio da frequência (sistema C7 ou Ilumien OPTIS, catéteres de imagem C7 DragonFly ou DragonFly II, St. Jude Medical, St. Paul, MN ).

Dois revisores independentes, cegos para qualquer informação clínica, realizaram as avaliações de todas as imagens de OCT. Qualquer discordância entre os revisores foi resolvida por consenso. As lesões foram classificadas como de novo , reestenose intra-stent ou neoaterosclerose intra-stent. Esta última lesão intra-stent foi diferenciada da anterior pela presença de depósitos calcificados ou lipídicos nas lesões neoateroscleróticas, em oposição à aparência homogênea do tecido reestenótico neointimal ( Figura 1 ). 17 , 18

Imagem de OCT de uma artéria coronária normal (A), aterosclerose de novo (B),reestenose intra-stent (C) e neoaterosclerose (D). Reestenose intra-stent é caracterizada por uma aparência homogênea do tecido reestenótico neointimal enquanto a neoaterosclerose apresenta depósitos lipídicos e calcificados intra-stent.

As lesões foram analisadas usando definições padrão, como sugerido em outros lugares. 18 - 21 O tecido lipídico foi definido como regiões de sinal pobre com bordas difusas mal definidas. O tecido fibroso foi definido como uma região com alto retroespalhamento e um sinal relativamente homogêneo. Depósitos calcificados foram identificados como estruturas sem sinal ou heterogêneas com bordas bem delineadas. O arco de cálcio foi medido no quadro com maior extensão de depósito calcário. Os macrófagos foram identificados pela presença de imagens pontilhadas ricas em sinal, distintas ou confluentes excedendo a intensidade do salpicado de fundo ( Figura 2A ); o acúmulo de macrófagos foi classificado usando uma pontuação de 0 a 4 em cada quadro e, em seguida, somado as graduações para toda a lesão. 20 A neovascularização foi definida como estruturas intraplacas sem sinal, sem conexão com o lúmen do vaso, medindo entre 50-300 µm e reconhecido em ≥ 3 quadros consecutivos ( Figura 2B ). 18 , 21 O volume de neovascularização foi calculado pela soma da área de neovascularização em cada quadro e, em seguida, aplicando a regra de Simpson. Tanto o acúmulo de macrófagos quanto o volume de neovascularização foram indexados pelo comprimento da placa, para permitir a comparação entre as lesões. Trombo foi definido como uma massa que se projeta no lúmen do vaso, tipicamente com contornos irregulares, descontínuo da superfície da parede do vaso ( Figura 3A ). Os fibroateromas de capa fina (FCF) foram definidos como uma região com arco lipídico máximo superior a 90° e espessura da capa <65 μm. A placa rôta foi definida pela presença de laceração da íntima, ruptura ou dissecção da capa ( Figura 3B ).

Imagens de OCT de infiltração de macrófagos e neovascularização. Os asteriscos brancos em A indicam imagens puntiformes ricas em sinal compatíveis com infiltração de macrófagos em imagens de OCT. As setas brancas em B indicam imagens intraplacas sem sinal compatíveis com neovascularização.

Imagens de OCT de trombo e placa rota. Os asteriscos brancos indicam trombo (A) e a seta branca indica ruptura da placa (B).

As análises OCT quantitativas off-line utilizaram um pacote de software dedicado (QIvus 3.0, Medis Medical, Holanda). Os parâmetros quantitativos incluíram o comprimento da placa, a área de secção transversal luminal mínima (AST) e a estenose luminal máxima (AST mínima ÷ média [distal e proximal] lúmen de referência AST). Para lesões intra-stent, a área neointimal (Stent AST menos lúmen AST) e a espessura neointimal (medida perpendicularmente da haste do stent ao lúmen) também foram calculadas.

 Análise estatística

As análises estatísticas foram realizadas usando SPSS 26.0 (IBM Corp. Armonk, NY, EUA). As variáveis categóricas são apresentadas como contagens e frequências e foram analisadas pelo teste de Qui-quadrado ou teste exato de Fisher quando apropriado. Para testar a normalidade de distribição, nós realizamos o teste Shapiro-Wilks. Variáveis contínuas não apresentaram distribuição normal, entretanto, seus resultados são apresentados como mediana e intervalo interquartil (IQR). Nós usamos o teste não paramétrico Kruskall-Wallis para comparações múltiplas. Quando necessário, comparações emparelhadas foram realizadas utilizando a abordagem por Dunn-Bonferroni. O nível de significância < 0.05 foi adotado como estatisticamente significante.

