Collateral flow as a predictor for angiogenesis in middle cerebral artery ischemic stroke

Abstract

Ischemic stroke is a complex condition which causes deaths and comorbidities in adult population around the world. Different mechanisms of vascular remodelling, such as collateralization and angiogenesis, may impact the functional outcome of the patient after suffering stroke. Collateral flow is an important intrinsic mechanism of immediate blood supply restoration to the ischemic penumbra while a major vessel is occluded. Good collateral flow is associated with improved final outcome at 3 months. During the subacute phase of stroke, angiogenesis takes place. Usually, an increased permeability of blood-brain barrier at this stage represents changes of vascular system that are due to the sprouting angiogenesis. Similar to collateralization at hyperacute phase, increased BBB permeability at subacute phase is associated with better clinical outcome. Molecular mechanisms that trigger these two processes overlap to a certain degree, which might indicate a direct connection between them. Furthermore, some studies in animal models and in patients have proved association between collateralization and angiogenesis.We performed a study of MCA stroke patients’ data retrospectively collected with different techniques, namely CTA and TCCD for collateral flow and DCE-MRI for angiogenesis. Considering the suggested interactions, we aimed to understand if collateral flow at hyperacute phase of stroke is associated with angiogenesis at subacute phase, and if one can be reliably used to predict the other.This work proved significant association between hyperacute collateralization and final outcome, as well as between subacute angiogenesis-related BBB permeability and final outcome. However, there was no direct association between the two vascular remodelling mechanisms. Considering these results, both mechanisms are important for stroke recovery. At the same time, there might be a more complex interaction that is not possible to detect in the current sample size.

O acidente vascular cerebral isquêmico é uma condição complexa que causa mortes e comorbidades na população adulta em todo o mundo. Diferentes mecanismos de remodelação vascular, como a collateralização e a angiogênese, podem afetar o resultado funcional do paciente após sofrer um AVC. O fluxo colateral é um mecanismo intrínseco importante de restauração imediata do suprimento sanguíneo para a penumbra isquêmica enquanto um vaso principal está obstruído. Um bom fluxo colateral está associado a um melhor desfecho final após 3 meses. Durante a fase subaguda do AVC, ocorre a angiogênese. Geralmente, um aumento na permeabilidade da barreira hematoencefálica nessa fase representa alterações no sistema vascular devido à angiogênese por brotamento. Assim como a collateralização na fase hiperaguda, a maior permeabilidade da barreira hematoencefálica na fase subaguda está associada a um melhor desfecho clínico. Os mecanismos moleculares que desencadeiam esses dois processos se sobrepõem em certa medida, o que pode indicar uma conexão direta entre eles. Além disso, alguns estudos em modelos animais e em pacientes demonstraram associação entre collateralização e angiogênese.Realizamos um estudo retrospectivo com dados de pacientes com AVC da artéria cerebral média coletados com diferentes técnicas, como CTA e TCCD para avaliar o fluxo colateral, e DCE-MRI para avaliar a angiogênese. Considerando as interações sugeridas, nosso objetivo foi compreender se o fluxo colateral na fase hiperaguda do AVC está associado à angiogênese na fase subaguda e se um pode ser usado de forma confiável para prever o outro.Este trabalho comprovou uma associação significativa entre a collateralização hiperaguda e o desfecho final, assim como entre a permeabilidade da barreira hematoencefálica relacionada à angiogênese na fase subaguda e o desfecho final. No entanto, não houve uma associação direta entre os dois mecanismos de remodelação vascular. Considerando esses resultados, ambos os mecanismos são importantes para a recuperação pós-AVC. Ao mesmo tempo, pode haver uma interação mais complexa que não é possível detectar no tamanho da amostra atual.