Diskussion

7.1  Zelluläre magnetische Markierung

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Die magnetische Markierung von Zellen mit Eisenoxidnanopartikeln ist seit mehr als 10 Jahren Gegenstand intensiver Forschung. Hinsichtlich der optimalen Größe der Partikel und der besten Zusammensetzung der Hüllstruktur für die zelluläre MR-Bildgebung existieren eine Vielzahl von Studien [51, 54, 55]. Wenn die Größe der Partikel bzw. die Ladung der Hüllstruktur keine Inkorporation via unspezifischer Endozytose zuließ, wurde versucht die intrazelluläre Aufnahme durch die Kopplung der Partikel mit Translokationspeptiden [54] oder durch Lipofektion [25, 53] zu ermöglichen bzw. weiter zu erhöhen. Hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften scheinen große Partikel aufgrund ihrer höheren Relaxivität prinzipiell von Vorteil zu sein [56], obgleich jedoch sichergestellt werden muss, dass die magnetische Markierung die Viabilität der markierten Zellen nicht beeinflusst [57].

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In der vorliegenden Arbeit konnte bestätigt werden, dass die etwas größeren Eisenoxidnanopartikel VSOP C200 von den Zellen wesentlich besser aufgenommen werden als die kleineren Partikel C184 gleicher Hüllstruktur. Jedoch scheint der Zusammensetzung der Hülle und insbesondere ihrer elektrischen Oberflächenladung eine mindestens ebensogroße Bedeutung zuzukommen, frühere Studien der Arbeitgruppe zeigen eine wesentlich höhere zelluläre Aufnahme der zitratbeschichteten VSOP mit saurer Oberflächenladung im Vergleich zu den größeren neutralen Dextran-ummantelten USPIO [51].

Hinsichtlich der Menge an aufgenommenen magnetischen Nanopartikeln stellten sich erhebliche Unterschiede zwischen den hier untersuchten Zellpopulationen dar. Murine embryonale Stammzellen zeigen eine sehr hohe Eisenaufnahme schon bei geringen Inkubationskonzentrationen, vergleichbar mit Makrophagen (RAW). Primärzellen hingegen, seien es mononukleäre Zellen oder fetale Mittelhirnzellen, benötigen hohe Inkubationskonzentrationen für eine signifikante Eisenaufnahme. Die hohe Endozytoserate der Makrophagenzellinie verwundert nicht, jedoch kann der Grund der ebenso hohen Endozytoserate der embryonalen Stammzellen nicht geklärt werden, ggf. ist sie mit der hohen Stoffwechselrate aufgrund der hohen Proliferationsrate in Verbindung zu setzen.

Neben einer möglichst hohen Beladung der Zellen mit Eisenoxidnanopartikeln kommt der Stabilität dieser Markierung eine entscheidende Bedeutung zu. Über die Biodegradation von zellulär aufgenommenen Eisenoxidnanopartikeln existieren bislang nur vereinzelte in vitro Studien [48, 58]. Diese Studien zeigen eine Degradation der Partikel innerhalb von 3-15 Tagen, verursacht durch das saure Milieu innerhalb der Endosomen bzw. Lysosomen. Die Biodegradation sollte jedoch in hohem Maße von der Zusammensetzung der Hülle abhängen, für die zitratbeschichteten VSOP existieren noch keine Untersuchungen. Die innerhalb dieser Studie durchgeführten Stabilitätsuntersuchungen an magnetisch markierten, proliferierenden Makrophagen zeigen eine Stabilität der magnetischen Markierung zumindest innerhalb der ersten vier Tage nach Inkubation. Trotz erheblicher Zunahme der Zellzahl, d.h. nach mehreren Zellteilungen, bleibt die T2-Zeit der gesamten Zellpopulation konstant. Die intrazellulär aufgenommenen Eisenoxidnanopartikel scheinen bei der Zellteilung auf die Tochterzellen weitergegeben zu werden. Eine Evaluierung längerer Zeiträume war aufgrund der hohen Teilungsrate nicht möglich, die Applikation von Mitosehemmern wie Mitomycin C wurde aufgrund unklarer Auswirkungen auf die zelluläre Viabilität verworfen.

