Schröder, Ralf-Jürgen: Hochauflösende farbkodierte Duplexsonographie von Hauttumoren In-vitro-, tierexperimentelle und klinische Studien zur Signalverstärkung durch d-galaktosehaltige Ultraschallkontrastmittel

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Kapitel 1. Problemstellung

In Anbetracht der insbesondere in Gebieten mit vorwiegend hellhäutiger Bevölkerung wie Europa, Australien und Nordamerika steigenden Inzidenz maligner Hauttumoren kommt der Früherkennung und zuverlässigen Artdiagnostik eine wachsende Bedeutung zu. Da die Infiltrations-, Vaskularisations- und gegebenenfalls Dignitätsanalyse von kutanen Raumforderungen bisher häufig wegen bestehender Obsolenz von Probeexzisionen (z.B. beim malignen -Melanom) großzügig in toto exstirpiert werden müssen, würde eine effektive Therapieplanung mittels einer präoperativen bildgebenden Diagnostik mit höherer Reliabilität als bei den bisher verfügbaren, nicht histopathologischen Verfahren die Operationsplanung deutlich verbessern. Bisher stehen diagnostisch die klinisch-inspektorische Untersuchung, die Auflicht- und Fluoreszenzmikroskopie sowie die hochauflösende B-Modus-Sonographie im Vordergrund ( 40 , 56 , 57 , 91 , 145 ). Desweiteren sind relativ aufwendige und kostenintensive Verfahren wie die hochauflösende Magnetresonanztomographie erfolgreich erprobt worden ( 99 ).

Die Entwicklung eines malignen Tumors, die grundsätzlich von der neoplastischen Transformation der normalen Zelle zur Tumorzelle über die Tumorzellvermehrung und die lokale Invasion zur metastatischen Ausbreitung fortschreitet, ist in allen diesen Stadien u. a. von der Angioneogenese abhängig. Dieser zunächst 1935 für die plazentare Gefäßneubildung verwendete Begriff ( 85 ) wurde 1945 experimentell an Tumoren erstmals dargestellt, wobei hypothetisch bereits damals von einer angioneogenesestimulierenden, vom Tumor selbst produzierten Substanz ausgegangen wurde ( 4. ).

Während solide Tumoren bis zu einer Zellzahl von 1.000.000 und einem Volumen von 1 mm3 sich zunächst per diffusionem ernähren ( 169 , 170 , 175 ), folgt anschließend eine sog. “Schlafphase“, während derer durch die erfolgte Reduzierung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses des Tumors die nutritive Situation für eine weitere Ausdehnung insuffizient ist ( 52 ). Nach diesem “avaskulären Stadium“ ( 88 ), das Jahre ohne Tumorgrößenzunahme andauern kann ( 108 ), folgt die Neovaskularisation, das sog. “vaskuläre Stadium“, mit der Einsprossung von Gefäßen aus dem Wirts- in das Tumorgewebe ( 25 , 61 , 170 ), wobei die Gefäßarchitektur jedoch vom Tumor beeinflußt wird ( 144 ). Diese Angioneogenese wird ist ein nicht nur bei malignen, sondern teilweise auch bei benignen Tumoren beobachtetes Phänomen ( 122 ). Der Vaskularisationsgrad ist neben anderen Faktoren ein Indikator für das Tumorwachstum ( 57 , 173 ), insbesondere die Tumorverdopplungszeit und die Zellzykluszeit, wobei Rückschlüsse auf die Prognose möglich sind ( 134 ).

1975 wurde der die Gefäßproliferation stimulierende tumorangiogenetische Faktor TAF erstmals isoliert ( 50 ). Weitere direkte Stimulatoren der Epithelproliferation wie FGF, TGF alpha, TGF beta und EGF wurden anschließend isoliert. Sie stimulieren die Motilität der Epithelzellen, die erforderliche Proteolyse der Basalmembran und die extrazelluläre Matrix. Indirekte Stimulatoren wie z.B. Prostaglandine beeinflussen via Wirtszellen wie z.B. Makrophagen die Proliferation von Epithelzellen ( 51 ).


