Magnetresonanztomographie und in-vivo Fluoreszenzbildgebung an einem neu etablierten orthotopen Ösophaguskarzinommodell

Abstract

Orthotope Tiermodelle eignen sich in besonderer Weise, um die klinische Tumorerkrankung sowohl in Bezug auf Wachstum des Primärtumors als auch in Bezug auf die Metastasierung zu repräsentieren. Die Verwendung von GFP-transfizierten Zellen ermöglicht hierbei eine Tumorzelldetektion in-vivo und ex-vivo mittels Fluoreszenzbildgebung. In dieser Studie sollen in-vivo Fluoreszenzimaging und Kleintier-MRT an einem orthotopen Ösophaguskarzinommodell für das Adenokarzinom etabliert und evaluiert werden. Nach dem Anzüchten von GFP-transfizierten humanen Ösophaguskarzinomzellen in der Zellkultur wurden diese zunächst in Nacktmäusen subkutan injiziert und der subkutan wachsende Tumor orthotop an den distalen abdominellen Ösophagus implantiert. Nach der Operation erfolgte für 55 Tage die tägliche Untersuchung durch in-vivo Fluoreszenzimaging und alle drei Tage die Untersuchung durch Magnetresonanztomographie. Nach 55 Tagen wurden die Tiere sakrifiziert und seziert. Die entnommenen Organe wurden hierbei einzeln mittels Fluoreszenzbildgebung untersucht. Alle operierten Tiere zeigten ein orthotopes Tumorwachstum. Hierbei bietet die Magnetresonanztomographie eine ausgezeichnete anatomische Darstellung und die Möglichkeit zur akkuraten Messung des Tumordurchmessers. Metastasen konnten im MRT artefaktbedingt nicht nachgewiesen werden. Im in-vivo Fluoreszenzimaging ist die Darstellung des Primärtumors durch die Streuung und Absorbtion im Gewebe limitiert. Dies führt zu einer begrenzten Eindringtiefe. Die Überlagerung des orthotopen Tumors durch Leber und Magen verhindert zum Teil das Auftreten von Fluoreszenzsignalen. Von fünf Tieren zeigten insgesamt vier Tiere eine Metastasierung in Leber oder Lunge sowie vier Tiere eine Metastasierung in lokoregionäre Lymphknoten. Die Metastasen ließen sich ex-vivo durch die Untersuchung der einzelnen Organe mittels Fluoreszenzimaging detektieren. In dieser Studie konnte erstmals die Etablierung eines zuverlässig metastasierenden orthotopen Modells für das ösophageale Adenokarzinom gezeigt werden. Dieses kann zum Beispiel im Rahmen von Therapieversuchen eingesetzt werden. Durch Kombination der beiden bildgebenden Verfahren wird eine optimale Analyse des Tumorwachstums ermöglicht.

Orthotopic animal models have proven to be suitable to represent the clinical tumor disease concerning both primary tumor growth and metastasis. The utilization of GFP transfected cells allows easy detection of tumor cells in-vivo and ex-vivo using fluorescence imaging. The aim of this study is to develop an orthotopic animal model for esophageal adenocarcinoma and to evaluate fluorescence imaging as well as small animal MRI using this model. GFP transfected human adenocarcinoma cells growing in cell culture were subcutaneously injected into nude mice. The subcutaneously grown tumor was implanted to the distal abdominal esophagus using surgical orthotopic implantation (SOI). For 55 days after operation mice were examined daily using in-vivo fluorescence imaging and at an interval of three days using small animal MRI. At day 55 animals were sacrificed and the necropsy procedure was performed. The removed organs were imaged separately using fluorescence imaging. All implanted animals showed orthotopic tumor growth. MRI provides good anatomical imaging of primary tumor growth, and offers measurement of tumor diameter. Metastasis could not be detected by MRI due to imaging artifacts. in-vivo fluorescence imaging is limited by tissue scatter and absorbtion leading to a maximum penetration depth. Furthermore imaging of primary tumor was limited by overlapping organs, such as liver and stomach. Four of five animals showed metastasis in liver and lung, four of five metastasis in regional lymph nodes. The metastasis could be detected by fluorescence imaging of the dissected organs. In this study, we were able to establish a novel orthotopic model of esophageal adenocarcinoma. The model shows reliable metastasis to liver, lung and lymph nodes. In the future this metastatic model could be very suitable for the evaluation of new drugs. The complementary use of both imaging methods allows the optimal analysis of tumor growth.