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Zelltracking

Repräsentative coronale Darstellung eines Rattenhirns nach Ischämie und anschließender Applikation von verschiedenen Mengen an mit Kontrastmittel markierten mesenchymalen Stammzellen (MSCs) im 9.4T MRT. Die Stammzellen zeigen sich in T2*-gewichteten Aufnahmen als dunkle Punkte und befinden sich ausschließlich im Ischämiegebiet der rechten Hirnhemisphäre. Das Ischämiegebiet ist in den T2-gewichteten Aufnahmen zu sehen.

Bislang konnte man vor allem mithilfe histologischer Techniken unter dem Mikroskop das Schicksal und die Lokalisation von Stammzellen untersuchen. Durch die kontinuierliche Verbesserung bildgebender Verfahren wie dem MRT unter Vewendung von Hochfeld-Spulen ist eine erstaunliche optische Auflösung von Hirnstrukturen erreicht worden. Dies erlaubt mittlerweile auch eine Darstellung von Zellpopulationen in vivo, d.h. im lebenden Organismus.

Um das Migrationsverhalten, also die Bewegung von Stammzellen nach ihrer Injektion, studieren zu können, benötigt man ein Beobachtungsverfahren, welches weder für die Zellen, noch für den Organismus in welchen die Zellen eingebracht werden, toxisch ist. Die Lösung ist die Markierung der Zellen mit einem speziell für das MRT hergestellten nicht-toxischen Kontrastmittel, welches entweder Gadolinium-Chelate oder Eisenoxidpartikel enthält. Diese führen durch ihre paramagnetischen Eigenschaften zu einer Verkürzung der Relaxationszeit während der MRT-Untersuchung, d.h. der Wiederausrichtung des Kernspins der Atome entlang des von außen angelegten Magnetfelds nach dem Ende des Hochfrequenzimpulses. Dadurch lassen sich mit solchen Kontrastmitteln markierte Zellen optisch leicht vom umliegenden Hirngewebe abgrenzen. Der Nachteil von früher verwendeten MRT-Kontrastmitteln liegt in ihrer relativ großen Partikelgröße von bis zu 60 nm Durchmesser. Seit wenigen Jahren verwenden wir ein neuartiges Kontrastmittel mit Eisenoxidpartikeln der neuesten Generation und Partikelgrößen von nur 4-9 nm. Dieses eignet sich besonders für die schonende Markierung von Zellen und der anschließenden Applikation dieser. Hiermit ist es möglich, sehr sensitiv verschiedenste Zellzahlen mittels MRT-Bildgebung nachzuweisen.

A – Repräsentative Darstellung von Hirnschnitten eines Rattenhirns nach Ischämie und anschließender Applikation von mit Kontrastmittel markierten mesenchymalen Stammzellen. Nach Berliner Blau Färbung (blaues Signal) ist das eisenhaltige Kontrastmittel deutlich im Zytoplasma der Stammzellen zu erkennen. Die Autofluoreszenz des mit Fluorescein markierten Kontrastmittels (grün im Fluoreszenzbild) kolokalisiert mit Berliner Blau positiven Stellen (blau = DAPI/Zellkerne). B – Berliner Blau positive Stellen kolokalisieren ebenfalls mit einem Marker für humane Mitochondrien (braun).

Nach der Applikation lassen sich die Stammzellen histologisch zum einen aufgrund ihres menschlichen Ursprungs mithilfe von humanen Markern und zum anderen auch anhand des Eisengehaltes des Kontrastmittels mittels der Berliner-Blau-Färbung nachweisen.

Publikationen

  • ,,Detection and analysis of MSCs in rat brain after MCAO induced stroke." Grudzenski S, Baier S, Lemke A, Pullens P, Ebert A, Rossmanith C, Bieback K, Dijkhuizen R, Schad LR, Hennerici MG, Fatar M. Presentation, XXIII Europ. Stroke Conference 2014, Nice, France

Kontextspalte

Ansprechpartner

Marc Fatar

Prof. Dr. med. Marc Fatar

Leitender Oberarzt

Angelika Alonso

Prof. Dr. med. Angelika Alonso

Oberärztin

Grudzenski-Theis, Saskia

Dr. rer. nat. Saskia Grudzenski-Theis

Wissenschaftliche Mitarbeiterin