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Tabelle 1-1: Angiogenesebeeinflussende Faktoren.

Faktor

Einfluß auf Angioneogenese

Einfluß auf Endothelzellen

 

 

Proliferation

Motilität

FGF

ja

ja

Ja

TGF alpha

ja

ja

nicht bekannt

TGF beta

ja

inhibiert

nicht bekannt

Wundflüssigkeit

ja

nein

Ja

Prostaglandin

ja

nein

nicht bekannt

Angiogenin

ja

nein

nicht bekannt

Die stimulierten Epithelzellen setzen selbst proteolytische Substanzen wie Kollagenase oder Plasminogenaktivator zur Spaltung der Basalmembran frei ( 77 , 117 ). Dieses ermöglicht die Zellmigration zum angiogenetischen Faktor via extrazelluläre Matrix. Die unmittelbar hinter den vordersten Reihen befindlichen Epithelzellen proliferieren und reifen zu Endothelzellen. Anschließend schließen sich die Gefäßtubuli zu Loops zusammen ( 5. ).

Die Wände dieser Gefäßneubildungen sind deutlich dünner und die Durchmesser größer als bei den Ursprungsgefäßen, bedingt u. a. durch inkomplette Muskelschchten. Die eingeschränkte Endothelfunktion läßt die Diffusion von Substanzen mit höherem Molekulargewicht ins Interstitium zu mit einem konsekutiv erhöhten onkotischen Druck mit lokalen Druckgradienten. Als Konsequenz ensteht ein nicht organisierter Gefäßbaum ohne vasomotorische Kontrolle mit teils vermehrten arteriovenösen Shunts mit abschnittsweise erhöhtem interstitiellem Druck und reduzierter Perfusion. Dieses Vordringen der Epithelzellen ist Ausdruck des invasiven Tumorverhaltens. Vollständig ist dieser komplexe Neovaskularisationsvorgang bisher noch nicht erforscht.

Zusammengefaßt ergibt sich für die Zell- und Angioneogenese folgendes Kurzschema:

Tumorneubildung: Neoplastische Transformation rarr Tumorzellvermehrung rarr lokale Invasion rarr metastatische Ausbreitung.

Gefäßneubildung: Proteolytische Degradation der Basalmembran und der Extrazellularmatrix rarr Endothelzellmigration rarr Endothelzellproliferation rarr Organisation, Reifung, Bildung von “Loops“.

Die Visualisation dieser Neovaskularisation gelingt angiographisch trotz des geringen Gefäßkalibers von unter 0,8 mm, und auch die Gefäßwandpermeabilität ist angiographisch erkennbar. Hämodynamische Effekte z.B. bei arteriovenösen Shunts wie das Absinken des Gefäßwiderstandes werden jedoch nicht erfaßt. Desweiteren ist dieses Verfahren invasiv, kostenintensiv, zeitaufwendig, für den Patienten belastend und mit einer Strahlenexposition verbunden.

Die farbkodierte Duplexsonographie ist ein für den Patienten wenig belastendes, nicht invasives, flächendeckend verfügbares und preiswertes Verfahren zur Analyse der Tumorvaskularisation ( 22 , 171 ). Wegen der proportional zur Eindringtiefe zunehmenden Störanfälligkeit ist dieses Verfahren besonders für die Evaluation oberflächennaher Tumoren geeignet. Durch den bei geringer Eindringtiefe möglichen Einsatz hochfrequenter Schallsonden kann die Ortsauflösung gesteigert werden.


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Die seit 1942 medizinisch angewandte Ultraschalldiagnostik wurde 1979 erstmalig dermatologisch als hochfrequentes A-Scan-System eingesetzt. Anfang der achtziger Jahre trat die Real-Time-Sonographie zur Tumordickenbestimmung in den Vordergrund ( 12 , 83 ; 105 , 141 ). Blutflußuntersuchungen an Hauttumorgefäßen werden seit 1986 vorgenommen ( 147 , 148 , 150 ). Es zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen Tumorgröße und Blutflußdopplersignalen. Mit zunehmender Vaskularisation steigt das Tumorwachstum, mit zunehmendem Tumorvolumen die Blutflußgeschwindigkeit ( 149 ).