 Resultados

110 pacientes com 123 lesões tiveram pelo menos uma OCT de boa qualidade que mostrou uma lesão por inteiro antes de qualquer manipulação intervencionista e compuseram a população do presente estudo. A maioria dos pacientes eram do sexo masculino, acima de 60 anos, com múltiplos fatores de risco para doença arterial coronariana e apresentando síndrome coronariana aguda (SCA) na admissão hospitalar ( Tabela 1 ).

Características clínicas e demográficas (n=110 pacientes)
Sexo masculino 88 (80,0)
Idade, anos 63 (56 – 71)
Hipertensão 75 (68,2)
Diabetes 33 (30,0)
Dislipidemia 90 (81,8)
Tabagismo (atual ou prévio) 61 (55,5)
História familiar de DAC 60 (54,5)
Síndrome coronária aguda 69 (62,7)

Números são calculados (porcentagem) ou mediana (intervalo interquartil). DAC: doença arterial coronariana.

Na Tabela 2 , nós apresentamos as características de acordo com o tipo de placa. A maioria das características foram diferentes entre os grupos. A neovascularização foi encontrada em 65,8% dos de novo , 10,3% na reestenose e 94,4% na neoaterosclerose (p<0,01 para todos) ( Tabela 2 ). Assim, o volume de neovascularização foi diferente entre os tipos de lesão (950 vs. 0 vs. 6.220, respectivamente [valores medianos em 1000 x µm 3 /mm]; p < 0,01 para todos), sendo significativamente maior na neoaterosclerose e menor na reestenose ( Figura 4 ).

Características da OCT em lesões <italic>de novo,</italic> neoíntima e neoaterosclerose (n=121)
De novo (n=74) Reestenose intra-stent (n=29) Neoaterosclerose Intra-stent (n=18) p*
Calcificação 56 (75,7) - 10 (55,6) < 0,01
FCF 17 (23,3) - 7 (38,9) < 0,01
Ruptura de placa 10 (13,9) 0 7 (38,9) < 0,01
Trombo 9 (12,5) 0 4 (22,2) 0,03
Neovascularização 48 (65,8) 3 (10,3) 17 (94,4) < 0,01
Macrófago 71 (95,9) 2 (6,9) 18 (100) < 0,01
Extensão de placa, em mm 24,1 (17,2-36,8) 25,8 (18,0-33,0) 23,5 (17,8-29,0) 0,9
Luminal mínimo AST, mm 2 2,42 (1,64-3,51) 2,72 (1,77-4,52) 1,85 (1,35-3,18) 0,07
Luminal Max. de estenose, % 65,5 (54,8-74,6) 45,7 (33,1-63,0) 66,2 (53,9-76,2) <0,01
Max. IS tecido espessura, mm - 0,74 (0,59-0,98) 1,13 (0,95-1,34) < 0,01
Max. IS tecido AST, mm 2 - 3,54 (2,87-4,69) 4,96 (4,22-6,21) <0,01
Neovasc. vol., 1000 x µm 3 /mm 950 (0-3400) 0 (0-0) 6220 (1250-13430) < 0,01
Escore de macrófago 2,5 (0,9-4,9) 0,0 (0,0-0,0) 4,5 (3,1-7,3) < 0,01

Números são calculados (porcentagem) ou mediana (intervalo interquartil). AST: área de secção transversal; IS: intra-stent; ADA: artéria descendente anterior; ACX: artéria circunflexa; Max: máximo; Neovasc: neovascularização; ACD: artéria coronária direita; FCF: fibroateroma de capa fina; Vol: volume. *Valor de p para comparação geral entre os grupos.

Volume de neovascularização por tipo de lesão.

A presença de macrófagos diferiu entre as lesões (95,9% em de novo vs. 6,9% em reestenose vs. 100% em neoaterosclerose [p<0,01 para todos]). Além disso, a intensidade da infiltração macrofágica foi diferente entre os tipos de lesão (2,5 vs. 0,0 vs. 4,5, respectivamente [valores medianos do escore de macrófagos]; p<0,01 para todos) ( Figura 5 ), significativamente maior na neoaterosclerose e de novo aterosclerose e menor na reestenose ( Figura 5 ).

Escore de macrófagos por tipo de placa.

Quando comparados aos pacientes estáveis, pacientes com síndromes agudas tiveram maior presença de trombo (16,2 versus 2,4, p=0,029) e menor intensidade de infiltração de macrófagos (3,8 [1,2 – 5,9] versus 1,2 [0 – 3,6], p=0,008). Todos os outros achados de OCT (tipo de placa, presença de neovascularização, macrófagos, FCF, ruptura de placa e volume de neovascularização) não foram significativamente diferentes entre os grupos (p>0,05 para todos).

 Discussão

Nosso estudo comparou três diferentes causas de estenose coronária, a saber, lesões de novo , reestenóticas e neoateroscleróticas, e demonstrou diferenças marcantes entre elas em relação ao seu fenótipo inflamatório por OCT, avaliado pela presença e grau de acúmulo de macrófagos e neovasos intra-lesão.