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Eine Coinkubation der VSOP mit dem Lipofektionsreagenz FuGENE zeigte zunächst eindrucksvolle Ergebnisse, sowohl hinsichtlich der Reduktion der T2-Zeit als auch hinsichtlich der absoluten Eisenmenge, quantifiziert mittels AAS. Lichtmikroskopisch zeigten sich jedoch signifikante Unterschiede in der Aufnahmecharakteristik. Die Inkubation mit VSOP allein führte zu einer homogenen Inkorporation durch die gesamte Zellpopulation, im Falle der Coinkubation mit FuGENE zeigte sich eine äußerst heterogene Aufnahme. Darüber hinaus stellte sich eine Vielzahl von Liposomen adhärent an der äußeren Zellmembran dar. Insofern ist stark zu bezweifeln, dass die hohen Messwerte der Atom-Absorptions-Spektroskopie (AAS) im Falle der mittels FuGENE-VSOP inkubierten Stammzellen tatsächlich die Menge an intrazellulär aufgenommenen Eisenoxidpartikeln widerspiegeln. Im Zusammenhang mit den ungewissen Auswirkungen nicht-inkorporierter Liposomen auf den Wirtsorganismus musste eine Verwendung der Lipofektion für die folgenden Transplantationsstudien abgelehnt werden.

Die Messung der T2-Zeit mittels MNR-Relaxometrie stellt eine einfache, reliable Methode dar, die Menge an aufgenommenen Eisenoxidnanopartikeln durch ihren mittelbaren Einfluss auf die transversale Relaxationszeit (T2-Zeit) zu bestimmen. Die T2-Relaxationzeit einer Suspension aus magnetisch markierten Zellen weist nicht nur eine inverse exponentielle Proportionalität zur Menge an zellulär aufgenommenem Eisen auf, sondern erlaubt darüber hinaus Aussagen, die mit der direkten Messung der Eisenmenge mittels AAS nicht möglich sind. So ergeben sich bei gleicher aufgenommener Eisenmenge je nach Zelltyp unterschiedliche T2-Zeiten. Ob die bestimmenden Faktoren dieser Zellspezifität eher in der unterschiedliche Größe der Zellen oder in einer verschiedenartigen intrazellulären Kompartimentierung begründet sind, lässt sich aufgrund der vorliegenden Daten nicht sicher feststellen, jedoch erscheinen gänzlich verschiedene Aufnahmemechanismen unwahrscheinlich.

Mittels confokaler Laser Scanning Mikroskopie sollte die intrazelluläre Kompartimentierung der fluoreszenzmarkierten Eisenoxidnanopartikel nachgewiesen werden. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Partikel nicht mit den Zellen assoziieren, sondern vielmehr eine intrazelluläre Aufnahme der Partikel in Vesikeln vorliegt, frühere Untersuchungen legen nahe, dass es sich dabei um Lysosomen handelt [59]. Durch die Kompartimentierung kommt es zu einer Bildung von räumlich separierten Aggregaten von Eisenoxidnanopartikeln. In der erzwungenen Aggregation der Eisenoxidnanopartikel begründet sich auch die Abhängigkeit der T2-Relaxationszeit von der Vitalität der magnetisch markierten Zellen. Die Reduktion der T2 Zeit nach Lyse der Zellen lässt sich mit der Freisetzung der in den Lysosomen räumlich aggregierten Eisenoxidnanopartikeln erklären. Die kompartimentierten Partikel sind von den Wasserprotonen abgeschirmt, die Desaggregation bewirkt eine größere Oberfläche und eine größeren Hydrathülle, es kommt somit zu einer Wechselwirkung mit einer größeren Anzahl Protonen. Die kernspintomographischen Untersuchungen an Zellphantomen zeigen die Möglichkeit der Akquisition hochauflösender quantitativer T2-Karten mithilfe von T2-gewichteten Multiechosequenzen. Die Übertragung auf Transplantationsstudien sollte eine nicht-invasive Darstellung der Überlebensrate erlauben. Jedoch konnte in vivokeine ausreichende Ortsauflösung und Signalintensität ereicht werden, um quantitative Vergleiche zu erlauben. Es zeigte sich zwar eine Abnahme der T2-Zeiten im Verlauf der Studie, unter der Berücksichtigung der Vielzahl von hinsichtlich ihres Einflusses auf die T2-Zeit gegensätzliche Effekte, wie Abwanderung der Zellen, Lyse der Zellen, Mikroblutungen etc, ist eine Abschätzung der Überlebensrate mit den derzeitigen Sequenzen jedoch nicht möglich. Es bleibt der Entwicklung signalstärkerer Sequenzen vorbehalten, eine nicht-invasive Vitaliätsdetektion zu ermöglichen.

