Entzündliche Gelenkerkrankungen stellen eine bedeutende medizinische, gesundheitsökonomische und damit auch diagnostische Herausforderung dar. Eine akurate Diagnose wird in der heutigen Zeit auch anhand von empfindlicher MRT- Bildgebung gestellt. Ziel dieser Arbeit war es, anhand eines Tiermodells die Grundlage für das Spätenhancement von Entzündungen in der Magnetresonanztomographie näher zu beleuchten. Dabei haben wir uns auf die Glykosaminoglykane (GAG) als Komponente der Extrazellulärmatrix fokussiert. Von den GAG ist bekannt, dass sie (1.) im entzündlichen Gewebe stark vermehrt sind und (2.) starke Komplexbildner, insbesondere gegenüber 3-wertigen Metallionen sind. Da es Evidenz für eine Transchelierung von Gd3+-Ionen aus linearen Kontrastmittelkomplexen zu GAG gibt, wurde die Hypothese aufgestellt, dass das Vorhandensein von GAG im entzündeten Gewebe mit einem verstärkten späten Signalanstieg nach i.v.-Gabe eines linearen Kontrastmittels korreliert. Es wurde bei insgesamt 11 weiblichen Ratten des Wistar-Lewis-Stammes eine CIA (Collagen-induced arthritis) induziert, 2 weitere Ratten wurden nicht exponiert und dienten als Kontrollgruppe. Nach gelungener Arthritisinduktion wurde für jede Ratte ein klinischer Score von 1 bis 4 für die Hinterpfoten vergeben und im Anschluss direkt eine MRT durchgeführt. Es wurden dünnschichtige T1-Sequenzen (FLASH-3D) nativ und im Zeitverlauf nach intravenöser Gabe von Gadopentetat Dimeglumin (Magnevist®) in einer Dosierung von 0,3 mmol Gd / kg Körpergewicht über 120 min in einer Extremitätenspule in einem 1,5 T-Ganzkörperscanner akquiriert. Anschließend wurden die Tiere euthanasiert und die Hinterpfoten fixiert, geschnitten und nach Movat gefärbt, um durch den Alcian-Blauanteil die GAG nachzuweisen und semiquantitativ einzuschätzen. Die Auswertung erfolgte in 3 Regionen der Hinterpfote: Der Plantarfaszie, der vorderen Gelenkkapsel des OSG und im präachillären Fettkörper. Hier wurden einerseits der Grad der Blaufärbung durch die Alcian- Blaukomponente in der Histologie mittels eines Scores von 1 bis 4 bestimmt und andererseits in der MRT-Auswertung das Enhancement durch Messungen des SNR quantifiziert. Hierauf wurden die einzelnen Gelenke einerseits anhand ihres klinischen und andererseits anhand ihres Alcian-Scores in Gruppen eingeteilt; zum Schluss wurden diese beiden Einteilungsvarianten statistisch miteinander verglichen. Es zeigte sich, dass sich bei klinischer Einteilung v. a. befallene von gesunden Gelenken in der MRT anhand des SI-Enhancements nach i.v. Kontrastmittelgabe unterscheiden ließen und insgesamt Differenzierungen der klinischen Gruppen vorrangig in den frühen Kontrastmittelphasen gelangen. Bei histologischer Einteilung der Gruppen gemäß des GAG-Gehaltes, wie er im Alcian-Score mithilfe der Blaufärbung ermittelt wurde, gelang die Unterscheidung in der MRT hingegen in erster Linie in den späten Kontrastmittelphasen. Einschränkend muss jedoch erwähnt werden, dass es zu Überlappungen zwischen den beiden Einteilungsvarianten kam. Insgesamt stützen die Ergebnisse dieser Arbeit die Ausgangshypothese, dass GAG im Gewebe mit einem Signalanstieg in der Spätphase nach Kontrastmittelgabe korrelieren. Dies könnte durch eine partielle Transchelierung von Gd aus dem Kontrastmittelkomplex unter Bildung von Gd-GAG-Komplexen in entzündlichem Gewebe erklärbar sein. In weiteren Arbeiten gilt es nun ein genaueres Korrelat für die GAG und ggf. deren Komplexbildung mit Gadolinium zu finden. Zudem steht der analytische Nachweis der Bildung von Gd-GAG-Komplexen noch aus.
Inflammatory joint diseases pose an important medical, economic and therefore diagnostic challenge. An accurate diagnosis is increasingly based on contrast enhanced MR-imaging. The aim of this thesis was to obtain information on one possible mechanism which finally leads to late Gadolinium enhancement in MRI in arthritides in an animal model. The focus was on glycosaminoglycans (GAG), a component of the extracellular matrix. It is known, that GAG are elevated in inflamed tissue and that they are strongly complexing substances, particularly for trivalent metal ions. Since there is evidence from in vitro experiments for transchelation of Gd3+-ions from linear contrast media complexes to GAG, we hypothesized, that the presence of GAG in inflamed tissue correlates with a late signal enhancement after injection of a Gd-containing linear contrast medium. Eleven female Wistar-Lewis rats with Collagen-induced arthritis (CIA) were used; 2 non-exposed rats served as a control group. After arthritis- induction a clinical score from 1 to 4 was assigned and an MRI-scan performed. High resolution T1-sequences (FLASH-3D) were acquired before and after i.v. injection of Gadopentetate dimeglumine (Magnevist®) at a dose of 0.3 mmol Gd / kg of body weight over a period of 120 minutes, using an extremity coil in a 1.5 T-whole body scanner. Thereafter the animals were euthanized and the hind legs were fixated, cut and dyed with Movat’s stain. The alcian-blue component of the stain was used to assess the tissue semi-quantitatively for the presence of GAG. The three anatomical regions that were analyzed were the plantar fascia, the anterior joint capsule and the pre-Achilles fat pad. In these three regions, the amount of blue coloring on the specimens - based on a score (alcian-score from 1 to 4) - was evaluated, as well as the enhancement in the MRI-studies quantified, using the SNR. The analyzed joints were divided into groups in two ways, once based on their clinical score and the other time based on the alcian score. Finally both modes of grouping were compared. The degree of signal enhancement, particularly in the late phases, correlated significantly with the alcian score. This correlation of signal enhancement was less pronounced with the clinical scores. There was, however an overlap between both grouping modes. In summary the results support our initial hypothesis, that GAG in the tissue correlate with the degree of signal enhancement in the late post contrast phases. A partial transchelation of Gadolinium (Gd) from the contrast agent’s complexes to GAG in the inflamed tissue might be the explanation for the results. In further studies a more precise correlate for the GAG and their complexes with Gd should be looked for.