A inflamação é o pilar para a compreensão desses três processos diferentes que causam estenose coronariana. A patogênese da aterosclerose coronariana nativa tem sido extensivamente investigada nas últimas décadas 2 e envolve múltiplas vias inflamatórias. No entanto, como o stent coronário é uma técnica um tanto recente, a reestenose intra-stent é uma entidade patológica que não existia anteriormente e ainda não é totalmente compreendida. Após a intervenção percutânea, ocorrem distúrbios do fluxo sanguíneo, migração e proliferação de células musculares lisas e fibroblastos para a íntima, causando deposição de matriz extracelular, colágeno, linfócitos e macrófagos. 4 , 8 , 22 Estímulo inflamatório contínuo causado pelas estruturas metálicas duradouras do stent também leva à reação de corpo estranho intra-placa, acelerando mudanças ateroscleróticas 23 e aumentando a presença de neovascularização. 21 Além disso, a maturação incompleta das células endoteliais devido a drogas anti-proliferativas liberadas pelos stents reduz a função de barreira normalmente executada pelo endotélio normal. 24 Tanto a presença aumentada de neovasos quanto o endotélio imaturo são provavelmente responsáveis por permitir um influxo acentuado de células inflamatórias no tecido neointimal. Ao contrário da aterosclerose do vaso nativo, que se desenvolve ao longo de décadas, 2 a neoaterosclerose é um processo aterosclerótico acelerado situado na parede do vaso anormalmente cicatrizado que pode ocorrer em poucos anos ou mesmo meses após o implante do stent, particularmente com stents farmacológicos. 5 Essas diferenças são observadas in vivo em nosso estudo, com a neoaterosclerose apresentando volumes de neovascularização e densidade de macrófagos significativamente maiores indicando uma alta atividade inflamatória nestas placas.

Acredita-se que a reestenose intra-stent devido à hiperplasia neointimal esteja limitada a um determinado período de tempo após o implante do stent 25 e foi geralmente considerada um evento um tanto benigno e estável, não frequentemente relacionado a eventos coronarianos agudos. 26 Mais recentemente, no entanto, tem sido observado que a reestenose intra-stent pode se apresentar como síndrome coronariana aguda em mais de 50% dos casos. 27 A neoaterosclerose provavelmente se desenvolve sobre a hiperplasia neointimal, 21 após modificações da placa infiltrada por lipídios e macrófagos, os quais são associados à ruptura da placa e eventos coronarianos agudos . Nossa população de estudo refletiu tais características, com placas neoateroscleróticas sendo significativamente mais propensas à ruptura do que placas de novo e reestenóticas, além de apresentarem maior espessura neointimal e tamanhos de lúmen, o que pode ser resultado de tais modificações da placa.

Nosso estudo tem várias limitações. Trata-se de um estudo exploratório, observacional, retrospectivo, com uma população altamente selecionada de indivíduos com alta carga de fatores de risco cardiovascular e doença arterial coronariana, e a maioria de nossa população (62,7%) foi composta por pacientes internados no hospital com síndromes coronarianas agudas. Assim, não é possível extrapolar esses achados para outros contextos clínicos. Além disso, pacientes com síndromes coronarianas agudas apresentaram baixos níveis de ilfiltração de macrófagos em nossa amostra. Este achado pode ser explicado pelo fato que pacientes agudos apresentaram significativamente mais trombos quando comparados aos pacientes estáveis tornando impossível em muitos casos o acesso à infiltração macrofágica nestas regiões. Embora com ausência de informações a respeito do tempo entre a inserção dos stents e a imagem de OCT, sobre o período ou tipo de stents implantados, em nossa opinião isso não prejudicou a interpretação de nossos achados, uma vez que estávamos analisando apenas as características da placa.

