Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung eines neuen monomer stabilisierten superparamagnetischen Kontrastmittels für die MR-Angiographie. Mittels MRT- und histologischer Untersuchungen sollte eine Charakterisierung des Kontrastmittels VSOP-C63 am Modelltier Ratte erfolgen. Dazu wurde an insgesamt 101 Ratten die optimale Dosis und Bluthalbwertszeit sowie die Verteilung und das Abbauverhalten des Kontrastmittels im Zusammenhang mit einer histopathologischen Beurteilung bestimmt. Die MRT-Messungen mittels einer hochaufgelösten 3-D-FLASH-Sequenz ergaben für alle an 36 Ratten getesteten Dosierungen (15, 30, 45, 60, 75 und 90 mmol/kg Körpermasse (KM)) einen langanhaltenden intravasalen Signalanstieg, der es erlaubt, selbst kleine Gefäße 2. und 3. Ordnung abzugrenzen. Für die Blutshalbwertszeiten wurde eine Dosisabhängigkeit gefunden. Bis zu 75 mmol/kg KM wurde ein signifikanter Unterschied im Signalanstieg zwischen den getesteten Dosierungen ermittelt. Bei einer Dosis von 90 mmol/kg KM tritt ein Überdosierungseffekt ein, der zu den frühen Zeitpunkten den signalsteigernden Effekt überlagert. Mit einer zeitoptimierten Technik gelingt mit VSOP-C63 nach Bolusinjektion von 45 mmol/kg eine gleichermaßen signalreiche Darstellung der Aorta wie nach Injektion von 0,2 mmol Gd/kg (Magnevistý). Dies ist auf das günstige R2/R1-Verhältnis von 1,3, bei einer Feldstärke von 0,47 T, gemessen bei 37°C in 0,9% NaCl des Kontrastmittels VSOP-C63 zurückzuführen. An 65 Ratten, davon 30 Kontrolltiere, wurde mittels MRT und histologischer Untersuchung eine unterschiedliche Eisenanreicherung des Kontrastmittels in der Leber und Milz festgestellt. Anhand der ermittelten Signalintensitäten mit einer PDSE- und T2GRE-Sequenz bei 1,5 Tesla ist ablesbar, daß VSOP-C63 bevorzugt in der Leber und zu geringeren Teilen in der Milz angereichert wird. Die maximale Eisenanreicherung nach Kontrastmittel-Applikation ist nach 24 h abgeschlossen. Daraufhin setzt die Verstoffwechslung der Partikel ein. Hierbei zeigt sich ein Unterschied zwischen der Leber und der Milz. Während in der Leber nach kontinuierlichem Abbau nach 2 Monaten immer noch, wenn auch in geringfügigen Mengen, Eisen vorhanden ist, ist in der Milz dagegen bereits nach einer Woche nach Kontrastmittel-Injektion kein Kontrastmittel-Eisen mehr nachweisbar. Zu den Zeitpunkten 1 und 2 Monate nach Kontrastmittel-Injektion setzt ein erneuter Signalverlust ein, der auf die beginnende physiologische Eisenspeicherung zurückzuführen ist. Während bei der Untersuchung von Lebergewebe bei Ratten bis zu einer Körpermasse von 500g keine Altersabhängigkeit besteht, zeigt die Milz eine deutliche Zunahme des physiologisch gespeicherten Eisens im Altersgang. Bei den Untersuchungen der Kontrolltiere ergab sich bezüglich der Signalintensitäten der Milz eine Altersabhängigkeit. Tiere ab einer Körpermasse von 280 g, dies entspricht einem Alter von ca. 55 Tagen, weisen viel Eisen in der Milz auf. Tiere unterhalb dieser Grenze präsentieren nur ein vereinzeltes bis mittleres physiologisches Eisenvorkommen. Da das körpereigene Eisen in entsprechender Menge ebenfalls eine Signalreduktion hervorruft, ist das Alter der Tiere bei dem Einsatz superparamagnetischer Kontrastmittel dringend mit zu berücksichtigen. Bei der MRT-Untersuchung von Lebergewebe dagegen muß bezüglich der Bildgebung innerhalb der bei dieser Arbeit untersuchten Lebensabschnitte (bis maximal 500 g) keine Berücksichtigung des Alters erfolgen. Sowohl in der Leber als auch in der Milz weisen beide verwendeten MR-Sequenzen die gleiche Charakteristik auf, wobei die empfindlichere T2GRE- Sequenz einen stärkeren Signalverlust aufzeichnet. Die Präzision der PDSE- Sequenz und die Empfindlichkeit der T2GRE-Sequenz ergeben zusammen eine sinnvolle Kombination zur Ermittlung des Signalverhaltens einer Kontrastmittel-Dosis über die Zeit. Die histologischen Untersuchungen der Kontrolltiere ergaben, daß in