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Nach der Untersuchung der magnetischen Markierbarkeit wurden die Auswirkungen dieser Markierung auf zelluläre Viabilität und Proliferation untersucht. Bei embryonalen Stammzellen konnte keine signifikante Beeinflussung der zellulären Viabilität nach Inkubation mit VSOP-Konzentrationen von 1,5 mM für 90 Minuten festgestellt werden, die für eine höchst effektive magnetische Markierung ausreicht. Jedoch scheinen embryonale Stammzellen von allen bisher untersuchten Zellpopulationen am empfindlichsten auf eine Inkubation mit Eisenoxidnanopartikeln zu reagieren. Längere Inkubationszeiten von 4 bzw. 24 h sind vor diesem Hintergrund trotz erhöhter Eisenaufnahme abzulehnen. Primärzellen zeigen ebenso wie Makrophagen bis zu einer VSOP-Konzentration von 12 mM keine Beeinflussung der zellulären Viabilität und Proliferation. Die Untersuchungen machen jedoch deutlich, dass es unbedingt erforderlich ist, für jede Zellpopulation die optimale Inkubationskonzentration hinsichtlich Markierungseffizienz und zellulärer Vitalität zu bestimmen.

Um Auswirkungen der magnetischen Markierung auf die Biologie der Zelle besser zu verstehen und eine Schädigung der Zelle auszuschließen, die ggf. erst bei einer weiteren Belastung der Zelle, z.B. nach Transplantation in das Wirtsgewebe, zum Zelltod führen, wurde erstmals der Grad der zellulären oxidativen Belastung nach Inkubation mit VSOP bestimmt. Es zeigte sich nach Inkubation mit den Eisenoxidnanopartikeln VSOP ein signifikanter Anstieg sowohl der Konzentration von Malondialdehyd (MDA) als auch von Proteincarbonylen. Jedoch scheint nur die hohe VSOP-Konzentration während der Inkubation die Zelle oxidativ zu belasten. Die Messung der MDA-Konzentraton 24 h nach Inkubation zeigte eine Reduktion auf Kontrollwerte. Durch die Inkorporation der Partikel in Membranvesikeln scheint das Zytosol von den Eisenoxidnanopartikeln abgeschirmt zu sein. Ein negativer Einfluss von durch die Lyse im Empfängergewebe freigesetztem VSOP auf benachbarte Zellen ist somit nicht wahrscheinlich, die effektive lokale Konzentration bewegt sich um mehrere Größenordnungen unter der Inkubationskonzentration. Da die Zugabe von Antioxidantien den transienten Anstieg der oxidativen Belastung nahezu vollständig aufhebt, sollte die Zugabe dieser Substanzen bei besonders empfindlichen Zellen erwogen werden.

Die Quantifizierung undifferenzierter unmarkierter bzw. markierter embryonaler Stammzellen mit Hilfe des Stammzellantigens SSEA zeigt keine ungewollte Induktion der Differenzierung durch VSOP. Auch bei der Differenzierung embryonaler Stammzellen zu neuronalen Vorläuferzellen nach anerkannten Protokollen [35] zeigten sich keine Unterschiede zwischen markierten und unmarkierten Zellen. Eine Beeinflussung anderer Differenzierungswege durch Eisenoxidnanopartikel kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, da diese sich hinsichtlich des Differenzierungsmechanismus fundamental unterscheiden.

