Abstract:
Zielsetzung: Ziel der vorliegenden Studie war es, zu untersuchen, ob die Optische
Bildgebung nach Injektion von ex vivo DiD markierten Leukozyten, in der Lage ist, eine
Entzündung der Synovialmembran in Ratten mit einer Antigen-induzierten Monoarthritis des
rechten Kniegelenkes aufzudecken. Die Optische Bildgebung wurde auf ihre Fähigkeit zur
Unterscheidung zwischen arthritischen und gesunden Kniegelenken und zwischen nichttherapierten
und Kortison-therapierten Kniegelenken untersucht. Folglich untersuchten wir die Möglichkeiten der Optischen Bildgebung, eine Rheumatoide Arthritis zu diagnostizieren
sowie die Möglichkeit zur Beurteilung eines Therapie-verlaufs.
Material und Methoden: 12 Versuchstiere wurden für die in vivo Studie in zwei Gruppen zu jeweils 6 Tieren unterteilt. Bei allen Ratten wurde eine monoartikuläre Arthritis des rechten
Kniegelenkes induziert. Die Sensibilisierung erfolgte mit einer Emulsion von komplettem
Freudschen Adjuvant (Lee Laboratorios, Grayson, CA) und methyliertem bovinem
Serumalbumin (mBSA, 20mg/ml ,Sigma, St. Louis, MO). Nach 10 bis 20 Tagen erfolgte die
Induktion der Arthritis durch eine intraartikuläre Injektion von mBSA in das rechte
Kniegelenk. Zur Kontrolle wurde in das linke Kniegelenk dieselbe Menge an 0,9%NaCl (
Abbott Laboratories, North Chicago, IL) injiziert. Gruppe 1 wurde vor Kortisontherapie,
Gruppe 2 wurde nach Kortisontherapie mit der Optischen Bildgebung untersucht. Bei der
zweiten Gruppe wurde einen Tag nach dem Auftreten klinischer Zeichen einer Arthritis im
rechten Kniegelenk die Kortisontherapie eingeleitet. Am ersten Tag erfolgte eine Injektion
von 30mg/kg Solu-Medrol ( Methylprednisolone Sodium Succinat, 125mg/2ml, Pharmaciaa.
Upjohn CO, Kalamazoo,MI) intraperitoneal und für fünf weitere Tage eine intraperitoneale
Kortison-Injektion mit einer Dosis von 3mg/kg. Nach beendeter Therapie erfolgte für die
Gruppe 2 die optische Bildgebung.
Für jedes Versuchstier aus den Gruppen eins und zwei wurden autologe Leukozyten
gewonnen. Es wurde für jede Empfängerratte Blut von zwei Spenderatten benötigt, das
entspricht einer Leukozytenzahl von 3 bis 5x 108/ml. Die Markierung der Leukozyten erfolgte
in mehreren Schritten: Gewinnung von Serum aus den Vollblutproben, Gewinnung von
Leukozyten aus den Serumproben, Markierung der Leukozyten mit dem
Fluoreszenzkontrastmittel DiD( Vybrant® DiD cell-labeling solution,molecular probes,
Eugene,Oregon) und Inkubation des Zellansatzes mit anschließender Auswaschung des
Kontrastmittels. Jedem Versuchstier wurden die DiD markierte Leukozyten intravenös
injiziert. Von allen Versuchstieren beider Gruppen wurden eine native Aufnahme (prae),
direkt nach Injektion, 1 Stunde, 4 Stunden und 24 Stunden nach der Leukozyteninjektion
Aufnahmen mit der Optischen Bildgebung angefertigt. Bei vier Tieren (2 aus Gruppe 1, 2 aus
Gruppe 2) wurde zusätzlich noch eine 48 und 72 Stunden Aufnahme erstellt. Zusätzlich zu der
Optischen Bildgebung wurden von drei Tieren aus der ersten Gruppe und von zwei aus der
zweiten Gruppe Röntgenbilder angefertigt, um diese später mit den korrespondierenden
Optischen Aufnahmen zu überlagern.
Ergebnisse: Die optische Bildgebung zeigte bereits vor Leukozyteninjektion
Signalintensitätsunterschiede zwischen den arthritischen und den contralateralen normalen
Knien. Dies konnte deutlicher bei den nicht-therapierten Tieren als bei den Kortisontherapierten
Tieren beobachtet werden (P=0,047). Nach Injektion der DiD markierten
Leukozyten nahmen die Signalintensitätsunterschiede zwischen den arthritischen und den
normalen Knie sehr stark zu (P<0,05). Signifikant unterschiedliche Signalintensitätsmaxima
des rechten Kniegelenks im Vergleich zum contralateralen gesunden Kniegelenk konnten zum
Zeitpunkt von vier und 24 Stunden nach Injektion der DiD markierten Zellen beobachtet
werden. Bei allen nichttherapierten Tieren waren die Signalintensitäten deutlich erhöht
verglichen zum normalen Muskelgewebe. In allen sechs Kortison-therapierten Tieren, war
dieser Effekt geringer ausgeprägt als bei den nicht-therapierten Tieren (P>0,05). Die
behandelten Tiere zeigten ein A/N (Arthritis Knie/normalen Knie) Maximum vier Stunden
nach Zellinjektion. Zu diesem Zeitpunkt waren die A/N Quotienten der unbehandelten Tiere
signifikant erhöht verglichen mit den Ausgangswerten (P = 0,006) und signifikant
verschieden verglichen mit den Kortison-therapierten Tieren (P = 0,008). Dieser Effekt
bestand bei 24 p.i. fort, aber war geringer ausgeprägt als zum Zeitpunkt 4 h p,i.
Schlussfolgerung: Die optische Bildgebung von ex vivo DiD markierten allogenen
Leukozyten hat das Potential, Entzündungen der Synovialmembran bei der Antigeninduzierten
Arthritis aufzudecken und zu graduieren. Gleichzeitig besitzt die optische
Bildgebung die Fähigkeit, Therapieeffekte zu beobachten und im Verlauf darzustellen. Die
einfache Technik der Zellmarkierung und neue Entwicklungen von klinisch einsetzbaren
Fluoreszenzkontrastmitteln könnte den klinischen Einsatz dieser neuen bildgebenden
Methode in naher Zukunft, analog zur „Leukozytenszintigraphie“ auf nicht-invasive Weise
und ohne Strahlenbelastung für den Patienten, ermöglichen.