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- Original title:
- Optische Bildgebung der Autoimmunarthritis mit DiD markierten Leukozyten
- Translated title:
- Optical imaging of experimental arthritis using allogenic leukocytes labeled with a near-infrared fluorescent probe
- Author:
- Kau, Julia
- Year:
- 2008
- Document type:
- Dissertation
- Faculty/School:
- Fakultät für Medizin
- Advisor:
- Rummeny, Ernst (Prof. Dr.)
- Referee:
- Rummeny, Ernst J. (Prof. Dr.)
- Language:
- de
- Subject group:
- MED Medizin
- Keywords:
- Optical imaging
- 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.
- Translated abstract:
- Optical Imaging of the Autoimmune-Arthritis with DiD labelled Leukocytes Objectives: A goal of the available study was to find out whether the optical imaging has the ability, after injection of ex vivo DiD marked leukocytes into the rat, to uncover an inflammation of the Synovialis in the antigen induced model. We detect the optical imaging for its ability to distinction between arthritic and normal knee joint and between untreated and cortisone-treated knee joint. Therefore to find out if it is possible to diagnose with the optical imaging a Rheumatoide Arthritis and if this were the case the possibility to observe a therapy process. Materials and methods: The 12 experimental animals were partitioned for the in vivo study in two groups to in each case 6 animals. All rats were induced an antigen-mediated monoarthritis of the right knee joint. Group 1 was examined before cortison treatment, group 2 after cortison treatment with the optical imaging. The monoarthritis was induced at both groups in the same way. The sensitisation took place with an emulsion from complete Freud`s adjuvant (Lee Laboratories, Grayson, GA.) and methylated bovine serum albumin (mBSA, 20mg/ml, sigma, ST. Louis, MO). After 10 to 20 days the arthritis was induced in the right knee by an intra-articular injection of mBSA. The left knee served as an internal control and received an intra-articular injection of sterile saline (Abbott Laboratories, North Chicago, IL). The second group received cortison treatment before the optical imaging procedure. The treatment was started after signs of an arthritis. The animals received at the first day intraperitoneal injections of 30mg/kg Solu Medrol (Methylprednisolone Sodium Succinat, 125mg/2ml, Pharmacia. Upjohn CO, Kalamazoo, MI) and for five further days intraperitoneal injections of 3mg/kg. For each experimental animal of group one and two allogenous leukocytes were won. Each receiver rat needed blood by two donation rats, corresponds to a leukocyte number from 3 to 5x 10 8/ml. The leukocytes labelling took place in several steps: Production of serum from the full blood , production of leukocytes from the serum samples, labelling the leukocytes with the fluorescence contrast dye DiD (Vybrant® DiD cell labelling solution, molecular probes, Eugene, Oregon) and incubation of the cells with following washing out the contrast dye. Then each experimental animal received an intravenous injection of the DiD labelled leukocytes. A native image (prae), directly after injection, 1 hour, 4 hours and 24 hours after the leukocyte injection were made with the optical imager for all experimental animals of both groups. With four animals (2 from group 1, 2 from group 2) additionally still another 48 and 72 hours image was provided. Additionally to the optical imaging x-rays were made from three animals of the first group and two of the second group, in order to overlay those later with the corresponding optical imaging. Results: Optical images demonstrated already before leukocyte injection differences in signal intensity between the arthritic and the contralateral normal knees. This could be observed increased in the untreated animals compared to treated animals (P=0,047). After injection of the DiD labelled leukocytes the signal intensity differences between the arthritic and the normal knees increased gradually and significantly for the untreated animals (P<0,05), but not for the treated animals (P>0,05). The treated animals showed a peak A/N (Arthritis knee/normal knee) at four hours after cell injection. At this time the A/N of the untreated animals was significantly increased compared with the baseline values (P = 0.006) and significantly differently compared with the cortisone-treated animals (P = 0.008). This effect persisted at 24 post injection, but was less clear at 4 hour post injection. Conclusion: The optical imaging of ex vivo DiD labelled allogenous leukocytes has the potential to uncover inflammations in the synovia in the antigen-induced arthritis and to graduate it. At the same time it has the ability to observe the effect mechanisms from cortisone treatment and to represent its process. The simple technology of the cell labelling and the use of clinically certified fluorescence contrast dyes could let the clinical employment appear in the near future, similarly to the "leukocyte scan" as an not invasive way and without radiation dose for the patient, possible.
- WWW:
- https://mediatum.ub.tum.de/?id=669254
- Date of submission:
- 05.09.2007
- Oral examination:
- 24.07.2008
- Pages:
- 70
- Urn (citeable URL):
- https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20080815-669254-1-6
- Last change:
- 26.08.2008
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