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Magnetresonanztomographie

Bioimaging: MRT-Kontrastmittel in biologischem Gewebe visualisieren

| Autor/ Redakteur: Julian Elm*, Rebecca Buchholz**, Dr. Fabian Lohöfer***, Dr. Michael Sperling****, Prof. Dr. Moritz Wildgruber***** / Dr. Ilka Ottleben

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine weit gebräuchliche bildgebende Technik in der täglichen klinischen Diagnostik – auch beim Herzinfarkt . Mit verschiedenen Kontrastmitteln, etwa durch solche auf Gadolinium-Basis, lässt sich deren Aussagekraft noch steigern. Neue, spezifische Präparate sind in der Erforschung. Dabei helfen ICP- sowie MALDI-MS mit Laserablation.

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Abb. 1: H&E-Färbung der Sektion eines Mausherzens. (Ausschnitt)
Abb. 1: H&E-Färbung der Sektion eines Mausherzens. (Ausschnitt)
(Bild: Uniklinik Münster)

Um Weichteile und Organe beispielsweise von Infarktpatienten zu untersuchen, eignet sich besonders die Magnetresonanztomographie (MRT). Sehr häufig erfolgt eine MRT-Untersuchung ohne Kontrastmittelbeigabe. Bei bestimmten Fragestellungen ist jedoch eine Gabe von Kontrastmitteln erforderlich. Der Medizin steht hierfür eine Vielzahl an verschiedenen Präparaten zur Verfügung.

Durch ihre hervorragenden paramagnetischen Eigenschaften aufgrund von fünf oder sieben ungepaarten Elektronen, werden meist Substanzen mit Fe3+, Mn2+ oder Gd3+ verwendet. Da Gadolinium-Ionen in der freien Form toxisch wirken, wird Gd3+ als Komplex mit Aminocarbonsäure verabreicht. Die meisten gadoliniumbasierten Kontrastmittel (GBCAs) verteilen sich systemisch im Körper.

Seit einigen Jahren mehren sich die Berichte, dass die (wiederholte) Gabe gadoliniumbasierter Kontrastmittel mit Gesundheitsrisiken insbesondere für Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion verbunden sein kann (s. LP-Info-Kasten). Aufgrund der Wichtigkeit solcher Kontrastmittel für die bildgebende Diagnostik, werden zurzeit weitere spezifische GBCAs, wie Gadofluorine P, erforscht. Dabei sind ebenfalls Fragestellungen hinsichtlich Anlagerungen bzw. Verteilungen dieser Substanzen im Gewebe zu klären.

MRT-Diagnostik: Vorteile von Gadofluorine P als Kontrastmittel

Gadofluorine P besitzt eine hohe Affinität gegenüber der kollagenreichen extrazellulären Matrix (ECM), welche im Falle eines Myokardinfarkts, auch Herzinfarkt genannt, abgesondert wird. Diese Eigenschaft macht Gadofluorine P zu einem passenden Kontrastmittel in der MRT-Diagnostik von Myokardinfarkten.

Ergänzendes zum Thema
LP-Info: Gadoliniumbasierte Kontrastmittel in der Diskussion

Seit einigen Jahren mehren sich die Berichte, dass es bei niereninsuffizienten Patienten nach Gabe verschiedener Chelate des Gadoliniums, insbesondere Gd-DTPA, zur so genannten nephrogenen systemischen Fibrose kommen kann, bei der es zu einer krankhaften Vermehrung des Bindegewebes von Haut, Muskulatur und in inneren Organen kommt. Außerdem wird diskutiert, ob es durch die wiederholte Gabe von gadoliniumbasierten Kontrastmitteln zu Ablagerungen und Strukturschädigungen im Gehirn kommen kann. Dies ist jedoch noch nicht ausreichend untersucht. Eine möglichst detaillierte Erforschung von Nutzen und möglichen Risiken bestehender sowie neuer Kontrastmittel ist daher essentiell.

Bioimaging per Massenspektrometrie

Um eine Visualisierung der hier entstehenden Ansammlung von Gadofluorine P zu ermöglichen, kann auf die Kombination zweier komplementärer Massenspektrometrie-Bioimaging-Technologien zurückgegriffen werden. Zum einen werden durch die Laserablation mit induktiv gekoppelter Plasma- Massenspektrometrie (LA-ICP-MS) quantifizierte Bildaufnahmen auf Elementarebene mit hoher Ortsauflösung generiert, und weiterhin werden durch die Matrix-assistierte Laser-Desorption-Ionisation-Massenspektrometrie (MALDI-MS) die Ergebnisse auf molekularer Ebene validiert. Sie stellen weitere Informationen bereit, bezogen auf die Verteilung von beispielsweise Phospholipiden oder Komplexverbindungen wie Häm b.

Für die weitere Erforschung von Gadofluorine P sind die hier erforderlichen Tierstudien in der Forschungsgruppe von Prof. Moritz Wildgruber am Institut für Klinische Radiologie (Universitätsklinikum Münster) durchgeführt worden. Sechs Wochen nach dem indizierten Myokardinfarkt wurden die Mäuse mit Gadofluorine P-Lösung behandelt und einer MRT-Analyse unterzogen. Anschließend wurden die aus den Mäusen entnommenen Herzen schockgefroren.

Diese gefrorenen Präparate wurden für die weitere Probenvorbereitung zur gezielten MS-Bioimaging-Analyse mithilfe eines Kryomikrotoms in 10 µm dicke Sektionen geschnitten.

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Kalibrierung

Zur Bioimaging-Analyse mittels ­LA-ICP-MS wurden matrixangepasste Standards auf Gelatine-Basis für die externe Kalibrierung vorbereitet. Dabei sind die Gelatine-Standards (10% w/w) mit neun verschiedenen Konzentrationen im Bereich von 0 bis 5000 µg/g Gd gespiked worden. Ebenfalls wurden von diesen Gelatine-Standards Sektionen bzw. Schnitte mit einer Schichtdicke von 10 µm angefertigt.

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