Histological characteristics and clinical significance of fragile thrombus in endovascular thrombectomy for acute ischemic stroke

Abstract

Background and purposes: Fragile thrombi, which are prone to fragmentation during endovascular thrombectomy, pose significant challenges in achieving complete recanalization in patients with acute ischemic stroke. Fragmentation of these thrombi often results in distal migration, which complicates the procedure and reduces the likelihood of a successful outcome. Understanding the histological characteristics of thrombi that predispose them to fragility could provide insights into better management strategies for thrombectomy. This study investigated the relationship between thrombus fragility and its histological composition and evaluated the impact of this fragility on endovascular and clinical outcomes. Materials and methods: In this retrospective study, we included patients with acute ischemic stroke who underwent mechanical thrombectomy, from whom thrombi were successfully retrieved. The retrieved thrombi underwent immunohistochemical staining using antibodies specific to various markers, including erythrocytes, platelets, fibrin, lymphocytes, neutrophils, monocytes, tissue factors, neutrophil extracellular traps (NETs), and cathelicidin. The compositions of these thrombi were quantitatively analyzed using a semi-automated software to determine the fraction of each component. Thrombus fragility was defined as the occurrence of downstream occlusion due to thrombus fragmentation or the presence of multiple initial intracranial occlusions observed on conventional angiography. Results: This study included 310 patients, of whom 115 (37.1%) exhibited fragile thrombi. Through both univariable and multivariable analyses, atrial fibrillation (adjusted odds ratio [OR], 2.42; 95% confidence interval [CI], 1.08–5.41; P = 0.032) and a higher erythrocyte composition in the thrombus (adjusted OR, 1.19 per 5% increase in composition; 95% CI, 1.05–1.35; P = 0.006) were identified as independent predictors of thrombus fragility. Notably, patients with fragile thrombi were less likely to achieve complete recanalization (modified Thrombolysis In Cerebral Infarction [mTICI] grade 3; 32.2% vs. 80.0%; P < 0.001). Despite this, the overall rate of successful recanalization (mTICI grade 2b or 3) did not differ significantly between patients with fragile and non-fragile thrombi (90.4% vs. 93.8%; P = 0.268). Among those experiencing thrombus fragmentation, 61.0% initially achieved mTICI 2b, and subsequent thrombectomy attempts improved mTICI grade in 72.0% of these patients. Functional independence at 3 months post-procedure was similar between the two groups (40.9% for fragile thrombi vs. 45.6% for non-fragile thrombi; P = 0.413). Conclusion: This study found that a higher erythrocyte composition within a thrombus is independently associated with increased thrombus fragility. However, this fragility did not significantly affect the clinical outcomes despite the challenges posed by thrombus fragmentation during the procedure. These findings suggest that although thrombus composition can influence procedural difficulties, it does not necessarily predict long-term functional outcomes in patients. Future research should continue to explore strategies to manage thrombus fragility and optimize procedural success and patient recovery.

배경 및 목적: 급성 뇌혈관 폐색에 대한 혈전 제거술은 회수성 스텐트(stent retriever)와 같은 혈전 제거 도구와 혈전 간의 기계적 상호 작용을 근간으로 한다. 혈전의 조직학적 특성은 혈전의 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있는 주요한 요인이며, 임상적 관점에서 가장 직접적으로 관찰되는 혈전의 기계적 성질은 혈전의 분쇄 취약성(fragility)이다. 그럼에도 불구하고, 분쇄 취약 혈전(fragile thrombus) 대한 조직학적 특성과 그 임상적 의의는 잘 알려져 있지 않다. 이에 본 연구를 통해 혈전의 조직학적 구성이 혈전의 기계적 성질을 결정지을 것이라는 추정과 가설을 보다 임상적인 관점으로 확장하고자 하였다. 본 연구는 분쇄 취약 혈전이라는 꽤 흔한 임상적 현상에 대한 전(前)과 후(後)를 다루는 연구로, 혈전의 조직학적 구성과 분쇄 취약성과의 관계를 규명하고, 분쇄 취약 혈전과 시술 결과, 더 나아가 환자 예후에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 급성 뇌혈관 폐색으로 내원하여 혈전 제거술을 시행 받은 환자들을 후향적으로 분석하였다. 얻어진 혈전은 적혈구, 혈소판, 피브린, 림프구, 호중구, 단핵구, 조직인자, 호중구 세포외 덫(neutrophil extracellular trap), 그리고 카델리시딘(cathelicidin)의 총 9개 혈전 구성 성분에 대한 면역조직화학염색을 시행하였다. 각 혈전 성분은 자동화된 혈전 분석 소프트웨어를 이용해 정량적으로 계산하였는데, 전체 혈전에서 해당 구성 성분이 차지하는 비율(%)을 산출하였다. 분쇄 취약 혈전은 시술 중 혈관 촬영 소견을 이용하여 정의하였다. 회수성 스텐트 시술로 본 폐색 부위가 개통된 이후, 해당 혈관 영역에 원위부 분지 폐색(downstream occlusion)이 관찰되는 경우 분쇄 취약 혈전으로 정의하였다. 또한, 혈전 제거술 이전에 다발성 혈관 폐색이 관찰되는 경우도 분쇄 취약 혈전으로 정의하였다. 결과: 최종적으로 310명의 환자들을 분석하였으며, 분쇄 취약 혈전은 115명에게서 관찰되었다(37.1%). 다변수 분석 결과, 심방 세동과 혈전내 적혈구 조성(적혈구 5% 당 보정 오즈비 1.19; 95% 신뢰구간 1.05−1.35; P = 0.006)이 분쇄 취약 혈전에 대한 독립 인자였다. 분쇄 취약 혈전을 가진 경우 완전 재개통(complete recanalization; mTICI 3)을 얻는 비율은 유의하게 적었지만(32.2% ⟷ 80.0%; P < 0.001), 최종 재개통 성공(successful recanalization; mTICI 2b–3)에는 차이가 없었다(90.4% ⟷ 93.8%; P = 0.268). 회수성 스텐트에 의해 혈전 분쇄가 일어난 100명의 환자 중 61명(61.0%)은 혈전 분쇄에도 불구하고 이미 좋은 재개통 등급(mTICI 2b)을 보였다. 혈전 분쇄 이후 시도된 추가 혈전 제거 시술을 통해 72.0%의 환자에게서 재개통 등급의 호전이 관찰되었다. 혈전 분쇄 발생은 환자의 3개월 기능적 독립(수정랭킹척도 0−2)에는 특별한 영향을 미치지 못하였다(40.9% ⟷ 45.6%; P = 0.413). 결론: 특정 혈전 구성 성분은 혈전의 분쇄취약성과 관련이 있었으며, 특히 혈전 내 높은 적혈구 조성은 분쇄 취약 혈전과 독립적인 관련이 있었다. 혈전 분쇄에 의해 발생한 원위부 분지 폐색은 추가적인 혈전 제거 시술로 상당 부분 극복이 가능했다. 분쇄 취약 혈전과 시술 중 발생한 혈전 분쇄는 환자의 기능적 예후에 영향을 미치지는 않았다. 본 연구는 혈전 조성을 바탕으로 한 혈전의 기계적 및 임상적 특성에 대한 기초적 관점을 제시하였으며, 이는 효과적인 혈전 제거 치료 전략 수립에 중요한 치료적 토대가 될 수 있겠다.