Giessener Elektronische Bibliothek

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Beitrag der Mikro-CT zum 3R-Prinzip am Beispiel eines in-vivo und ex-vivo Modells: Longitudinale Evaluation zerebraler Vasospasmen nach Subarachnoidalblutung mittels Mikro-CT-Angiographie im Mausmodell und Analyse der Schichtdicke dentaler Glattflächenversiegler in der Mikro-CT

Weyer, Vanessa


Originalveröffentlichung: (2020) Giessen : VVB Laufersweiler Verlag
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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-155869
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2020/15586/


Universität Justus-Liebig-Universität GieĂźen
Institut: Klinikum für Veterinärmedizin, Klinik für Kleintiere (Chirurgie); Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Universitätsmedizin, Klinik und Poliklinik für Neuroradiologie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-6892-9
Sprache: Deutsch
Tag der mĂĽndlichen PrĂĽfung: 05.10.2020
Erstellungsjahr: 2020
Publikationsdatum: 11.11.2020
Kurzfassung auf Deutsch: Die Etablierung neuer Tiermodelle ermöglicht die Erforschung von Krankheitsverläufen und neuen Therapiemöglichkeiten. Der Einsatz bildgebender Verfahren erlaubt hierbei, die Zahl der notwendigen Versuchstiere zu reduzieren. Daher war es Ziel dieser Dissertation, ein neues Tiermodell für die longitudinale Evaluation zerebraler Vasospasmen nach Subarachnoidalblutung in der Maus zu etablieren. In diesem Tiermodell sollte mithilfe nicht-invasiver Bildgebung (Computertomographie) die Induktion einer subarachnoidalen Blutung verifiziert werden, sowie unter Anwendung der digitalen Subtraktionsangiographie longitudinal die Veränderungen der Durchmesser der großen zerebralen Arterien untersucht werden.
Im Gegensatz zu bereits publizierten Studien zur Erforschung zerebraler Vasospasmen sollte mit diesem Modell die Tierzahl reduziert werden. Um dies zu erreichen wurden die einzelnen OP-Techniken zunächst an Tieren ex vivo erlernt und optimiert, da sowohl bei der Implantation eines Vena-Jugularis-Katheters, als auch bei der Induktion einer Subarachnoidalblutung eine hohe Komplikationsrate besteht. Anschließend wurden die erlernten Techniken an 30 C57BL/6 Mäusen angewandt und über einen Zeitraum von zwei Wochen digitale Subtraktionsangiographien durchgeführt. Dies ermöglichte eine longitudinale Evaluation der Durchmesser der großen zerebralen Gefäße.
Mittels kontrastmittelgestützter Computertomographie nach Fadenperforation konnten wir das Ausmaß einer SAB in der Maus bestimmen. Anhand dieser Daten konnte ein Score entwickelt werden, welcher sowohl eine hohe signifikante Korrelation mit dem an Tag 1 ermittelten Neuroscore aufweist (rsp=0,803; p<0,001), als auch einen prognostischen Faktor in Bezug auf das Überleben der Tiere zeigt (rsp=-0,71; p<0,001). Die jeden zweiten Tag durchgeführte digitale Subtraktionsangiographie erlaubte eine Quantifizierung der zerebralen arteriellen Vasospasmen in der Maus. Die maximalen Gefäßkontraktionen waren an den Tagen 3 und 5 zu detektieren. Im weiteren Verlauf waren die Spasmen langsam regredient. Zusätzlich wurde eine Perfusionsmessung aus den Daten der digitalen Subtraktionsangiographien versucht. So konnten Perfusionsdefizite ermittelt werden, sowie eine negative Korrelation der cerebralen Perfusion an Tag 5 und dem Überleben festgestellt werden (rsp=-0,54; p=0,004). Des Weiteren konnten in 3 Mäusen Pseudoaneurysmen an der Perforationsstelle detektiert werden.
Die Etablierung dieses Tiermodells bietet die Möglichkeit, mit einer geringeren Tierzahl zerebrale Vasospasmen in der Maus zu untersuchen. Durch die Erweiterung des Einsatzbereiches der Mikro-CT konnte zusätzlich zur Evaluation der zerebralen Vasospasmen ein prognostischer Score etabliert werden, eine Auswertung von Perfusionsdaten erfolgen, sowie erstmals Pseudoaneurysmen in der Maus in vivo detektiert werden. Dies bietet die Grundlage für weiterführende Versuchsvorhaben.
Die zweite im Rahmen dieser Dissertation eingereichten Arbeit befasst sich mit der computertomographischen Untersuchung dentaler Referenzproben für Vergleichsaufnahmen mit der optischen Kohärenztomographie. Hierfür wurden humane extrahierte Prämolaren und Molaren mit drei verschiedenen Glattflächenversieglern (Light BondTM Sealant, Pro Seal® und Opal® Seal) behandelt und deren Schichtdicke mithilfe der Mikro-CT bestimmt. Aufgrund der mangelhaften Auflösung der Mikro-CT im zweistelligen Millimeterbereich ist die exakte Ausmessung der auf die Zahnproben aufgetragenen Versieglungen unpräzise. Die Messwerte anhand der computertomographischen Aufnahmen weichen deutlich von den Messwerten anhand der OCT ab (Pro Seal®: OCT =656µm, µCT =710µm; Light BondTM: OCT =645µm, µCT =610µm; Opal® Seal: OCT =722µm, µCT =690µm). Die Messwerte der OCT wurden zusätzlich mittels lichtmikroskopischer Messungen bestätigt.