Die Haut ist als oberflächliches Organ zwar leicht zugänglich, jedoch wird die Analyse ihrer Neoplasien durch die meist geringe Größe dieser Tumoren erschwert. Wegen der extrem niedrigen Tumorgefäßdurchmesser blieb die farbduplexsonographische Vaskularisationsanalyse insbesondere hinsichtlich der Dopplersignalableitung von feinsten Gefäßen in der praktischen Anwendung problematisch. Seit einigen Jahren sind die technischen Möglichkeiten der sonographischen Darstellung auch kleiner Gefäße ab ca. 0,1 mm Durchmesser gegeben. Ein neuer Ultraschallsignalverstärker, basierend auf d-galaktose- und palmitinhaltigen Mikrobläschen, der sich bereits in der Diagnostik anderer Gefäßregionen, u.a. der Hals-, Nieren-, Leber- und Extremitätengefäße bewährt hat ( 63 , 133 , 138 ), könnte erfolgversprechende neue Ansätze bei der Mikrogefäß- und somit Dignitäts- und Differentialdiagnostik ermöglichen. Dieses gelang bereits bei der Diagnostik von Tumoren anderer Organe, u.a. in der Mamma- und Lymphknotendiagnostik ( 131 , 135 , 136 ). Hinsichtlich der Hauttumorevaluation sind derartige Untersuchungen bisher nicht publiziert worden.

Ziele

Anhand der In-vitro-Untersuchungen an einem perfundierten Gefäßmodell soll die Möglichkeit der Effektoptimierung der Kontrastmittelapplikation in der Ultraschalldiagnostik insbesondere im Hinblick auf die Tumordiagnostik durch Einsatz eines neu entwickelten, noch nicht im Handel befindlichen, programmierbaren Injektionsgerätes geprüft werden. Im Vordergrund steht hierbei insbesondere die Evaluation der optimalen Kombination von kontinuierlicher und Bolusinjektion des Ultraschallsignalverstärkers unter Einsatz verschiedener Signalverstärkerkonzentrationen für die powerdopplersonographische Bildgebung.

Am Tiermodell sollen sonographisch erkennbare Angioneogenesecharakteristika von malignen Hauttumoren am Beispiel von Melanomen in der farbkodierten Duplexsonographie erarbeitet werden. Insbesondere soll die diagnostische Bedeutung des d-galaktose- und palmitinhaltigen Signalverstärkers Levovist® bei der Vaskularisationsanalyse quantitativ und qualitativ in Form von Messungen diverser Flußparameter und Analyse der vaskulären Sonomorphologie im Vergleich zur Histologie evaluiert werden.

Ziel der In-vivo-Untersuchungen ist die Erarbeitung neuer farbduplexsonographischer Kriterien für die Dignitätsbestimmung und Differentialdiagnose benigner und maligner Hauttumoren unter Verwendung des Ultraschallsignalverstärkers Levovist in Ergänzung zur B-Modus-Sonographie. Zur farbduplexsonographischen Untersuchung von Hauttumoren mit Gabe von Ultraschallkontrastmitteln liegen bisher keine Erkenntnisse vor. Da die B-Modus-Sonographie auch bei Einsatz sehr hochfrequenter Schallsonden bis 50 MHz ( 56 ) nicht als ausreichend treffsicher bezeichnet werden kann insbesondere in der Differentialdiagnose und Dignitätsbestimmung, sind neue, weiträumig verfügbare, ökonomisch vertretbare und für den Patienten wenig belastende diagnostische Ergänzungsmethoden erforderlich. Da die Angioneogenese bei Tumoren anderer Organe Aussagen über Tumorart, Wachstumstendenz, Prognose und teilweise Therapieerfolg erlaubt, sollen in dieser Studie Flußparameter, die Bestimmung des Gefäßanteils am Gesamttumorquerschnitt und die Analyse der Gefäßarchitektur hinsichtlich ihrer diagnostischen Aussagekraft vor und nach Gabe eines Ultraschallsignalverstärkers geprüft werden.


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Mon Apr 10 17:16:34 2000