Kontrastmittelgestützte zelluläre MRT zum Therapiemonitoring bei Knorpelersatztherapien
Final Report Abstract
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte auf dem Gebiet des Tissue Engineerings mit Stammzelltransplantaten gemacht. Ein vielversprechender Ansatz ist die Regeneration von krankem Gelenkknorpel mit mesenchymalen Stammzellen. Zur Testung neu entwickelter Therapieansätze sind in vivo-Modelle notwendig. Eine bildgebende Kontrolle während der Testung und auch während späterer klinischer Anwendungen ist zum Therapiemonitoring wichtig. Klassische Kleintiermodelle wie Maus und Ratte sind hier nicht suffizient, weil Operationstechniken gegensätzlich zur klinischen Realität zu mikrochirurgischen Eingriff modifiziert werden müssen und weil die Bildauflösung beim Therapiemonitoring zur Darstellung winziger Strukturen oft nicht ausreicht. Großtiermodelle wie Schwein und Pferd sind zu aufwändig und kostspielig. Das im Rahmen der Projektarbeit entwickelte intermediäre Tiermodell am New Zealand White Rabbit schließt diese Lücke. Es wurden Protokolle zur Etablierung von Primärkulturen von Chondrozyten und von mesenchymalen Stammzellen entwickelt. Die Zellen wurden zur histopathologischen Kontrolle mit eGFP transduziert. Zudem wurden Zellmarkierungstechniken mit verschiedenen eisenhaltigen Kontrastmitteln und mit dem Fluoreszenzfarbstoff DiR etabliert und erstmalig die Kombination von Resovist mit Dreamfect Gold getestet. Nach Optimierung der Protokolle nehmen die Zellen durch die Markierung keinen Schaden und differenzieren erfolgreich in Knorpelgewebe. Der Kontrastmitteleffekt wurde in vitro und in vivo bei 3T und bei 7T nachgewiesen. Die Sensitivität und die Bildqualität am zur Verfügung stehenden MR-Systems war eingeschränkt, daher wurde das etablierte Tiermodell auch an optischen Bildgebungsmethoden getestet. Hierzu wurden die neuartigen optisch-tomographischen Techniken der Fluoreszierenden Molekularen Tomographie (FMT) und der Multispektralen Optoakustischen Tomographie (MSOT) verwendet. Diese Methoden zeigten eine sehr hohe Sensitivität für die markierten Zellen in Kombination mit einer guten anatomischen Darstellung durch die schnittbildgebende Komponente. Die publizierten Ergebnisse und die Präsentationen auf Kongressen fanden gute Resonanz in der Fachwelt und es besteht Interesse an der Testung des Tiermodells seitens anderer Arbeitsgruppen. Ein mögliches Anschlussprojekt ist die Fortführung der optischen Bildgebung im in vivo-Setting.
Publications
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Matrix-assisted Autologous Chondrocyte Transplantation for Remodeling and Repair of Chondral Defects in a Rabbit Model, J Vis Exp, 2013 May 21; (75)
Berninger MT, Wexel G, Rummeny EJ, Imhoff AB, Anton M, Henning TD, Vogt S
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Treatment of Osteochondral Defects in the Rabbit’s Knee Joint by Implantation of Allogeneic Mesenchymal Stem Cells in Fibrin Clots, J Vis Exp, 2013 May 21; (75)
Berninger MT, Wexel G, Rummeny EJ, Imhoff AB, Anton M, Henning TD, Vogt S
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Detection of intramyocardially injected DiR-labeled mesenchymal stem cells by optical and optoacoustic tomography, Photoacoustics, 2017 May 4;6:37-47
Berninger MT, Mohajerani P, Wildgruber M, Beziere N, Kimm MA, Ma X, Haller B, Fleming MJ, Vogt S, Anton M, Imhoff AB, Ntziachristos V, Meier R, Henning TD
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Fluorescence molecular tomography of DiR-labeled mesenchymal stem cell implant for osteochondral defect repair in rabbit knees, Eur Radiol, 2017 Mar; 27 (3):1105-13
Berninger MT, Mohajerani P, Kimm M, Masius S, Ma X, Wildgruber M, Haller B, Anton M, Imhoff AB, Ntziachristos V, Henning TD, Meier R
