In vivo Visualisierung mesenchymaler Stammzellen nach lokaler Transplantation im schweren Skelettmuskeltrauma der Ratte

Abstract

Schwere Unfälle und große operative Eingriffe führen zum Verlust von kontraktiler Muskelsubstanz. Die lokale Transplantation von mesenchymalen Stammzellen (MSC) nach einem Skelettmuskeltrauma der Ratte führte zu einer Kraftzunahme des verletzten Muskels gegenüber dem nicht traumatisierten um 14% (Matziolis et al. 2006). Da das Verhalten der transplantierten Zellen bisher ungeklärt und eine histologische Auswertung nur post mortem möglich war, wurden MSC mit dem Eisenoxidpartikel C-200 (VSOP) markiert um sie in vivo mittels MRT verfolgen zu können. Die in vitro Versuche mit den markierten Zellen zeigten keine Einschränkungen im Bezug auf Vitalität und Proliferation. Nach der Transplantation stellten sich die eisenbeladenen Zellen über einen Zeitraum von 6 Wochen in den MRT-Sequenzen als Hypointensität sehr gut dar. Durch die Transplantation konnte bei den Muskeln mit den markierten Zellen eine Kraftsteigerung von 30% registriert werden. Somit ergab die biomechanische Auswertung keine Hinweise auf ein möglicherweise durch die Eisenpartikel verursachtes funktionelles Defizit. Die Ergebnisse zeigen, dass VSOP eine einfache und gute Möglichkeit darstellen, Zellen für in vivo Untersuchungen im MRT zu markieren und sie im traumatisierten Muskel verfolgen zu können.

Functional deficiencies after severe skeletal muscle trauma remain to be a serious problem in orthopedic and trauma surgery. Local transplantation of mesenchymal stem cells (MSC) leads to an improved muscle force of 14% after a blunt crush trauma of the soleus muscle in the rat (Matziolis et al. 2006). Since the fate of the cells after the transplantation is still unknown and a histological analysis is possible only post mortem, MSC were labeled using the Very Small Iron Oxide Particles (VSOP) C-200 to detect them in vivo via MRI. It was show, that there was no influence on vitality or proliferation after the labeling. The iron loaded cells could be tracked up to 42 days. The force of traumatized muscle was improved by 30% showing no functional deficit of the labeled cells. The results demonstrate that very small iron oxide nanoparticles can be an efficient tool for in vivo detection of mesenchymal stem cells after local transplantation into severely traumatized skeletal muscle.