Não obstante, este é suposto ser um estudo gerador de hipóteses. A neoaterosclerose é uma importante causa de falência tardia do stent não reduzida com o uso de stents farmacológicos e tem impacto direto nos resultados das intervenções percutâneas coronarianas. 28 Fatores de risco como dislipidemia,tabagismo e filtração glomerular reduzida, todos fatores que regulam a inflamação sistêmica, estão associados com altos índices de neoaterosclerose. 29 , 30 Além disso, a inflamação por si só tem sido associada ao aumento do risco cardiovascular. 2 Novas evidências surgiram comprovando in vivo que a modulação da resposta inflamatória e controle dos fatores de risco podem reduzir as taxas de eventos cardiovasculares maiores 7 e reduzir o volume da placa aterosclerótica. 31 No entanto, esses efeitos ainda não foram comprovados nas reduções das taxas de hiperplasia neointimal e neoaterosclerose. Em publicação recente, 32 Hashikata et al. demonstraram que o uso de empaglifozina reduziu a hiperplasia neointimal em 12 meses em pacientes diabéticos quando comparado à terapia padrão de redução de glicose. As médias de espessura, volume e porcentagem neointimal foram significativamente menores no grupo empaglifozina. Curiosamente, essa redução foi independente de níveis reduzidos de glicose, sugerindo um possível mecanismo subjacente multifatorial. Atualmente, o estudo HUYGENS 33 incluiu pacientes com quadro de infarto do miocárdio sem supradesnivel do segmento ST que foram tratados com evolucumab ou placebo além de agressiva terapia com estatinas por 52 semanas e submetidos a procedimentos seriados de imagem com OCT e ultrasson intra-vascular. O grupo evolucumab atingiu um menor nível de LDL- colesterol e os achados de imagem incluiram um maior aumento da espessura da capa fibrosa, diminução do arco lipídico e redução da placa. Uma redução mais intensa do perfil lipídico com um precoce acréscimo do inibidor de PCSK9 às estatinas após um IAMSSST produz estabilização e regressão da aterosclerose coronária. A melhora dos resultados clínicos atingidos com níveis muito reduzidos de LDL-colesterol associado a mudanças no fenótipo da placa, prepara o caminho para estas novas opções de redução do perfil lipídico tornarem-se uma perspectiva na prevenção da neoaterosclerose intra-stent. Além disso, esforços estão sendo feitos na produção de stents com novas estruturas absorvíveis 34 e melhor liberação de drogas para modular a resposta tecidual, 35 permitindo assim uma regeneração endotelial mais fisiológica e reduzindo o substrato que origina a neoaterosclerose.

Até onde sabemos, este é o primeiro estudo comparando diretamente a inflamação da placa de aterosclerose de vasos nativos com hiperplasia neointimal e neoaterosclerose utilizando OCT. Em nosso entendimento, esses achados reforçam a importância da inflamação na patogênese da falência do stent, sugerindo que o futuro da ICP provavelmente está no fino ajuste da resposta tecidual não deixando para trás uma pegada metálica.

Estudos prospectivos adicionais com terapia lipídica agressiva, rígido controle da pressão arterial e glicemia, abandono do tabagismo e controle da inflamação podem modificar a evolução da neoaterosclerose.

 Conclusões

Em resumo, quando comparados usando OCT , de novo aterosclerose, reestenose intra-stent e neoaterosclerose intra-stent apresentaram fenótipos inflamatórios marcadamente diferentes (ou seja, volume de neovasos e quantificação de macrófagos).

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Vinculação acadêmica

Este artigo é parte do projeto de pós-doutorado de Luiz Fernando Pinheiro pelo Hospital Israelita Albert Einstein.

Aprovação ética e consentimento informado

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Hospital Israelita Albert Einstein sob o número de protocolo 3.722.061. Todos os procedimentos envolvidos nesse estudo estão de acordo com a Declaração de Helsinki de 1975, atualizada em 2013. O consentimento informado foi obtido de todos os participantes incluídos no estudo.

Fontes de financiamento: O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

 Original Article Inflammatory Phenotype by OCT Coronary Imaging: Specific Features Among De Novo Lesions, In-Stent Neointima, and In-Stent Neo-Atherosclerosis Pinheiro Luiz Fernando M 1 * 0000-0002-5705-4865 Garzon Stefano 1 2 * Mariani José Jr. 1 2 Prado Guy F. Almeida 1 Caixeta Adriano Mendes 1 3 Almeida Breno Oliveira 1 Lemos Pedro Alves 1 2 Brazil Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, SP – Brazil Brazil Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo, SP – Brazil Brazil Universidade Federal de São Paulo – Escola Paulista de Medicina, São Paulo, SP – Brazil Mailing Address Luiz Fernando Pinheiro • Hospital Israelita Albert Einstein – Av. Albert Einstein, 627. Postal code 05652-900, São Paulo, SP – Brazil E-mail: luizfmpinheiro34@gmail.com

The authors contributed equally to this work.

Author Contributions

Conception and design of the research: Pinheiro LF, Garzon S, Mariani J, Caixeta AM, Lemos PA; Acquisition of data and Analysis and interpretation of the data: Pinheiro LF, Garzon S, Mariani J, Prado GA, Caixeta AM, Almeida BO, Lemos PA; Statistical analysis: Pinheiro LF, Garzon S, Prado GA, Caixeta AM, Lemos PA; Writing of the manuscript and Critical revision of the manuscript for important intellectual contente: Pinheiro LF, Garzon S, Lemos PA.

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

 Abstract Background

Coronary stenosis can be caused de novo atherosclerosis, in-stent restenosis, and in-stent neoatherosclerosis, three entities that develop from a diverse pathophysiological milieu.

