Präzise Bildgebung mit „XlinCA“ bei Tierversuchen

Neues Kontrastmittel: Blutgefäße einfacher und präziser sichtbar machen

Forscher der Universität Zürich haben ein neues Röntgenkontrastmittel entwickelt, das sich einfacher als bisherige anwenden lässt. Das Kontrastmittel gelangt zuverlässiger in alle Blutgefäße und ermöglicht so die präzise Bildgebung. Das hilft, die Anzahl der Versuchstiere zu reduzieren.

3D-Darstellung der Blutgefäße eines Mäusekopfes

3D-Darstellung der Blutgefäße eines Mäusekopfes mit Hilfe von CT und des neuen Kontrastmittels „XlinCA“. | Bild: Willy Kuo, UZH

Verschiedene Krankheiten bei Mensch und Tier – etwa Tumoren, Schlaganfälle oder chronische Niereninsuffizienz – schädigen die Blutgefäße. Betroffen sind insbesondere die Kapillaren, die kleinsten Blutgefäße, die überall im Körper feine Netzwerke bilden. Sie ermöglichen dank ihrer großen Oberfläche den Sauerstoffaustausch zwischen dem Blut und umliegendem Gewebe, zum Beispiel in den Muskeln beim Sport oder im Hirn beim Denken.

Räumliche Anordnung von Blutgefäßen sichtbar machen

Für die Diagnose und Therapie von Herz-Kreislauf- und anderen Erkrankungen ist es wichtig, den dreidimensionalen Verlauf der Blutgefäße genau zu kennen. Auch in der Grundlagenwissenschaft ist die Kenntnis der exakten Anatomie der Kapillaren in Organen von Mensch und Tier entscheidend, um blutgefäßschädigende Krankheiten zu erforschen und neue Therapien zu prüfen. Forscher der Universität Zürich (UZH), des Nationalen Forschungsschwer¬punkts Kidney.CH und des Biomaterials Science Centers der Universität Basel haben nun ein neuartiges Röntgenkontrastmittel namens „XlinCA“ entwickelt, mit dem die kleinsten Blutgefäße mit einem Computertomografen viel präziser als bisher sichtbar gemacht werden können.

Bis zu 25 Prozent weniger Versuchstiere

Die bislang verwendeten Kontrastmittel werden jeweils härtenden Plastikharzen beigemengt, bevor sie in die Blutgefäße von euthanasierten Tieren injiziert werden. Allerdings ist es ausgesprochen schwierig, die feinen Kapillaren in diversen Organen vollständig mit den zähflüssigen Harzen zu füllen. „Ohne jahrelange Erfahrung mit der richtigen Injektionstechnik sind die Kapillaren oft nicht oder nur teilweise gefüllt. Bis zu einem Viertel der resultierenden Bilder sind deswegen unbrauchbar“, sagt Willy Kuo, Postdoktorand am Physiologischen Institut der UZH. Gegenüber bisherigen Kontrastmitteln könnten mit „XlinCA“ bis zu 25 Prozent der Versuchstiere eingespart werden, so Kuo.

lukose-MRT Bildgebung

Wissenschaftlern ist es gelungen, Gehirntumoren mit einem neuen MRT-Verfahren sichtbar zu machen. Statt der üblichen Kontrastmittel, die für den Körper belastend sein können, nutzen sie eine einfache Zuckerlösung.

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Räumliche Darstellung der Blutgefäße auf dem Röntgenbild unterbrochen

Das Grundproblem konventioneller Verfahren ist, dass sich Plastik und Wasser nicht mischen lassen. Dadurch entstehen stets Wassereinschlüsse, in denen das Kontrastmittel fehlt, was die räumliche Darstellung der Blutgefäße auf dem Röntgenbild unterbricht. Wasserlösliche Röntgenkontrastmittel, die in der Medizin verwendet werden, haben dieses Problem zwar nicht. Allerdings lassen sich diese nicht aushärten und treten innert Minuten durch die Blutgefäßwände in das umliegende Gewebe aus.

Maßgeschneidertes Kontrastmittel für optimale Resultate

Kontrastmittel für den medizinischen Einsatz im Menschen bestehen aus kleinen Molekülen und sind relativ einfach herzustellen. „Ein maßgeschneidertes Kontrastmittel für den Einsatz in toten Organismen war wesentlich schwieriger zu synthetisieren, da es aus Polymeren – verketteten Molekülen – aufgebaut ist“, sagt Bernhard Spingler, Professor am Institut für Chemie der UZH. „XlinCA“ habe im Vergleich zu bisher verwendeten Röntgenkontrastmitteln mehrere Vorteile: Es lasse sich einfach anwenden und ermögliche, die Blutgefäße vollständig und ohne Unterbrüche abzubilden. Zudem können mehrere Organe oder gar ganze Tiere wie Mäuse gleichzeitig untersucht werden, so die Wissenschaftler.

 

Literatur:

Ngoc An Le, Willy Kuo, Bert Müller, Vartan Kurtcuoglu, Bernhard Spingler: Crosslinkable polymeric contrast agent for high-resolution X-ray imaging of the vascular system. Chemical Communications, 27 April 2020, DOI: 10.1039/C9CC09883F.


Quelle: UZH