Nicht-invasive intravitale 3D-Kleintierimaging Plattform
Basic Research in Biology and Medicine
Final Report Abstract
Nicht invasive intravitale 3D Imaging Technologien basierend auf der bildgebenden Darstellung molekularer Tracer oder Substrate oder basierend auf genetisch veränderten Zelllinien und Tieren haben in den vergangenen Jahren nachhaltig dazu beigetragen, komplexe Krankheitsmechanismen und deren Dynamik im lebenden System zu verstehen. Damit konnten nicht nur neue (molekulare) Mechanismen aufgedeckt, sondern auch gezielt neuartige therapeutische Ansätze und Targets in vivo identifiziert und validiert werden. Im Rahmen der Erweiterung der experimentellen Plattformen im Kontext der an der Universitätsmedizin angesiedelten Forschungsschwerpunkte wurde die Anschaffung einer „Stateof-the-Art“ Technologie für nicht-invasives 3D Imaging beantragt. Ziel ist es damit dynamische pathophysiologische Prozesse im Rahmen der vaskulären Biologie, der Thrombose- und Hämostaseforschung und angrenzenden Fachdisziplinen wie der Immunologie und der Onkologie in vivo visualisieren zu können und damit die pathogenetische Dimension dieser Prozesse im Rahmen dieser Forschungsschwerpunkte weiter zu charakterisieren und darauf aufbauend zukünftig neue Interventionsstrategien (Therapien) zu entwickeln. Mit der Bewilligung und Etablierung des Systems an der Universitätsmedizin Mainz konnten diverse, teils bereits schon zuvor begonnene, Projekte realisiert werden. Prototypisch für eine Reihe tierexperimenteller Arbeiten ist die nicht-invasive Bildgebung von mikrovaskulären Gefäßverschlüssen im Rahmen von systemischen inflammatorischen Prozessen. In diesem Kontext hat sich die Visualisierung von fluoreszenzgekoppelten Nanopartikeln als effektives Maß für mikrovaskuläre Gefäßverschlüsse erwiesen, was durch Fluoreszenzmikroskopien validiert werden konnte. Durch die Verwendung von weiteren spezifischen, teils katalytisch aktivierbaren in vivo imaging Fluoreszenz-Substraten (wie Angiospark, Angiosense) findet das Imaging-System darüber hinaus eine breite Anwendung in unterschiedlichen Forschungsrichtungen. Schließlich wurden mit der Bewilligung eine Reihe genetisch manipulierter Reportermäuse und -zelllinien generiert, die in aktuell noch laufenden Projekten Verwendung finden für die nicht-invasive Visualisierung genregulatorischer Prozesse im Rahmen von Tumorerkrankungen sowie inflammatorischen Prozessen. Im direkten Vergleich zu Fluoreszenz-basierten Markierungsstrategien erweisen sich Biolumineszenz-basierte Labelling-Strategien insbesondere für nicht invasives optisches Imaging deutlich überlegen. Auch aktuelle Entwicklungen neuerer Fluoreszenzproteine mit Emissionsmaxima im längerwelligen (near-infrared) Bereich scheinen nur sehr begrenzt die Limitationen dieser Proteine für nicht-invasives optisches Imaging zu kompensieren. Zusammengenommen konnte mit der Etablierung des nicht-invasiven optischen Imagings an der Universitätsmedizin Mainz ein ‚Kontinuum‘ bildgebender Modalitäten erzielt werden, das das gesamte Spektrum von nicht invasiven Kleintierbildgebungsmaßnahmen in konsequenter Weise nahtlos erweitert und bereits bestehende in vivo und in vitro Imagingtechnologien (wie die Intravitalmikroskopie, Durchflusszytometrie und Multispectral Imaging Durchflusszytometer und konfokale Mikroskopie) darüber hinaus wirkungsvoll ergänzt. Schließlich scheint das nicht invasive optische Imaging dem für tierexperimentelle Arbeiten geltenden 3R-Prinzip (Replacement, Reduction and Refinement) in idealer Weise gerecht zu werden.
Publications
- Glucagon-like peptide-1 receptor signalling reduces microvascular thrombosis, nitrooxidative stress and platelet activation in endotoxaemic mice. Br J Pharmacol. 2017
Steven S, Jurk K, Kopp M, Kröller-Schön S, Mikhed Y, Schwierczek K, Roohani S, Kashani F, Oelze M, Klein T, Tokalov S, Danckwardt S, Strand S, Wenzel P, Münzel T, Daiber A.
(See online at https://doi.org/10.1111/bph.13549)