7.2 Kernspintomographische Visualisierung magnetisch markierter Zellen

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Der zweite Schritt nach der Entwicklung eines sowohl effektiven als auch die Biologie der Zelle nicht signifikant beeinflussenden magnetischen Markierungsprotokolles ist die Exploration der Grenzen und Möglichkeiten der zellulären kernspintomographischen Visualisierbarkeit. Die in vitroUntersuchungen an Gelphantomen zeigen, dass eine Visualisierung von 10 oder weniger magnetisch markierten embryonalen Stammzellen mittels T2*-gewichteten Sequenzen bei 17,6 T möglich ist. Es kommt zu zellulären Signalauslöschungen, die sowohl von der Gelmatrix als auch von unmarkierten Zellen sicher abgrenzbar sind.

Nach intrastriataler Injektion führen 1000 magnetisch markierte embryonale Stammzellen zu deutlichen Signalauslöschungen am Ort der Transplantation sowie im Injektionskanal. Die Injektion von unmarkierten Zellen führt zu keinen vergleichbaren Signalauslöschungen. In zwei Kontrolltieren konnten jedoch starke homogene Signalauslöschungen im oberen Teil des Injektionskanals beobachtet werden, histologisch konnten diese Signalauslöschungen Mikroblutungen zugeordnet werden.

Die Größe der hypointensen Areale stellte sich nach der Transplantation von 100 markierten Zellen wesentlich kleiner dar, dennoch war eine deutliche Abgrenzung zum Hirnparenchym gegeben. Auch eine Injektion von nur 20 markierten Zellen führte zu Signalauslöschungen im unteren Teil des Injektionskanals. Es konnte jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass Liquor, z.B. durchmischt mit Hämosiderophagen oder Mikroblutungen Ursachen der Signalauslöschungen waren.

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Die histologische Quantifizierung und Phänotypisierung zeigte: i) die Signalhypointensitäten werden von eisenoxidmarkierten Stammzellen verursacht, es finden sich keine weiteren Eisen-positiven Zellen (von den zwei Tieren mit Mikroblutungen abgesehen); ii)die injizierte Zellzahl wurde eher überschätzt, somit ist das kenspintomographische Detektionslimit bei 17,6 T bei unter 100 Zellen anzusetzen; iii)es konnte keine sekundären Phagozytose der eisenoxidmarkierten Stammzellen durch Makrophagen des Empfängergewebes beobachtet werden, die Spezifität der magnetischen Markierung scheint gewahrt zu bleiben.

Das Detektionslimit magnetisch markierter Zellen stellte sich als exponentiell von der magnetischen Feldstärke abhängig heraus. Bei einer Feldstärke von 7 T konnten noch 300 Zellen sicher nachgewiesen werden, bei einer Feldstärke von 1,5 T noch 1000 Zellen. Jedoch zeigen die Untersuchungen, dass auch bei klinischen Feldstärken die Detektion von immer noch geringen Zellzahlen möglich ist.

