Giessener Elektronische Bibliothek

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Ultraschnelle hochauflösende single breath-stop-Mikro-Computertomographie thorakaler und abdomineller Organe der lebenden Maus unter Verwendung einer vereinfachten Intubationsmethode

Boll, Hanne


Originalveröffentlichung: (2012) Giessen : VVB Laufersweiler
Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (5.226 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-87753
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2012/8775/

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Klinik für Kleintiere (Chirurgie)
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5896-8
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.05.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 13.06.2012
Kurzfassung auf Deutsch: Die Tierversuchsbildgebung ist in der präklinischen Forschung von zunehmender Relevanz, da sie die nicht-invasive, longitudinale Untersuchung von Versuchstieren ermöglicht, ohne dass diese hierfür getötet werden müssen. Eine Möglichkeit der nicht-invasiven Bildgebung ist die Mikro-CT. Ein Problem der in vivo Mikro-CT thorakaler und abdomineller Strukturen resultiert aus Bewegungsunschärfe verursachenden Atemartefakten. Bisher wurden zur Lösung dieses Problems verschiedene Gating-Techniken eingesetzt, welche jedoch oft mit verlängerten Untersuchungszeiten bzw. einer erhöhten Strahlendosis einhergehen und nicht ubiquitär implementierbar sind. Eine Alternative zum Atemgating stellt die Bildgebung während eines einzigen Atemstopps dar. Eine Voraussetzung hierfür ist die Intubation der Tiere, um eine Kontrolle der Atmung zu erreichen. Ziel der vorliegenden Dissertation war daher zunächst die Etablierung einer vereinfachten, sicheren und schnellen Methode zur Intubation der Maus. Anschließend wurde ein Versuchsprotokoll zur Bildgebung während eines einzigen Atemstopps erarbeitet. Abschließend wurde der Einsatz der Atemstopptechnik für die longitudinale ultra-schnelle Mikro-CT von Thorax und Abdomen bei der Maus evaluiert.
Zur Bildgebung wurde ein Materialprüfungs-CT, welches extrem schnelle Untersuchungszeiten zwischen 20 und 40 Sekunden erlaubt, verwendet. Es wurden zehn C57BL/6-Mäuse in Inhalationsnarkose unter Verwendung eines neuroradiologischen Mikrodrahtes in Seldinger-Technik intubiert, beatmet und mittels intraperitonealer Gabe von Rocuronium relaxiert. Nach i.v. Kontrastmittelgabe (Fenestra VC) wurde die Mikro-CT des Thorax und der Oberbauchorgane (80 kV; 75 µA; 190° Rotation; 600 Projektionen/20 Sekunden oder 1200 Projektionen/40 Sekunden; Voxelgröße 39 x 39 x 50 µm) während einer einzelnen Atemstopp-Phase und zum Vergleich ohne Atemstopp durchgeführt. Die Evaluierungsexperimente zur Wiederholbarkeit der single breath-stop-Mikro-CT im selben Tier wurden anhand eines Mausmodells mit Lebermetastasen durchgeführt (n=13; C57BL/6 Han TgN (CEA-gen) HvdP-Mäusen, intrasplenische Injektion von MC38 bzw. C15-A.3 Kolonkarzinomzellen). Um Lebermetastasen im Mikro-CT darstellen zu können, wurde ein leberspezifisches Kontrastmittel (Viscover® ExiTron® nano oder Fenestra LC) injiziert.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass die von uns etablierte vereinfachte Intubationsmethode ohne zusätzliche Hilfsmittel wie ein Mauslaryngoskop, eine Maushalterung oder ein Glasfaserkabel möglich ist und die einfache, sichere und schnelle (< 1 Minute) Intubation bei allen Tieren erlaubt. Die Bildgebung in Atemstopp-Technik wurde von allen Mäusen gut toleriert und verbesserte die Bildqualität in Bezug auf Bildschärfe und Detailerkennbarkeit. Der Durchmesser der kleinsten in der Mikro-CT identifizierbaren Lungengefäße lag bei ca. 100 µm. Longitudinale hochauflösende Untersuchungen des Wachstums von Lebermetastasen waren mittels single breath-stop-Technik ebenfalls möglich. Die kleinsten sicher identifizierbaren Lebermetastasen hatten einen Durchmesser von ca. 300 µm. Als leberspezifisches Kontrastmittel erwies sich ExiTron nano im Vergleich zu Fenestra LC als vorteilhaft, da zum einen die Injektionsmenge mit 100 µl um 75% geringer und zum anderen eine einmalige Injektion für eine longitudinale Bildgebung ausreichend war.
