Bildgebung von magnetisch markierten Stammzellen in experimentellen Krankheitsmodellen des ZNS mittels zellulärer Magnetresonanztomographie

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium
(Dr. rer. nat.)
im Fach Biophysik

eingereicht an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Humboldt-Universität zu Berlin von

Dipl. Biophys. Albrecht Stroh
geboren am 27. Mai 1974 in Berlin

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Hans Jürgen Prömel, in Vertretung

Dekan: Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Thomas Buckhout, PhD

Gutachter:
1. Prof. Dr. Klaus Peter Hofmann
2. Prof. Dr. Claus Zimmer
3. Prof. Dr. Ulrich Dirnagl

Tag der mündlichen Prüfung: 23.5.2006

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Bildgebung magnetisch markierter Stammzellen im ZNS mittels Magnetresonanztomographie. Dazu wurden Stammzellen mit Eisenoxidnanopartikeln (VSOP, very small superparamagnetic iron-oxide particles) in vitro effizient und ohne zusätzliche Lipofektionsagenzien magnetisch markiert. Es zeigte sich bei VSOP-Konzentrationen, die eine effiziente magnetische Markierung ermöglichen, keine wesentliche Beeinflussung der Vitalität, Proliferation und Differenzierungsfähigkeit sämtlicher untersuchter Zellpopulationen. Zur Evaluierung der Grenzen der zellulären MR-Bildgebung wurde das Detektionslimit magnetisch markierter embryonaler Stammzellen in vivo nach intrastriataler Injektion im Gehirn der Ratte untersucht. Es ließen sich bei einer Feldstärke von 17,6 T weniger als 100 magnetisch markierte Zellen sicher vom Hirnparenchym abgrenzen. Die histologische Korrelation bestätigte den zellulären Ursprung der beobachteten T2*-Hypointensitäten.

In einem Rattenmodel des Morbus Parkinson konnte eine spezifische Detektion der intrastriatal injizierten magnetisch markierten embryonalen Stammzellen über einen Zeitraum von 6 Monaten erreicht werden. Es konnte keine signifikante Migration der Zellen festgestellt werden, jedoch fanden sich große interindividuelle Unterschiede in ihrer räumlichen Verteilung. In der histologische Analyse stellten sich auch sechs Monate nach der Transplantation im Bereich des Stichkanals eisenoxidmarkierte Stammzellen dar, es konnten noch ca. 10 % der transplantierten Zellen nachgewiesen werden.

In einem Mausmodell der cerebralen Ischämie wurde erstmals die Anreicherung systemisch injizierter magnetisch markierter mononukleärer Zellen kernspintomographisch erfasst. 24 - 48 h nach der Injektion magnetisch markierter Zellen stellten sich T2*-gewichtete Signalhypointensitäten im Randbereich der Ischämie dar. Insgesamt zeigte sich in dieser Studie die zelluläre Magnetresonanztomographie zu einem nicht-invasiven Nachweis einer geringen Anzahl magnetisch markierter Zellen über einen langen Zeitraum mit hoher Sensitivität in der Lage.

Inhaltsverzeichnis

Tabellen

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07.11.2006