Dennoch bleibt die Mikro-CT eine wichtige Bildgebungsmodalität für die zahnmedizinische Forschung. Durch diese Anwendungsmöglichkeit ex vivo ist ein Verzicht auf Tierversuche für viele Fragestellungen möglich.
Beide hier vorgestellten Arbeiten tragen durch den erfolgreichen Einsatz nicht invasiver bildgebender Verfahren zur langfristigen Senkung der Versuchstierzahlen bei. Zusammenfassend konnte durch die erfolgreiche Etablierung der Mikro-CT in den hier vorgestellten Studien die Anwendungsmöglichkeiten eines industriellen Röntgendurchleuchtungsgerätes in der präklinischen Forschung erweitert werden.
Kurzfassung auf Englisch: Animal models are required to further investigate various diseases and to for the development of novel therapeutic approaches. Usage of small animal imaging reduces the number of animals needed in preclinical research. Aim of this doctoral thesis thus was to establish a novel animal model for longitudinal evaluation of subarachnoid hemorrhage (SAH) induced cerebral vasospasm in mice. Noninvasive imaging (computed tomography) was used to quantify the amount of subarachnoid hemorrhage in this model, whereas caliber changes of large cerebral arteries were longitudinally examined using digital subtraction angiography (DSA).
Whereas in most studies on cerebral vasospasm animals were sacrificed at predefined time points after the induction of subarachnoid hemorrhage in order to quantify vasospasm post mortem using microscopy and histology, we aimed at reducing the number of required animals by repetitively scanning mice using DSA. Finally, DSA was performed in 30 female C57Bl/6 mice over a period of two weeks, whereby the longitudinal evaluation of large cerebral vessel vasospasm was feasible.
As a result of the application of contract agent right before induction of SAH, detection and quantification of SAH was feasible in mice. A novel system for scoring the severity of SAH in mice was developed. This score showed a highly significant correlation with the neuroscore on day 1 (rsp=0,803; p<0,001) and therefore was a prognostic factor for survival time of the animals (rsp=-0,71; p<0,001). DSA was performed every other day and allowed to detect cerebral arterial vasospasm in mice. Maximum large vessel vasospasm was observed on days 3 and 5 after induction of SAH. Artery diameter normalized between days 7 and 15 after SAH. Additionally, semiquantitative perfusion analyses were attempted. Perfusion deficits were calculated from DSA series, and a negative correlation between perfusion on day 5 and survival was observed (rsp=-0,54, p=0,004). Furthermore, in three animals cerebral pseudoaneurysm arising from the site of filament perforation were visualized.
Thus we have been able to a.) establish a novel model to longitudinally investigate cerebral vasospasm in living mice using DSA (hereby reducing the number of animals required), b.) establish a method to quantify and score the amount of SAH in mice using micro-CT, c.) successfully performed cerebral perfusion analyses in living mice and d.) for the first time observed growing pseudoaneurysm in living mice. The animal model developed may be helpful for furture studies on SAH-related vasospasm, which still is an unsolved problem in our patients.
We furthermore utilized micro-computed tomography to evaluate dental reference samples from patients for comparison with optical coherence tomography. Therefore human extracted premolar and molar teeth were treated with three different orthodontic surface sealants (Light BondTM Sealant, Pro Seal® und Opal® Seal) and layer thickness was determined by micro-CT. Due to the deficient spatial resolution of micro-CT, measurement of orthodontic surface sealants on tooth samples is imprecise. Measured values of images by computer tomography differ distinct from measured values of the OCT (Pro Seal®: OCT =656µm, µCT =710µm; Light BondTM: OCT =645µm, µCT=610µm; Opal® Seal: OCT =722µm, µCT=690µm). Values by the OCT were confirmed by light microscopic measurements.
However, micro-CT is an imaging modality of major interest in dental research. This application ex vivo facilitates to renounce animal experiments.
Both presented studies contribute to the long-term reduction of animals used in preclinical research. We thus summarize that micro-CT is a versatile tool for imaging a vast range of objects in preclinical research and is helpful to reduce the number of animals required as suggested by the 3R-principle.
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