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Michalska M, Machtoub L, Manthey HD, Bauer E, Herold V, Krohne G, Lykowsky G, Hildenbrand M, Kampf T, Jakob P, Zernecke A, Bauer WR. Visualization of Vascular Inflammation in the Atherosclerotic Mouse by Ultrasmall Superparamagnetic Iron Oxide Vascular Cell Adhesion Molecule-1–Specific Nanoparticles. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2012; 32:2350-7. [DOI: 10.1161/atvbaha.112.255224] [Citation(s) in RCA: 65] [Impact Index Per Article: 5.4] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/09/2023]
Abstract
Objective—
Noninvasive imaging of atherosclerosis remains challenging in clinical applications. Here, we applied noninvasive molecular imaging to detect vascular cell adhesion molecule-1 in early and advanced atherosclerotic lesions of apolipoprotein E–deficient mice.
Methods and Results—
Ultrasmall superparamagnetic iron oxide particles functionalized with (P03011) or without (P3007) vascular cell adhesion molecule-1−binding peptide were visualized by ultra high-field (17.6 T) magnetic resonance. Injection of P03011 resulted in a marked signal loss in the aortic root of apolipoprotein E–deficient mice fed a Western diet for 8 and 26 weeks in vivo and ex vivo, compared with preinjection measurements, P3007-injected mice, and P03011- or P3007-injected age-matched C57BL/6 controls. Histological analyses revealed iron accumulations in the intima, in colocalization with vascular cell adhesion molecule-1−expressing macrophages and endothelial cells. Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy demonstrated iron signals in the intima and media of the aortic root in the P03011-injected but not untreated apolipoprotein E–deficient mice, localized to macrophages, luminal endothelial-like cells, and medial regions containing smooth muscle cells. Electron microscopy confirmed iron particles enclosed in endothelial cells and in the vicinity of smooth muscle cells.
Conclusion—
Using a combination of innovative imaging modalities, in this study, we demonstrate the feasibility of applying P03011 as a contrast agent for imaging of atherosclerosis.
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Affiliation(s)
- Marta Michalska
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Lina Machtoub
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Helga D. Manthey
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Elisabeth Bauer
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Volker Herold
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Georg Krohne
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Gunthard Lykowsky
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Markus Hildenbrand
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Thomas Kampf
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Peter Jakob
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| | - Alma Zernecke
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
| | - Wolfgang R. Bauer
- From the Experimentelle Physik V, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., V.H., G.L., T.K., P.J.); Medizinische Klinik und Poliklinik I, Universitätsklinik Würzburg, Würzburg, Germany (M.M., E.B., W.R.B.); Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Innsbruck Medical University, Innsbruck, Austria (L.M.); Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (H.D.M., A.Z.); Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Germany (G.K.); MRB Research Center
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