Somit lässt sich zusammenfassen, dass die von uns etablierte Intubationsmethode sicher, schnell und einfach durchzuführen ist, von den Mäusen gut toleriert wird und wiederholt im selben Tier einsetzbar ist. Die single breath-stop-Mikro-CT erlaubt somit die schnelle und hochauflösende longitudinale Beurteilung von thorakalen und abdominellen Strukturen in der lebenden Maus. Damit bietet die in dieser Arbeit etablierte Methode eine Vielzahl von weiteren Einsatzmöglichkeiten für in vivo Studien in der Maus. Die in der vorliegenden Arbeit entwickelte Methode trägt somit zu einer Reduktion der Anzahl benötigter Versuchstiere bei, da sie die nicht-invasive longitudinale Untersuchung von Versuchstieren ermöglicht, ohne dass diese hierfür getötet werden müssen.
Kurzfassung auf Englisch: Imaging in laboratory animals is of increased importance in preclinical research, as it enables non-invasive, longitudinal monitoring of laboratory animals without the need to kill them. One of the methods used for non-invasive imaging is micro-CT. In vivo micro-CT of thoracic and abdominal structures in small rodents is problematic due to artifacts arising from the respiratory motion of the animal. While mainly gating techniques were used to circumvent this problem, they suffer from increased scan times, higher radiation doses and can not be implemented ubiquitary. Imaging during a single breath-stop period provides an alternative to gating techniques, but requires intubation of the animal to obtain control of respiration. The purpose of this thesis was therefore 1.) to establish a simplified, reliable and fast method for intubation of mice, 2.) to establish an experimental protocol for imaging during a single breath-stop, and 3.) to evaluate the use of the breath-stop technique for longitudinal ultra-fast micro-CT of the thorax and abdomen in mice.
For micro-CT imaging, an industrial x-ray inspection volume CT offering scanning times between 20 and 40 seconds was used. Ten C57BL/6-mice were anesthetized by isofluran inhalation, intubated by Seldingers technique using a neuroradiological wire guide, ventilated and relaxed by intraperitoneal administration of rocuronium. After i.v. administration of a contrast agent (Fenestra VC), micro-CT of the thorax and the upper abdominal organs (80 kV; 75 µA; 190-degree rotation; 600 projections/20 seconds or 1200 projections/40 seconds; voxelsize 39 x 39 x 50 µm) was performed with and without the single breath-stop technique. Longitudinal experiments using the single breath-stop technique were carried out using a mouse model of liver metastasis (n=13; C57BL/6 Han TgN (CEA-gen) HvdP-mice; intrasplenic injection of MC38 or C15-A.3 colon carcinoma cells). For micro-CT imaging of liver metastases a liver-specific contrast agent (Viscover®ExiTron® nano or Fenestra LC) was injected. To monitor tumor growth mice underwent repeated micro-CT imaging over several days using the single breath-stop technique.
Our results showed that the simplified method of intubation required no specific hardware tools (e.g. purpose-made laryngoscopes, mouse holders etc.) and allowed simple, safe and fast (< 1 minute) intubation of all mice. Relaxation of mice allowed prolonged single breath-stop imaging of up to 40 seconds. Breath-stop imaging was tolerated well by all mice and improved image quality in terms of sharpness and detail discrimination compared to images acquired in breathing mice. Diameter of smallest identifiable lung vessels was 100 µm. Longitudinal high resolution imaging of liver tumor growth was also sucessfully feasible using the single breath-stop technique. The smallest detectable liver metastases measured approximately 300 µm in diameter. ExiTron nano is preferable to Fenestra LC as injection volume is significantly lower (100 vs. 400 µl) and as a single injection was sufficient for longitudinal imaging.
To conclude, the modified method of intubation is safe, fast and simple. Single breath-stop imaging was tolerated well by all mice and allowed longitudinal imaging. Thus, single breath-stop-micro-CT allows fast and high-resolution longitudinal imaging of thoracic and abdominal structures in living mice. The method established in this study offers a variety of other applications for in vivo studies in mice.
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