7.3 Zelluläre Magnetresonanztomograpie an Kleintiermodellen des Morbus Parkinson sowie der cerebralen Ischämie

Nun schienen die Voraussetzungen gegeben, mittels der Methodik der zellulären Magnetresonanztomographie auch biologisch relevante Fragestellungen der regenerativen Medizin zu beantworten. Zunächst wurden die nichtinvasive Visualisierung von eisenoxidmarkierten embryonalen Stammzellen in einem Rattenmodell des Morbus Parkinson untersucht. Nach intrastriataler Injektion von 1 × 105 magnetisch markierten Zellen fanden sich ausgedehnte hypointense Signalauslöschungen im Bereich des Stichkanals. Eine Veränderung der räumlichen Verteilung dieser Hypointensitäten im Laufe der Studiendauer von 6 Monaten, die auf eine Migration der transplantierten Zellen hindeuten würden, stellte sich nicht dar. Eine Migration konnte jedoch in diesem Krankheitsmodell nicht notwendigerweise erwartet werden, da die exogenen Zellen direkt an den Ort der Läsion transplantiert wurden. Darüber hinaus handelte es sich nicht um eine akute Läsion, sondern um einen mittels 6-OHDA induzierten neurodegenerativen Prozess, der zum Zeitpunkt der Läsion schon viele Wochen abgeschlossen war. Dies steht im Gegensatz zu Transplantationsstudien bei Tiermodellen der cererbalen Ischämie, in denen Migration kernspintomographisch detektiert wurde [27, 25, 60]. Interessanterweise fanden sich jedoch gravierende Unterschiede hinsichtlich der interindividuellen Verteilung der Hypointensitäten. Dies macht deutlich, dass trotz höchstmöglicher Sorgfalt bei der stereotaktischen Transplantation, kleine Variationen des Injektionsortes bzw. anatomische Variabilität signifikant unterschiedliche Verteilungen der Zellen zur Folge haben können.

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In der Histologie konnten im Bereich des Stichkanals Zellen hoher Fluoreszenzintensität im Wellenlängenbereich der GFP-Emission gefunden werden. Aufgrund der Lokalisation dieser Zellen, ihrer Morphologie und der geringen Fluoreszenzintensität in anderen Bereichen des Gehirns kann davon ausgegangen werden, dass es sich dabei um die exogenen GFP-positiven Stammzellen handelt. Darüber hinaus konnten die T2*-gewichteten Hypointensitäten in der Magnetresonanztomographie mit dem Verteilungsmuster der fluoreszenz-hyperintensen Zellen räumlich korreliert werden. Die histochemische Berliner-Blau Färbung für Eisen zeigte ebenfalls im Bereich des Stichkanals Eisen-positive Zellen. Eine Überlagerung mit den CLSM-Aufnahmen resultierte in einer Colokalisation GFP-positiver mit Eisen-positiven Zellen. Somit scheinen im Stichkanal auch nach sechs Monaten eisenoxidmarkierte exogene Zellen vorhanden zu sein. Dieser lange Zeitraum der Stabilität der magnetischen Markierung konnte bislang nicht mit den in vitroStabilitätsuntersuchungen korreliert werden, dort betrug der Untersuchungszeitraum nur wenige Tage. Die Berliner-Blau Färbung erlaubt jedoch keine Quantifizierung der intrazellulären Eisenmenge. Es muss somit unklar bleiben, wie groß die in der Zelle verbliebene Eisenmenge nach sechs Monaten noch ist. Andererseits scheint sie auszureichen, auch nach sechs Monaten deutliche Signalauslöschungen in der kernspintomographischen Bildgebung zu verursachen. Andere Arbeitsgruppen konnten eisenoxidmarkierte Zellen kernspintomographisch und histologisch noch nach ca. 8 Wochen nachweisen [27], wobei eine Vergleichbarkeit schwierig ist, da es sich sowohl um andere Eisenoxidpartikel als auch um ein anderes Transplantationsmodell handelt. Eine sekundäre Phagozytose der Eisenoxidpartikel durch ortsständige Makrophagen wird in der Literatur viel diskutiert [61], hier finden sich keine Anzeichen dafür, in der Colokalisation zeigten sich nur sehr vereinzelt Zellen, die sich histochemisch Eisen-positiv und gleichzeitig GFP-negativ darstellten, jedoch konnte aufgrund der hohen Anzahl nur ein Bruchteil aller histologischen Schnitte im Bereich des Stichkanals (ca. 150 pro Tier) untersucht werden.

Die Quantifizierung der GFP-positiven Zellen im Bereich des Stichkanals in einem exemplarischen Tier zeigt eine Überlebensrate von ca. 10 % 6 Monate nach der Transplantation. Kernspintomographisch zeigte sich lediglich eine Reduktion des Volumens der hypointensen Signalveränderungen im Vergleich der Messungen in der ersten bzw. 24. Woche von ca. 40 %. Jedoch ist aufgrund des blooming effects ein linearer Zusammenhang zwischen der Zellzahl und des hypointensen Signalvolumens auch nicht zu erwarten.

