Magnetresonanztomographische Untersuchung verschiedener Eisenoxidnanopartikel bezüglich ihrer Anreicherung am Glioblastom-Modell der Ratte

Abstract

Mit der Diagnosestellung eines Glioblastoms liegt die mittlere Überlebenszeit für den Patienten zwischen 12 und 15 Monaten. Die äußerst schwierige Behandlung beruht einerseits auf dem destruktiven und invasiven Wachstum des Tumors, anderseits auf der eingeschränkten Blut-Hirn-Schrankengängigkeit der Chemotherapeutika. Eine endgültige Heilung ist unmöglich. Eine Vielzahl von Studien beschäftigt sich seit Jahren mit einer Verbesserung der bisher aussichtslosen Therapieoptionen. So finden auch Superparamagnetische Eisenoxide bereits Anwendung in der Diagnostik und sind Gegenstand unterschiedlicher Forschungsschwerpunkte. Ziel dieser Arbeit war es, ein Glioblastom-Modell der Ratte zu etablieren und daran das Anreicherungsverhalten der hinsichtlich ihrer Ladung unterschiedlichen superparamagnetischen Eisenoxide zu untersuchen (VSOP-C, VSOP-DOXO, Resovist S, VSOP-Protamin). Als Applikationswege wurden die intraarterielle und die intrazisternale Injektion miteinander verglichen. Abschließend sollte eine Aussage darüber getroffen werden, welches Partikelsystem in der Lage ist, sich im Tumor anzureichern. In Zukunft könnten solche Partikel mit Chemo- therapeutika beladen werden und so im Sinne einer lokalen Tumortherapie zu einer hohen Anreicherung des Medikaments im Tumorgewebe führen. Neun Tage nachdem den Tieren 9L-Glioblastomzellen mit Hilfe eines stereotaktischen Rahmens inokuliert wurden, erfolgte die Messung des Tumors im MRT. Nach der Nativmessung erfolgten drei Messungen im Abstand von einer Minute, einer Stunde und zwei Stunden nach Injektion der superparamagnetischen Eisenoxide. Am darauf folgenden Tag wurde der Versuch mit einer 24-Stunden-Messung beendet, anschließend wurden die Tiere in tiefer Narkose euthanasiert. Insgesamt 6 Gruppen wurden miteinander verglichen. Insgesamt 30 Ratten wurden à 5 Tiere in 6 Gruppen eingeteilt. Für die intraarterielle Applikation in die Arteria carotis communis erhielten alle Tiere der Gruppe 1 eine Dosis von 100 µmol Fe/kg. Die Tiere der Gruppe 2 erhielten intrazisternal eine Dosis von 25 μmol Fe/kg. Die Tiere der Gruppe 4 erhielten eine Dosis von 20 µmol Fe/kg, die Tiere der Gruppen 5 und 6 erhielten eine Dosis von 25 µmol Fe/kg intrazisternal. Die Auswertung erfolgte anhand der Messung des Signal-zu- Rausch-Verhältnisses (SNR = signal to noise ratio) im Tumor mit T1- und T2-gewichteten Gradientenecho- und Spinecho-Sequenzen. Anschließend wurden die Tumoren entnommen und histologisch zur Charakterisierung des Gewebes mittels Hämatoxylin-Eosin Färbung (HE) und zur Prüfung des Eisengehaltes mittels Berliner-Blau-Färbung untersucht. An dem hier verwendeten Tumormodell wurde erstmalig die Anreicherung der monomer stabilisierten superparamagnetischen Eisenoxide untersucht. In den vergleichenden MRT-Untersuchungen mit den superparamagnetischen Eisenoxiden konnten keine signifikanten Unterschiede im SNR gefunden werden. Die marginale Abnahme der Signalintensitäten in den Tumoren nach der Injektion der Eisenoxide ließ keine Aussage über den am besten geeigneten Injektionsweg zu. In der histologischen Charakterisierung (HE) wurde das Gewebe als maligner Gehirntumor eingestuft mit typischen Merkmalen eines Glioblastoma multiforme. Mit der Eisenfärbung konnten Hinweise auf eine geringe Anreicherung des injizierten Eisens im Tumorrandbereich gefunden werden. In dem hier verwendeten Tumormodell (GS-9L) konnte die Hypothese, dass Eisenoxidpartikel mit positiven und negativen Ladungen ein unterschiedliches Anreicherungsverhalten im Glioblastom der Ratte aufweisen, nicht bestätigt werden.

Patients diagnosed with glioblastoma have a mean survival of 12 to 15 months. Glioblastomas are extremely difficult to treat due to destructive and invasive growth and because chemotherapeutic agents do not easily cross the blood-brain barrier. Definitive cure is not possible. Superparamagnetic iron oxide (SPIO) particles are used to improve diagnostic applications of magnetic resonance imaging (MRI) and various new applications are under investigation. The aim of this study was to establish a glioblastoma model of the rat for investigating accumulation of different SPIO preparations that differ in size and loading (VSOP-C, VSOP-DOXO, Resovist S, VSOP protamine). Two routes of administration were compared: Intraarterial and intracisternal injection. The ultimate aim of these investigations was to identify the particle preparation with optimal accumulation in glioblastomas using a simple routine of administration. MRI with T1- and T2-weighted gradient echo and spin echo sequences was performed nine days after inoculation of rats with 9L glioblastoma cells using a stereotactic frame. The rats were divided into six groups which were imaged after intraarterial or intracisternal administration of different SPIO preparations. MR images were acquired one minute, one hour, and two hours after injection. Another MRI examination was performed after 24 hours before the animals were euthanized in deep anesthesia. MRI data sets were analyzed by determination of signal-to-noise ratios (SNR). Tumors were removed for histologic tissue characterization using hematoxylin and eosin (H&E;) stain and determination of iron content using Berlin blue stain. The MRI results obtained with different SPIO particles did not reveal differences in SNR. There was only a minimal decrease in signal intensity after injection of the different SPIO preparations, and the data allowed no conclusions to be drawn regarding the most suitable route of administration. Histologic workup (H&E;) demonstrated malignant brain tumors with typical features of multiform glioblastoma. Staining for iron identified minimal accumulation of the injected iron particles in the tumor margin. The hypothesized differences in accumulation of positively and negatively charged iron oxide particles were not confirmed in the tumor model (GS-9L) investigated here.