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Fragestellung: Molekulare Bildgebung ermöglicht die nicht-invasive Darstellung von Molekular- und Zellbiologie im lebenden Organismus. Gegenüber bisheriger Untersuchungsmethoden bieten optische Bildgebungsverfahren wie die Biolumineszenz (BLI) die Möglichkeit, am lebenden Mausmodell quantitative Messungen einer spezifischen molekularen Expression mithilfe von Reportergenen vorzunehmen. Dies erlaubt die präzise räumliche und zeitliche Analyse des individuellen Versuchstiers. Durch diese neuen Bildgebungsverfahren werden nun molekulare Untersuchungen am intakten lebenden Knochen möglich ("Musculoskeletal Molecular Imaging").

Methodik: Grundlage unserer Studie ist ein transgenetisches Mausmodell, bei dem das Reportergen Firefly- Luciferase (FLuc) unter Kontrolle des VEGF-Promotors (VEGF-FLuc) exprimiert wird. Das Reporterproteinsubstrat D-Luciferin wird nach i.p.-Injektion mittels Katalyse durch FLuc oxidiert, und die dabei entstandene überschüssige Energie wird in Form von Licht visualisiert und quantitativ gemessen. Dies ermöglicht die VEGF- Expression nicht-invasiv in der lebenden Maus zu detektieren. VEGF-FLuc-FVB/N-Mäusen (weiblich, 8 Wochen alt) wurde ein Kalottentransplantat (~4x4mm) in-vivo entnommen und in einen Kalottendefekt derselben Größe in FVB/N-Kontrollmäuse implantiert. Über den zeitlichen Verlauf der Knochenheilung wurde die VEGF-Expression quantitativ gemessen. Um eine präzise Zeitpunktanalyse zu ermitteln, wurde in jede Maus eine Pumpe implantiert, die kontinuierlich D-Luciferin freisetzt, um so die individuelle spezifische VEGF-Induktion erfassen zu können. Der Vollständigkeit halber diente eine weitere Gruppe von Mäusen zur immunohistochemischen Aufarbeitung der Kalottendefektheilung.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die VEGF-FLuc-Expression war über den gesamten Verlauf der Knochendefektheilung mittels BLI nachweisbar. Referenzbilder von Kontrollmäusen zeigten kein unspezifisches optisches Signal in den Aufnahmen. In der Transplantat-Gruppe stieg die VEGF-Expression zwischen Tag 7 und 14 steil an (fünffach zum Ausgangswert). Mithilfe der implantierten D-Luciferin- Pumpe konnte für jedes Tier individuell eine präzise Expressionsanalyse mit Bestimmung des Beginns, Verlaufs und Abfalls dieser Phase durchgeführt werden. Die zeitliche und räumliche VEGF- Expression ließ sich mittels Histologie verifizieren. In einem nächsten Schritt ist die Profilanalyse von Wachstumsfaktoren im Kalottentransplantationsmodell geplant. Über virale Transfektion kann die Reaktionskette eines Wachstumsfaktors manipuliert und über BLI die Auswirkung auf den Heilungsverlauf visualisiert werden. Optische bildgebende Verfahren bergen das Potential Heilungsprozesse dieses hochkomplexen Knochengewebes auf molekularer Ebene zu analysieren. Wir erwarten in den nächsten Jahren eine Ausweitung dieser neuen Untersuchungsmethoden, da diese erlauben, mithilfe der bisher verwendeten genetisch veränderter Tiermodelle das molekulare Zusammenspiel in unterschiedlichsten Geweben und ihren Prozessen besser zu verstehen.