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Monitoring von Myokardinfarkten an der Maus nach Stammzelltransplantation

Die Maus hat eine zentrale Bedeutung für experimentelle Studien zur Erforschung des Myokardinfarktes mit der MRT erlangt. Zum einen stehen verschiedene transgene Tierstämme zur Verfügung, um spezielle Modelle zur Pathophysiologie und Pathobiochemie zu überprüfen. Es besteht viel Erfahrung in der operativen Erzeugung von Myokardinfarkten durch Okklusion einer Koronararterie. Schließlich zeigten zahlreiche Studien an Mäuseherzen mit der MRT, dass ein Infarktareal im Herzen anhand eines akinetischen Bezirks in cine Sequenzen oder durch abweichende Signalgebung im T2-, diffusions- oder kontrastmittel-gewichteten Bild eindeutig zu identifizieren ist. Zudem können Muskelmasse und globale Funktionsparameter der linken Herzkammer bestimmt werden.

Diese Kenntnisse gaben den Anlass, die Entwicklung eines Myokardinfarktes an der Maus mit der MRT in Abhängigkeit von einer speziellen Stammzelltherapie zu studieren. Bisher geht man davon aus, dass die postmitotischen Myokardzellen definitiv nicht mehr teilungsfähig sind und einmal untergegangenes Herzmuskelgewebe nicht durch neuen intaktes Gewebe ersetzt werden kann. Ein Ausweg sollen adulte Stammzellen bieten, die als pluripotente Reservezellen im Knochenmark liegen. Im Speziellen ist zu fragen, ob sich Stammzellen tatsächlich und in größerem Umfang zu Myokardzellen differenzieren können, ob sie in den kardialen Zellverbund integriert werden, welche Überlebensdauer sie im Herzmuskel haben und ob sie zu einer Verbesserung der Herzmuskelfunktion führen. Zu diesen Fragen wird die Arbeitsgruppe um Dr. Elsässer mit weiteren Mitarbeitern der Kardiologie der Kerckhoff-Klinik ein spezielles Mäusemodell einsetzen, das in Zusammenarbeit mit Prof. Peters von der Universität Freiburg entwickelt wurde.

Im ersten Schritt werden Mäuse bestrahlt, um alle eigenen Knochenmarkzellen zu zerstören. Dann werden Stammzellen aus dem Knochenmark fremder Mäuse injiziert, die mit Retroviren markiert wurden. Zudem werden die Knochenmarkzellen mit einem MR-Kontrastmittel markiert, um die Besiedelung des Herzmuskels mit Stammzellen anhand eines veränderten Signals im Herzen zu identifizieren. Im nächsten Schritt wird experimentell ein Herzinfarkt durch Ligatur des Ramus interventricularis anterior (RIVA) erzeugt und nach 3, 8 und 21 Tagen untersucht, ob sich neuer Herzmuskel aus den fremden Stammzellen gebildet hat. Alternativ wird ein Hypertrophiemodell getestet, wo durch „Banding“ der Aorta eine chronische Ischämie im Herzmuskel erzeugt wird. Auch hier wird postoperativ in den gleichen Zeitabständen nach immigrierten Myokardzellen gesucht.

Die Bildgebung wird im 7T-Gerät am narkotisierten Tier durchgeführt. Unter EKG-Triggerung und kontinuierlicher Überwachung der Atmung wird die linke Herzkammer lückenlos mit Cine-Sequenzen von der Herzbasis bis zur Herzspitze abgebildet. Anhand der gewonnen Kurzachsenschnitte können akinetische Bezirke der Vorderwand, sowie Herzmuskelmasse und Ejektionsfraktion bestimmt werden. Mit T1- und T2-gew. Spinecho-Sequenzen sind dann Myokardödeme und Bezirke mit MR-Kontrastmittel markierten Stammzellen zu erkennen.

Abschließend werden die Tier getötet und verschiedene Methoden zur Identifzierung der Stammzellen, der Differerenzierung zu Myokardzellen und zur Integration in den ortständigen Zellverband durchgeführt. Insgesamt soll das Projekt über 3 Jahre laufen und wird über DFG-Mittel gefördert.