 Objective

This study aims to investigate, using optical coherence tomography (OCT), whether or not coronary lesions related to these processes differ in their local inflammatory profile.

 Methods

Retrospective analysis of patients with diagnosed or suspected coronary lesions who had undergone OCT imaging for clinical reasons. Macrophage and intra-plaque neovascularization were assessed by OCT and used as surrogates of local inflammation. A significance level of < 0.05 was adopted as statistically significant.

 Results

From the 121 lesions, 74 were de novo, 29 were restenosis, and 18 were neoatherosclerosis. Neovascularization was found in 65.8% of de novo, 10.3% in restenosis, and 94.4% in neoatherosclerosis (p<0.01 for all). The volume of neovascularization was different among lesion types (950 vs. 0 vs. 6220, respectively [median values in 1000 x µm3/mm]; p<0.01 for all), which were significantly higher in neoatherosclerosis and lower in restenosis. The presence of macrophages differed among the lesions (95.9% in de novo vs. 6.9% in restenosis vs. 100% in neoatherosclerosis [p<0.01 for all]). Moreover, the intensity of macrophagic infiltration was different among lesion types (2.5 vs. 0.0 vs. 4.5, respectively [median values of macrophage score]; p<0.01 for all), significantly higher in neoatheroscleosis and lower in restenosis.

 Conclusion

When compared using coronary OCT, de novo atherosclerosis, in-stent restenosis, and neoatherosclerosis presented markedly different inflammatory phenotypes.

 Coronary Restenosis Atherosclerosis Stents Introduction

Coronary atherosclerotic disease is a ubiquitous cause of morbimortality worldwide, frequently treated with stent implantation. However, it is well known that re-narrowing of the lumen of the stent may occur within the first months following percutaneous intervention, a phenomenon referred to as restenosis.1 Both entities (i.e. de novo atherosclerosis and in-stent restenosis) originate from markedly distinct pathogenetic mechanisms. Atherosclerotic plaque formation is a complex, multifactorial, long-lasting condition modulated by multiple systemic and local risk factors.2 On the other hand, in-stent restenosis is secondary to neointimal tissue growth, a vascular healing response triggered by vessel injury following device implantation.3 , 4 More recently, neoatherosclerosis has been described as another distinct cause of in-stent lumen narrowing. It is largely believed to be an accelerated form of atherosclerotic plaque formation probably induced by a sustained local tissular response to the stent metallic scaffold itself.5 The accumulation of inflammatory cells has been described as a central event for the development of de novo atherosclerosis2 , 6 , 7 and in-stent restenosis,8 as well as for neo-atherosclerosis.9 Local inflammation is believed to be an integral part of those conditions, functioning as the decisive step through which the vessel wall is dynamically modified as the pathologic process progresses. To date, however, it has been poorly described whether inflammatory profiles do vary according to the underlying type of condition, and if the potential differences can be assessed by clinical tools. Intravascular optical coherence tomography (OCT) provides in vivo near histology-level imaging,10 which has been largely used to investigate patients with coronary artery disease.11 - 13 In addition to quantitatively measuring dimensional parameters, OCT has been validated as a tool to assess qualitative characteristics of the vessel wall, such as tissue type components, plaque accidents, and thrombus formation.11 , 12 Also importantly, OCT has been shown to accurately detect macrophage infiltration10 , 14 and intra-wall neovessel formation,15 two features associated with subjacent local inflammation. The present study aims at investigating whether atherosclerosis, in-stent restenosis, and neo-atherosclerosis differ in their inflammatory phenotype (i.e., macrophage and neovessel presence and quantity) as assessed by OCT imaging.

 Methods Patient selection

We conducted a search in our institution’s database for patients who had undergone coronary OCT in native coronary arteries for clinical indications, between January of 2012 and December of 2019. All OCT runs from every patient were revised, and selected for final analysis if presenting: i) one or more de novo atherosclerotic lesions (defined as a plaque arc ≥ 180°), or ii) one or more lesions in a previously implanted stent (defined as at least 300 µm of in-stent tissue thickness). Lesions in the same vessel were considered discrete, and counted as such, if separated by a normal segment longer than 10 mm. Lesions at the stent edges (5-mm proximal or distal) were not included for analysis. Also, the present report only included lesions which OCT examination was performed prior to any intervention. This study was approved by the local ethics committee and is in accordance with the Declaration of Helsinki.

 Image acquisition and analysis

Image acquisition was performed using standard techniques, during injection of contrast media as described elsewhere,16 using a frequency-domain OCT system (C7 or Ilumien OPTIS system, C7 DragonFly or DragonFly II imaging catheters, St. Jude Medical, St. Paul, MN).