In Zusammenfassung der obigen Untersuchung hat sich somit gezeigt, dass trotz dessen, dass eine Signalauslöschung in der MRT kein spezifisches Signal per se darstellt, es dennoch bei bekannter Injektionsstelle ein über einen langen Zeitraum reliables zelluläres Signal bietet.

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Im zweiten Krankheitsmodell, der cerebralen Ischämie der Maus, wurden magnetisch markierte mononukleäre Zellen systemisch injiziert und kernspintomographisch detektiert.

Durch hochaufgelöste T2-gewichtete Sequenzen konnte die ischämische Läsion im lebenden Gehirn der Maus mit einem hohen anatomischen Kontrast visualisiert werden. Milde Läsionen ausgelöst durch eine 30 minütige Okklusion der MCA führten zu T2-Hyperintensitäten im Striatum innerhalb der ersten 48 h, dies korreliert mit der Dynamik der Ischämieentwicklung im lateralen caudalen Putamen [62, 63].

Im Gegensatz zu einer direkten intracerebralen Injektion sind bei einer systemischen Injektion der Ort und das Ausmaß der zellulären Anreicherung unbekannt. Es ist von einer kleinen Zahl von Zellen pro Volumeneinheit auszugehen. T2*-gewichtete Bildgebung an VSOP-markierten Zellen hat den Vorteil der Ausnutzung des „blooming effect“. Dies bedeutet, dass das inhärente magnetische Moment der Eisenoxidnanopartikel zu Suszeptibilitätsänderungen führt, deren Auswirkungen weit über die Größe der magnetisch markierten Zellen hinausgehen. Dies kann am Beispiel der Hypointensitäten in der Transplantationsstudie magnetisch markierter embryonaler Stammzellen bei 17,6 T erklärt werden. Das Volumen der beobachteten Hypointensitäten nach der Injektion von 100 Zellen betrug ca. ein Kubikmillimeter, obgleich eine embryonale Stammzelle lediglich einen Durchmesser von ca. 15 µm besitzt, 100 Zellen somit lediglich ein kumulatives Volumen von ca. 1 × 10-3 mm3. Auf der anderen Seite führt auch Hämoglobin, sei es in intakten Gefäßen oder intraparenchymal nach Blutungen zu Signalauslöschungen. Zur Erhöhung der Spezifität der Sequenz für eisenoxid-markierte Zellen wurden relative kurze Echozeiten gewählt, zusätzlich wurde durch Gabe von reinem Sauerstoff während der kernspintomographsichen Untersuchung der BOLD-Effekt, der ebenfalls zu Hypointensitäten führen kann, gemildert [64].

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T2*-gewichtete Hypointensitäten traten bei 13 von 20 Mäusen ungefähr 48 h nach Injektion VSOP-markierter Vorläuferzellen auf und blieben bis zum Ende des jeweiligen Experimentes bestehen. Histologisch wurden bei allen 20 injizierten Mäusen Berliner-Blau positive Zellen gefunden, jedoch wurden Zellaggregate von 50 und mehr Zellen nur in den 13 Tieren gefunden, die auch T2*-Hypointensitäten zeigten. So konnten ab einer Zellzahl von ca. 10 Zellen pro histologischem Schnitt alle Zellaggregate mit T2*-Hypointensitäten räumlich korreliert werden. Vergleicht man die Dicke der histologischen Schnitte von 40 µm mit der Schichtdicke der kernspintomographischen Bildgebung von 400 µm, und setzt man eine Normalverteilung Zellen in benachbarten Schichten voraus, so ergibt sich ein Detektionslimit systemisch injizierter Zellen bei 7 T von einigen hundert Zellen. Jedoch konnten nur 80 % der beobachteten T2*-Hypointensitäten zweifelsfrei mit Berliner-Blau positiven Zellen korreliert werden. Dies lässt sich mit den oben diskutierten nicht-zellulären Ursachen von T2*-Hypointensitäten erklären, in diesem Zusammenhang müssen auch die fluktuierenden Hypointensitäten in zwei Kontrolltieren gesehen werden, obgleich diese von zellulären Signalen klar abgegrenzt werden konnten.