den Lungen und in den Nieren, nicht jedoch in Leber und Herz physiologisches Eisen nachgewiesen wurde. Nach Kontrastmittel-Injektion wurden Eisenoxidpartikel in unterschiedlichem Maße von Zellen des mononukleären Phagozytosesystems aufgenommen. Am deutlichsten war dies in der Leber zu beobachten, in der besonders peripherolobulär eine Eisenaufnahme in die Kupfferschen Sternzellen stattgefunden hat. In der Milz wird nur in geringem Maße Kontrastmittel-Eisen aufgenommen, welches aber aufgrund seiner Spinell-Struktur ebenfalls einen starken Signalverlust bewirkt. Die Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß im Laufe der Zeit mit der Verstoffwechslung des Kontrastmittel-Eisens aus der Leber und der Milz Eisen in zunehmendem Maße in anderen Organen gespeichert wird, dies trifft vor allem auf die Lunge und die Nieren, aber auch auf das Herz zu. Allerdings ist hier zu berücksichtigen, daß es auch in diesen Organen mit zunehmendem Lebensalter zu einer physiologische Eisenspeicherung kommt (Casale et al., 1981; Massie et al., 1983). Die morphometrischen Ergebnisse (Partikelanzahl, Flächenanteil und Partikelgröße) korrelieren stark postitiv mit den Signalintensitäten der MRT, solange das Kontrastmitteleisen seine Spinell-Struktur besitzt. Die Fläche der Eisenteilchen der Kontrastmitteltiere nimmt 1 und 2 Monate post injectionem zu, ohne dabei Einfluß auf die übrigen Parameter zu nehmen. Dies könnte auf einen veränderten Speichermodus im Zuge einer Umverteilung des Eisens zurückzuführen sein. So kann vermutet werden, daß einzelne phagozytierte Partikel im Laufe der Zeit zu größeren oder zu einem großen Eisenpartikel innerhalb einer Zelle verschmelzen. Die ermittelten Ergebnisse zeigen zusammen mit der makroskopischen und histopathologischen Beurteilung, daß es sich bei dem neuen Kontrastmittel VSOP-C63 um eine gut verträgliche Substanz handelt, bei der in einer Dosis von 60 mmol Fe/kg KM mit keinerlei Nebenwirkungen gerechnet werden muß. Es bietet sich aufgrund der ausgedehnten Equilibriumphase und der exzellenten bildgebenden Eigenschaften als eine realistische Alternative zu den sich in der klinischen Routine befindlichen Kontrastmitteln für die MR-Angiographie an.
The aim of the present study was to investigate a new, monomer-coated superparamagnetic contrast medium for magnetic resonance angiography. This was done by magnetic resonance imaging (MRI) and histologic examinations performed to characterize the contrast medium VSOP-C63 in the rat model. A total of 101 rats were examined to determine the optimal dose and the blood half-life as well as the distribution and degradation of the contrast medium in connection with a histopathologic evaluation. The MRI results obtained with a high-resolution 3D FLASH sequence showed a prolonged intravascular signal increase for all dosages (15, 30, 45, 60, 75 and 90 mmol/kg body mass (BM)) tested in 36 rats. The observed signal increase allowed for even delineating small, second- and third-order vessels. Blood half-lives were found to be dose-dependant. Significant differences in signal increase among the dosages tested were observed for doses up to 75 mmol/kg BM. The dose of 90 mmol/kg BM produced an overdose effect which was superimposed on the signal-enhancing effect at the early time points. With a time-optimized acquisition technique, bolus injection of VSOP-C63 at a dose of 45 mmol/kg produces the same signal-enhancing effect in the aorta as the injection of 0.2 mmol Gd/kg (Magnevistý). This is due to the favorable R2-to-R1 ratio of VSOP-C63, which is 1.3 as determined at 37°C in 0.9% NaCl using a field strength of 0.47 T. MRI and histologic examinations in 65 rats, among them 30 control animals, revealed differences in iron accumulation from the contrast medium between the liver and the spleen. The signal intensities determined using a proton- density-weighted SE sequence and a T2-weighted GRE sequence at 1.5 Tesla