Two independent reviewers blinded to any clinical information performed the evaluations of all OCT images. Any disagreement between the reviewers was resolved by consensus. Lesions were classified as de novo , in-stent restenosis, or in-stent neoatherosclerosis. The latter in-stent lesion was differentiated from the former by the presence of calcific or lipidic deposits in neoatherosclerotic lesions, as opposed to the homogenous appearance of the neointimal restenotic tissue ( Figure 1 ).17 , 18

OCT images of a normal coronary artery (A), de novo atherosclerosis (B), in-stent restenosis (C) and neoatherosclerosis (D). In-stent restenosis is characterized by the homogenous appearance of the neointimal restenotic tissue, while neoatherosclerosis presents in-stent lipidic and calcific deposits.

Lesions were analyzed using standard definitions, as suggested elsewhere.18 - 21 Lipid tissue was defined as signal-poor regions with poorly defined, diffuse borders. Fibrous tissue was defined as a region with high backscattering and a relatively homogeneous signal. Calcific deposits were identified as signal-poor or heterogeneous structures with sharply delineated borders. The arc of calcium was measured at the frame with the largest extension of calcific deposit. Macrophages were identified by the presence of signal-rich, distinct, or confluent punctate images exceeding the intensity of background speckle noise ( Figure 2A ); macrophage accumulation was graded using a score from 0 to 4 in each frame and then summed the gradings for the whole lesion.20 Neovascularization was defined as no-signal, intra-plaque structures without connection to the vessel lumen measuring between 50-300 µm and recognized in ≥ 3 consecutive frames ( Figure 2B ).18 , 21 The volume of neovascularization was calculated by summing the area of neovascularization in each frame and then applying Simpson’s rule. Both macrophage accumulation and volume of neovascularization were indexed by plaque length, to allow for comparison among lesions. Thrombus was defined as a mass protruding into the vessel lumen, typically with irregular contours, discontinuous from the surface of the vessel wall ( Figure 3A ). Thin-cap fibroatheromas (TCFA) were defined as a region with maximal lipid arc more than 90°and cap thickness <65 μm. Ruptured plaque was defined by the presence of intimal tearing, disruption, or dissection of the cap ( Figure 3B ).

OCT images of macrophage infiltration and neovascularization. The white asterisks in A indicate signal-rich, punctate images compatible with macrophage infiltration in OCT images. The white arrows in B indicate no-signal, intra-plaque images compatible with neovascularization.

OCT images of thrombus and ruptured plaque. The white asterisks indicate thrombus (A) and the white arrow indicates plaque rupture (B).

Off-line quantitative OCT analyses utilized a dedicated software package (QIvus 3.0, Medis Medical, The Netherlands). Quantitative parameters included plaque length, minimal luminal cross-sectional area (CSA), and maximal luminal stenosis (minimal CSA ÷ mean [distal and proximal] reference lumen CSA). For in-stent lesions, neointimal area (stent CSA minus lumen CSA) and neointimal thickness (measured perpendicularly from stent strut to lumen) were also calculated.

 Statistical analysis

Statistical analyses were performed using SPSS 26.0 (IBM Corp. Armonk, NY, USA). Categorical variables are presented as counts and frequencies and were analyzed using Chi-square or Fisher’s exact test when appropriate. To test the normality of distribution, we performed a Shapiro-Wilks test. Continuous variables did not present normal distribution; therefore, their results are presented as median and interquartile range (IQR). We used the non-parametric Kruskall-Wallis test for multiple comparisons. When needed, pairwise comparisons were performed using the Dunn-Bonferroni approach. A significance level of < 0.05 was adopted as statistically significant.

 Results

Out of a total of 499 patients found in our database, 110 patients had at least one good-quality OCT run that imaged an entire lesion prior to any interventional manipulation, and comprised the present study population. Most patients were males, over 60 years of age, with multiple risk factors for coronary artery disease and presenting with acute coronary syndrome (ACS) upon hospital admission ( Table 1 ).

Demographic and clinical characteristics (n=110 patients)
Males 88 (80.0)
Age, years 63 (56 – 71)
Hypertension 75 (68.2)
Diabetes 33 (30.0)
Hyperlipidemia 90 (81.8)
Smoking (current or former) 61 (55.5)
Family history of CAD 60 (54.5)
Acute coronary syndrome 69 (62.7)

Numbers are counts (percentage) or median (interquartile range). CAD: coronary artery disease.

In Table 2 , we present the characteristics among the different types of plaque. Most characteristics were different among the groups. Neovascularization was found in 65.8% of de novo , 10.3% in restenosis, and 94.4% in neoatherosclerosis (p<0.01 for all) ( Table 2 ). Accordingly, the volume of neovascularization was different among lesion types (950 vs. 0 vs. 6220, respectively [median values in 1000 x µm3 /mm]; p<0.01 for all), being significantly higher in neoatherosclerosis and lower in restenosis ( Figure 4 ).

