MRT Diffusionstensor (DTI)- und BOLD

MRT Diffusionstensor (DTI)- und BOLD-Bildgebung zur Beurteilung
der diabetischen Nephropathie im Rattenmodell
Hueper K1, Gutberlet M1, Graumann B1, Hartung D1, Galanski M1, Wagner A2, Reiche D2
1 Medizinische Hochschule Hannover, Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, 2Abbott Products GmbH
Einleitung
Die diabetische Nephropathie führt zu funktionellen und strukturellen Veränderungen
der Niere sowie zu einem veränderten Ansprechen auf vasoaktive Substanzen wie z. B.
das Stickstoffmonoxid (NO). Der Nachweis und die Quantifizierung solcher
Veränderungen ist für die Therapieplanung und für die Beurteilung des
Therapieansprechens bei diabetischen Patienten wichtig.
Methoden der funktionellen MRT wie z.B. die Diffusions- oder die BOLD-Bildgebung sind
mögliche Ansätze zur Untersuchung von Veränderungen der Niere. Mittels
Diffusionstensor Bildgebung (DTI) können die globale Diffusion (ADC = Apparent Diffusion
Coefficient) und die Gerichtetheit der Diffusion, die sogenannte Diffusionsanisotropie (FA
= Fraktionale Anisotropie), bestimmt werden. BOLD (Blood Oxygen Level Dependency)Sequenzen ermöglichen durch die Messung von T2*-Zeiten indirekt die Beurteilung der
Gewebeoxygenierung. Eine kurze T2*-Zeit spricht für einen hohen Anteil an
deoxygeniertem Hämoglobin und somit für eine geringe Gewebeoxygenierung.
Die basalen T2*-Werte (vor L-Name-Gabe) unterschieden sich zwischen den Gruppen
nicht. Dagegen waren die kortikalen ADC-Werte in diabetischen Tieren signifikant erhöht
und die Werte bei uninephrektomierten Tieren waren signifikant höher als bei
diabetischen Tieren mit zwei Nieren (Daten nicht gezeigt). Umgekehrt war die FA der
Nierenrinde bei diabetischen Tieren signifikant reduziert (p<0.05; p<0,01) (Abb. 3D-E).
Nach der Gabe des NO-Synthesehemmers L-Name waren die T2*-Zeiten in allen Gruppen
und in allen Schichten signifikant erniedrigt, wobei die Reduktion im Mark von Tieren mit
Diabetes und UNX im Vergleich zu den anderen Gruppen vermindert war (Abb. 3A-C). FA
oder ADC wurden durch die L-Name-Gabe nicht beeinflusst.
Untersucht wurde in dieser Studie, ob die pathologischen Veränderungen im Rahmen der
diabetischen Nephropathie und das veränderte Ansprechen auf den NOSynthesehemmer L-NAME mittels DTI und BOLD im Diabetes-Ratten-Modell in vivo
nachweisbar sind.
Material und Methoden
Es wurden insgesamt 21 männliche Sprague Dawley Ratten untersucht und in drei
Gruppen (jeweils 7 Tiere) eingeteilt: 1. Kontrolltiere ohne Diabetes, 2. Ratten mit
Diabetes, 3. Ratten mit Diabetes und Uninephrektomie (UNX). Mittels Injektion von
Streptozotocin wurde im Alter von 24 Wochen Diabetes induziert (Gruppe 2 und 3).
Die MRT-Untersuchung erfolgte 8 Wochen nach der Diabetesinduktion in
Midazolam/Thiopental-Narkose (intraperitoneal) am 1,5 T MAGNETOM Avanto in einer 8Kanal-Handgelenksspule. Um die Hydratation der Tiere während der Untersuchung
konstant zu halten, wurde kontinuierlich physiologische Kochsalzlösung intraperitoneal
infundiert (2 ml/h). Es wurden T2-gewichtete Sequenzen in axialer und koronarer Ebene
akquiriert. Koronare DTI- und BOLD-Messungen wurden vor und zwei Minuten nach der
Gabe des NO-Synthesehemmers L-NAME durchgeführt (Sequenzparameter Tabelle 1).
Anhand von anatomischen Kriterien wurden ROIs in die Nierenrinde, das innere Mark und
das äußere Mark gelegt (Abb. 1). ADC, FA sowie T2*-Werte wurden für die einzelnen
Regionen vor und nach L-Name-Gabe bestimmt und zwischen den Gruppen verglichen.
Ergebnisse
Tiere, die zur Diabetesinduktion mit Streptozotocin behandelt wurden, wiesen als Zeichen
des Diabetes im Vergleich zu Kontrolltieren erhöhte Blutglukosewerte sowie eine
Albuminurie und Glukosurie auf, wobei uninephrektomierte Tiere stärker betroffen
waren. Eine Einschränkung der Glomerulären Filtrationsrate (GFR) bestand zum
Untersuchungszeitpunkt noch nicht.
Im MRT ließ sich die Architektur der Rattenniere mit Unterteilung in Rinde, äußeres Mark
und inneres Mark sehr gut darstellen. Die Diffusionseigenschaften und T2*-Zeiten
unterschieden sich in den Regionen (Abb. 1): Die FA war in allen Gruppen im inneren und
im äußeren Mark im Vergleich zur Rinde signifikant erhöht; die T2*-Zeiten waren im
inneren Mark höher als in der Rinde und im äußeren Mark.
Tabelle 1: Sequenzparameter
Spule
A
Schichtrichtung
TR / TE
Matrix
Schichtdicke
Mittelungen
Trigger
Diffusionsrichtungen
b-values / TI
DTI
BOLD
fettgesättigte EPI
8-Kanal-Handspule
C
D
koronar
184 ms / 12 TE: 6,18 ms,
5600 / 98 ms
10,44 ms, 14,70 ms…
128x128
256x256
2/0 mm
3 /0,6 mm
9
10
nein
nein
6
b = 0, 300 s/mm²
Abbildung 2: T2*-Zeiten vor und nach der Gabe von L-NAME (A-C) sowie
basale FA (D-E) in Kontrolltieren, Tieren mit Diabetes und Tieren mit Diabetes
und Uninephrektomie (UNX).
Abbildung 1: Beispiel eines diabetischen Tieres: makroskopisches Präparat (A), T2 (B),
Diffusonsbildgebung (C, E, F) und T2*-Karte (D).
Zusammenfassung
Mittels BOLD und DTI lassen sich komplexe Veränderungen im Rahmen der diabetischen
Nephropathie sowie Veränderungen durch Modulation der NO-Synthese im Rattenmodell
darstellen und quantifizieren. Die diabetische UNX-Ratte weist in Korrelation mit
Laborparametern die größten Veränderungen von Diffusionseigenschaften und
Gewebeoxygenierung auf.
Kontakt: Dr. med. Katja Hueper, Medizinische Hochschule Hannover, Institut für Diagnostische und
Interventionelle Radiologie, Carl-Neuberg-Str. 1, 30625 Hannover
Email: [email protected]