Blutgefässe einfacher und präziser sichtbar machen

Verschiedene Krankheiten bei Mensch und Tier – etwa Tumoren, Schlaganfälle oder chronische Niereninsuffizienz – schädigen die Blutgefässe. Betroffen sind insbesondere die Kapillaren, die kleinsten Blutgefässe, die überall im Körper feine Netzwerke bilden. Sie ermöglichen dank ihrer grossen Oberfläche den Sauerstoffaustausch zwischen dem Blut und umliegendem Gewebe, zum Beispiel in den Muskeln beim Sport oder im Hirn beim Denken.

Räumliche Anordnung von Blutgefässen sichtbar machen

Für die Diagnose und Therapie von Herz-Kreislauf- und anderen Erkrankungen ist es wichtig, den dreidimensionalen Verlauf der Blutgefässe genau zu kennen. Auch in der Grundlagenwissenschaft ist die Kenntnis der exakten Anatomie der Kapillaren in Organen von Mensch und Tier entscheidend, um blutgefässschädigende Krankheiten zu erforschen und neue Therapien zu prüfen. Forschende der Universität Zürich (UZH), des Nationalen Forschungsschwer­punkts Kidney.CH und des Biomaterials Science Centers der Universität Basel haben nun ein neuartiges Röntgenkontrastmittel namens «XlinCA» entwickelt, mit dem die kleinsten Blutgefässe mit einem Computertomografen viel präziser als bisher sichtbar gemacht werden können.

Bisherige Verfahren funktionieren oft nicht

Die bislang verwendeten Kontrastmittel werden jeweils härtenden Plastikharzen beigemengt, bevor sie in die Blutgefässe von euthanasierten Tieren injiziert werden. Allerdings ist es ausgesprochen schwierig, die feinen Kapillaren in diversen Organen vollständig mit den zähflüssigen Harzen zu füllen. «Ohne jahrelange Erfahrung mit der richtigen Injektionstechnik sind die Kapillaren oft nicht oder nur teilweise gefüllt. Bis zu einem Viertel der resultierenden Bilder sind deswegen unbrauchbar», sagt Willy Kuo, Postdoktorand am Physiologischen Institut der UZH. Gegenüber bisherigen Kontrastmitteln könnten mit «XlinCA» bis zu 25 Prozent der Versuchstiere eingespart werden, so Kuo.

Das Grundproblem konventioneller Verfahren ist, dass sich Plastik und Wasser nicht mischen lassen. Dadurch entstehen stets Wassereinschlüsse, in denen das Kontrastmittel fehlt, was die räumliche Darstellung der Blutgefässe auf dem Röntgenbild unterbricht. Wasserlösliche Röntgenkontrastmittel, die in der Medizin verwendet werden, haben dieses Problem zwar nicht. Allerdings lassen sich diese nicht aushärten und treten innert Minuten durch die Blutgefässwände in das umliegende Gewebe aus.

Massgeschneidertes Kontrastmittel für optimale Resultate

Kontrastmittel für den medizinischen Einsatz im Menschen bestehen aus kleinen Molekülen und sind relativ einfach herzustellen. «Ein massgeschneidertes Kontrastmittel für den Einsatz in toten Organismen war wesentlich schwieriger zu synthetisieren, da es aus Polymeren – verketteten Molekülen – aufgebaut ist», sagt Bernhard Spingler, Professor am Institut für Chemie der UZH. «XlinCA» hat im Vergleich zu bisher verwendeten Röntgenkontrastmitteln mehrere Vorteile: Es lässt sich einfach anwenden und ermöglicht, die Blutgefässe vollständig und ohne Unterbrüche abzubilden. Zudem können mehrere Organe oder gar ganze Tiere wie Mäuse gleichzeitig untersucht werden.

Literatur:

Ngoc An Le, Willy Kuo, Bert Müller, Vartan Kurtcuoglu, Bernhard Spingler. Crosslinkable polymeric contrast agent for high-resolution X-ray imaging of the vascular system. Chemical Communications. 27 April 2020. DOI: 10.1039/C9CC09883F