OCT characteristics of de novo, neointimal, and neoatherosclerotic lesions (n=121)
De novo (n=74) In-stent restenosis (n=29) In-stent neoatherosclerosis (n=18) p*
Calcification 56 (75.7) - 10 (55.6) < 0.01
TCFA 17 (23.3) - 7 (38.9) < 0.01
Plaque rupture 10 (13.9) 0 7 (38.9) < 0.01
Thrombus 9 (12.5) 0 4 (22.2) 0.03
Neovascularization 48 (65.8) 3 (10.3) 17 (94.4) < 0.01
Macrophage 71 (95.9) 2 (6.9) 18 (100) < 0.01
Plaque length, in mm 24.1 (17.2-36.8) 25.8 (18.0-33.0) 23.5 (17.8-29.0) 0.9
Minimal luminal CSA, mm2 2.42 (1.64-3.51) 2.72 (1.77-4.52) 1.85 (1.35-3.18) 0.07
Max. luminal stenosis, % 65.5 (54.8-74.6) 45.7 (33.1-63.0) 66.2 (53.9-76.2) <0.01
Max. IS tissue thickness, mm - 0.74 (0.59-0.98) 1.13 (0.95-1.34) < 0.01
Max. IS tissue CSA, mm2 - 3.54 (2.87-4.69) 4.96 (4.22-6.21) <0.01
Neovasc. vol., 1000 x µm3/mm 950 (0-3400) 0 (0-0) 6220 (1250-13430) < 0.01
Macrophage score 2.5 (0.9-4.9) 0.0 (0.0-0.0) 4.5 (3.1-7.3) < 0.01

Numbers are counts (percentage) or median (interquartile range). CSA: cross sectional area; IS: in-stent; LAD: left anterior descending artery; LCx: left circumflex artery; Max: maximal; Neovasc: neovascularization; RCA: right coronary artery; TCFA: Thin-cap fibroatheroma; Vol: volume. *P-value for the overall comparison among the groups.

Neovascularization volume by lesion type.

The presence of macrophages differed among the lesions (95.9% in de novo vs. 6.9% in restenosis vs. 100% in neoatherosclerosis [p<0.01 for all]). Also, the intensity of macrophagic infiltration was different among lesion types (2.5 vs. 0.0 vs. 4.5, respectively [median values of macrophage score]; p<0.01 for all) ( Figure 5 ), significantly higher in neoatheroscleosis and lower in restenosis ( Figure 5 ).

Macrophage score by plaque type.

When compared to stable patients, acute patients had more thrombus (16.2% versus 2.4%, p = 0.029) and lower intensity of macrophage infiltration (3.8 [1.2 – 5.9] versus 1.2 [0 – 3.6], p = 0.008). All other OCT features (plaque type; presence of neovascularization, macrophage, TCFA and plaque rupture; and volume of neovascularization) were not significantly different between the groups (p > 0.05 for all).

 Discussion

Our study compared three different causes of coronary narrowing, namely de novo, restenotic and neoatherosclerotic lesions, and demonstrated marked differences among them in relation to their inflammatory phenotype by OCT, assessed by the presence and degree of macrophage accumulation and intra-lesion neovessels.

Inflammation is the cornerstone for understanding these three different processes that cause coronary stenosis. Pathogenesis of native coronary atherosclerosis has been extensively investigated in the last decades2 and involves multiple inflammatory pathways. However, since coronary stenting is a somewhat recent technique, in-stent restenosis is a pathological entity that did not exist previously and is not entirely understood yet. Following percutaneous intervention, blood flow disturbances, migration and proliferation of smooth muscle cells and fibroblasts into the intima ensues, causing deposition of extracellular matrix, collagen, lymphocytes and macrophages.4 , 8 , 22 Continuous inflammatory stimulus caused by the enduring metallic structures of the stent also leads to intra-plaque foreign-body reaction, accelerating atherosclerotic changes23 and increasing the presence of neovascularization.21 Also, incomplete maturation of endothelial cells due to the anti-proliferative drugs eluted by the stents impairs the barrier function usually carried out by the normal endothelium.24 Both increased neo-vessel presence and immature endothelium are likely responsible for allowing a steep inflow of inflammatory cells into the neointimal tissue. Unlike native vessel atherosclerosis, that develops over decades,2 neoatherosclerosis is an accelerated atherosclerotic process set in an abnormally healed vessel wall that can occur in a few years or even months following stent implantation, particularly with drug-eluting stents.5 These differences are observed in vivo in our study, with neoatherosclerosis presenting significantly larger neovascularization volumes and macrophage density when compared to both de novo and restenotic lesions.