suggest that VSOP-C63 accumulates mainly in the liver and to a lesser extent in the spleen. Maximal iron accumulation after administration of the contrast medium is complete after 24 hours, when metabolization of the particles starts. Metabolization is different in the liver and the spleen. While traces of iron from the contrast medium can still be found in the liver after two months of continuous metabolization, the iron from the contrast medium completely disappears from the spleen within one week of contrast medium injection. At one and two months after contrast medium injection, renewed signal loss due to the beginning physiologic storage of the iron was observed. Iron determinations revealed no age dependence in the liver tissue of rats with a body mass of up to 500 g whereas the spleen showed a marked increase in the amount of physiologically stored iron with age. Examination of the control animals demonstrated that the signal intensities of the spleen changed with age. Animals with a body mass of 280 g or above, which corresponds to an age of about 55 days, showed large amounts of iron in the spleen. Animals below this limit displayed only slight to moderate physiologic iron storage. Since the body´s intrinsic iron stores, if they are large enough, likewise produce a signal reduction, the animals´ age must be taken into account when investigating superparamagnetic iron oxide particles. In contrast, age plays no role for liver imaging in the age group investigated in this study (up to a maximum of 500 g). The two MRI sequences used in this study showed similar characteristics in the liver and in the spleen with the more sensitive T2-weighted GRE sequence depicting a more pronounced signal loss. The precision of the proton-density-weighted SE sequence and the sensitivity of the T2-weighted GRE sequence together present a useful combination for determining the signal behavior of a contrast medium dose over time. The histologic examinations of the control animals demonstrated physiologic iron in the lungs and kidneys but not in the liver and the heart. Following contrast medium injection, iron oxide particles were taken up by the cells of the mononuclear phagocytosing system. This uptake was most pronounced in the liver, where iron was predominantly taken up by peripherolobular Kupffer´s cells. Only little contrast medium iron is taken up by the spleen but the signal loss produced is likewise pronounced due to the Spinell structure. The results suggest that in the course of metabolization of the contrast medium iron from the liver and spleen, there is an increase of iron storage in other organs, especially in the lungs and kidneys but to a lesser degree also in the heart. However, one must bear in mind that these organs also show physiologic iron storage with increasing age (Casale et al., 1981; Massie et al., 1983). The morphometric results (number of particles, surface, and particle size) show a highly positive correlation with the signal intensities at MRI as long as the contrast medium iron particles preserve their Spinell structure. The surface of the iron particles in the contrast medium animals increases one and two months after injection without any effect on the other parameters. This observation may be attributed to a different mode of storage resulting from redistribution of the iron. It may be speculated that individual particles within a cell fuse to form larger particles or a single large particle in the course of time. The MRI data in combination with the macroscopic and histopathologic findings show that the new contrast medium VSOP-C63 is a well-tolerated agent that is unlikely to produce any adverse reactions at a dose of 60 mmol Fe/kg BM. With its extended equilibrium phase and excellent imaging properties, VSOP-C63 is a promising candidate for MR angiography and represents an alternative to the agents currently used in clinical routine.