Eine sekundäre Phagozytose konnte auch in dieser Studie nicht beobachtet werden. In der Gruppe der Tiere, denen GFP-positive VSOP markierte Zellen injiziert wurden, konnte mittels confokaler Laser Scanning Mikroskopie eine Colokalisation zwischen Berliner-Blau positiven und GFP-positiven Zellen an exemplarischen Hirnschnitten gezeigt werden.

Der Vergleich der Zeitpunkte der Injektion der magnetisch markierten mononukleären Zellen sollte Hinweise auf den Mechanismus der Anreicherung der exogenen Zellen im Bereich der Ischämie geben. Eine Injektion der mononukleären Zellen 8 h nach 30 bzw. 60 min MCAO führte sowohl zu der größten Anzahl und Intensität der T2*-Hypointensitäten als auch zu der größten Anzahl Berliner Blau positiver Zellen. Der Vergleich der Dauer der MCAO zeigt bei gleichem Zeitpunkt der Injektion der Zellen deutlich bessere Ergebnisse bei 60 minütiger Okklusion. Jedoch muss einschränkend angemerkt werden, dass die Tiere nach 60 minütiger Okklusion aufgrund der Schwere der Ischämie nur eine Woche am Leben gelassen wurden [65]. Zusammengefasst hängt das Ausmaß der Anreicherung der mononukleären Zellen sowohl vom Zeitpunkt der Injektion als auch von dem Ausmaß der ischämischen Läsion ab. Bedenkt man zusätzlich die Lokalisation der visualisierten Zellen im Randbereich/Penumbra der Ischämie, so erscheint eine aktive Migration der Zellen zur akuten Pathologie, ausgelöst durch spezifische Signale wahrscheinlich. Bei einer passiven Diffusion der Zellen durch eine ruptierte Blut-Hirn-Schranke am Ort des Infarkts wären frühe Zeitpunkte der Injektion der Zellen vorteilhaft, dies ist jedoch nicht der Fall. Darüber hinaus führte eine Injektion von freiem VSOP in einer Konzentration, die der Menge an von 1 × 106 Zellen inkorporiertem Eisen vergleichbar ist, weder zu kernspintomographischen Signalauslöschungen noch zu Berliner-Blau positiven Zellen. Dies macht eine unspezifische Diffusion von freiem VSOP, das nach einer Lyse der markierten Zellen in den Blutstrom freigesetzt wurde oder eine sekundäre Phagozytose durch Makrophagen des Empfängers unwahrscheinlich.

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Es konnte somit gezeigt werden, dass eine nicht-invasive Visualisierung der aktiven Migration magnetisch markierter mononukleärer Zellen in den Bereich einer ischämischen Läsion nach systemischer Injektion möglich ist, und medizinisch relevante Informationen über die Dynamik dieser Zellmigration und den besten Zeitpunkt einer Injektion von Stammzellen zu gewinnen sind.

7.4 Ausblick

Es bleibt zusammenfassend zu bemerken, dass trotz aller Fortschritte eine zweifelsfreie Identifikation eines zellulären Signals allein durch Magnetresonanztomographie noch nicht möglich ist. Es bedarf zurzeit immer noch zusätzlicher histologischer Methoden, um die Quelle einer kernspintomographischen Signalveränderung vermutlich zellulären Ursprungs zweifelsfrei zu klären. Die Entwicklung von noch spezifischeren Sequenzen, die andere Ursachen einer Signaländerung ausschließen, ist somit von größter Wichtigkeit. Dennoch kann die zelluläre MR-Bildgebung schon jetzt, wie in der vorliegenden Arbeit gezeigt, einen wertvollen Beitrag zum Fortschritt der zellbasierten regenerativen Medizin leisten. Gerade hinsichtlich der Schwere und hohen Inzidenz der durch Stammzelltherapie potentiell therapierbaren ZNS-Erkrankungen erscheint eine intensive Forschung auf dem Gebiet der zellulären MR-Bildgebung von hoher Relevanz.


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07.11.2006