In-stent restenosis due to neointimal hyperplasia is believed to be limited to a certain timeframe following stent implantation25 and was generally considered to be a somewhat benign, stable event, not frequently related to acute coronary events.26 More recently, however, it has been observed that in-stent restenosis may present as acute coronary syndrome in more than 50% of the cases.27 Neoatherosclerosis probably develops itself upon neointimal hyperplasia,21 following plaque modifications that infiltrate lipids and macrophages, which are associated with plaque rupture and acute coronary events. Our study population reflected such characteristics, with neoatherosclerotic plaques being significantly more prone to rupture than de novo and restenotic plaques, as well as presenting larger neointimal thickness and lumen sizes, which can be the result of such plaque modifications.

Our study has several limitations. It is an exploratory, observational, retrospective study, with a highly selected population of individuals with a high burden of cardiovascular risk factors and coronary artery disease, and most of our population (62.7%) was comprised of patients admitted to the hospital with acute coronary syndromes. Accordingly, it is not possible to extrapolate these findings to other clinical settings. Also, patients with acute coronary syndromes presented lower levels of macrophage infiltration in our sample. This finding may be explained by the fact that acute patients had significantly more thrombus when compared to stable patients, thus hindering the assessment of macrophage infiltration in these regions impossible in most cases. Although we had no information regarding the age or type of the stents implanted, in our opinion this was not detrimental to the interpretation of our findings, considering we were solely analyzing plaque characteristics.

Notwithstanding, this is supposed to be a hypothesis-generating study. Neoatherosclerosis is an important cause of late stent failure not reduced with the use of drug eluting stents and has a direct impact on the outcomes of coronary percutaneous interventions.28 Risk factors such as hyperlipidemia, smoking and impaired renal function, all of which up-regulate systemic inflammation, have been associated with higher rates of neoatherosclerosis.29 , 30 Additionally, inflammation by itself has been linked with increased cardiovascular risk.2 New evidence has emerged proving in vivo that modulation of the inflammatory response and risk factors control can reduce the rates of major cardiovascular events7 and reduce atherosclerotic plaque volume.31 Nonetheless, these effects are yet to be proven to reduce neointimal hyperplasia and neoatherosclerosis rates. In a recent article,32 Hashikata et al. demonstrated that the use of empaglifozin reduced neointimal hyperplasia at 12 months in diabetic patients when compared to standard glucose-lowering therapy. Mean neointimal thickness, volume and percentage were significantly lower in the empaglifozin group. Interestingly, this reduction was independent of lower glucose levels, suggesting a possible multi-factorial underlying mechanism. The current HUYGENS trial33 included patients with non-ST segment elevation myocardial infarction who were treated with evolocumab or placebo in addition to intensive statin therapy for 52 weeks and underwent serial OCT and intravascular ultrasound imaging. The evolocumab group achieved lower LDL-C levels and imaging features that included a greater increase in minimum fibrous cap thickness, decrease in maximum lipid arc and plaque regression. More intensive lipid lowering with early addition of a PCSK9 inhibitor to statins after a NSTEMI produces stabilization and regression of coronary atherosclerosis. The improved clinical outcomes achieved with very low LDL-C levels associated with changes in plaque phenotype pave the way for these new lipid-lowering options become a perspective to prevent intra-stent neoatherosclerosis. Also, efforts are being made to produce stents with novel absorbable scaffolds34 and better drug delivery to modulate tissular response,35 thus allowing a more physiologic endothelial regeneration and reducing the substrate that originates neoatherosclerosis.

To the best of our knowledge, this is the first study directly comparing plaque inflammation of native vessel atherosclerosis with neointimal hyperplasia and neoatherosclerosis using OCT. In our understanding, these findings stress the importance of inflammation in the pathogenesis of stent failure, suggesting that the future of PCI probably lies in fine-tuning tissular response and not leaving a metallic footprint behind.

Further prospective studies with aggressive lipid-lowering therapy, blood pressure and glucose control, smoking cessation, and control of inflammation may modify the evolution of neoatherosclerosis.

 Conclusions

In summary, when compared using OCT, de novo atherosclerosis, in-stent restenosis and in-stent neoatherosclerosis presented markedly different inflammatory phenotypes (i.e., neovessel volume and macrophage quantification).

Study Association

This article is part of the project of a postdoctoral submitted by Luiz Fernando Pinheiro, from Hospital Israelita Albert Einstein.

Ethics approval and consent to participate

This study was approved by the Ethics Committee of the Hospital Israelita Albert Einstein under the protocol number 3.722.061. All the procedures in this study were in accordance with the 1975 Helsinki Declaration, updated in 2013. Informed consent was obtained from all participants included in the study.

Sources of Funding: There were no external funding sources for this study.