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DOI: 10.1055/s-2003-39918
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York
Magnetosomen als biologisches Modell der Eisenbindung: Messung der Relaxivität in der MRT
Magnetosomes as Biological Model for Iron Binding: Relaxivity Determination with MRIPublication History
Publication Date:
17 June 2003 (online)
![](https://www.thieme-connect.de/media/roefo/200306/lookinside/thumbnails/10.1055-s-2003-39918-1.jpg)
Zusammenfassung
Ziel: Die Durchführung von In-vitro-Untersuchungen zur Charakterisierung eisenhaltiger bakterieller Partikel (Magnetosomen) als superparamagnetisches Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie (MRT). Material und Methoden: Unterschiedliche Konzentrationen an Magnetosomen wurden mit einem klinischen 1,5 T Ganzkörper MR-Tomographen unter Verwendung der Extremitätenspule als Signal- und Empfangsspule untersucht. Longitudinale und transversale Relaxivität (R1 und R2) von Magnetosomen wurden mittels einer inversion recovery snapshot gradient recall echo-Sequenz (IR_FLASH) mit unterschiedlichen Inversionszeiten und einer Multi-Echo Spin-Echo Sequenz bestimmt. Als Referenzmethode galten Atom-Absorptionsspektrometrie (AAS) und Elektronenmikroskopie. Ergebnisse: Die bei 21°C auf einem 1,5 T MR-Scanner berechneten Werte für die longitudinale und transversale Relaxivität der Magnetosomen lagen bei R1 = 7,688 mmol-1 s-1 und R2 = 147,67 mmol-1 s-1. In sämtlichen Verdünnungen konnte eine korrespondierende Eisenkonzentration mittels AAS gemessen werden. Mit Elektronenmikroskopie wurden die Eisenpartikel bildlich dargestellt. Schlussfolgerung: Mit Magnetosomen steht eine neue Substanzklasse an eisenhaltigen Kontrastmitteln zur Verfügung, deren weitere Untersuchung in Zellkultur und später an Tiermodellen erfolgen soll. Magnetosomen könnten geeignet sein, als Markersubstanz, die Verteilung und genetische Expression molekularer therapeutischer Vektoren sichtbar zu machen.
Abstract
Purpose: In vitro characterization of iron-containing bacterial particles (magnetosomes) as superparamagnetic contrast agents for MRI. Material and Methods: Different concentrations of magnetosomes were examined with a 1.5 T clinical whole-body MR system at 21°C using the transit/receive extremity coil. Both longitudinal and transversal relaxivities (R1 and R2) of the magnetosomes were determined by an inversion recovery snapshot gradient recall echo (IR FLASH) with various inversion times and a multi echo spin echo sequence. Atomic absorption spectrometry (AAS) and electron microscopy were used as reference standard. Results: Longitudinal and transverse relaxivities of the magnetosomes were calculated to be R1 = 7.688 mmol-1 s-1 and R2 = 147.67 mmol-1 s-1, respectively. The corresponding iron concentrations were determined in all dilutions using AAS, while the magnetosomes were morphologically delineated by electron microscopy. Conclusion: Magnetosomes represent a new and interesting class of iron-containing contrast agents warranting further evaluation in cellular cultures and animal models. Magnetosomes may be suited for displaying the vector distribution and gene expression of new molecular therapies.
Key words
MRI - contrast agents - magnetosomes - experimental radiology
Literatur
- 1 Bremer C, Weissleder R. In vivo imaging of gene expression. Acad Radiol. 2001; 8 15-23
- 2 Weissleder R, Mahmood U. Molecular imaging. Radiology. 2001; 219 316-333
- 3 Pennisi E. Human genome. Finally, the book of life and instructions for navigating it. Science. 2000; 288 2304-2307
- 4 Marshall E. Human genome. Rival genome sequencers celebrate a milestone together. Science. 2000; 288 2294-2295
- 5 Schellingerhout D, Bogdanov A, Marecos E, Spear M, Breakefield X, Weissleder R. Mapping the in vivo distribution of herpes simplex virions. Hum Gene Ther. 1998; 9 1543-1549
- 6 Bogdanov A, Weissleder R. The development of in vivo imaging systems to study gene expression. Trends Biotechnol. 1998; 16 5-10
- 7 Weissleder R, Moore A, Mahmood U, Bhorade R, Benveniste H, Chiocca E A, Basilion J P. In vivo magnetic resonance imaging of transgene expression. Nat Med. 2000; 6 351-355
- 8 Schuler D, Frankel R B. Bacterial magnetosomes: microbiology, biomineralization and biotechnological applications. Appl Microbiol Biotechnol. 1999; 52 464-473
- 9 Bazylinski D A. Synthesis of the bacterial magnetosome: the making of a magnetic personality. Int Microbiol. 1999; 2 71-80
- 10 Grunberg K, Wawer C, Tebo B M, Schuler D. A large gene cluster encoding several magnetosome proteins is conserved in different species of magnetotactic bacteria. Appl Environ Microbiol. 2001; 67 4573-4582
- 11 Shen T, Weissleder R, Papisov M, Bogdanov A, Brady T J. Monocrystalline iron oxide nanocompounds (MION): physicochemical properties. Magn Reson Med. 1993; 29 599-604
- 12 Chambon C, Clement O, Le Blanche A, Schouman-Claeys E, Frija G. Superparamagnetic iron oxides as positive MR contrast agents: in vitro and in vivo evidence. Magn Reson Imaging. 1993; 11 509-519
- 13 Harisinghani M G, Saini S, Weissleder R, Hahn P F, Yantiss R K, Tempany C, Wood B J, Mueller P R. MR lymphangiography using ultrasmall superparamagnetic iron oxide in patients with primary abdominal and pelvic malignancies: radiographic-pathologic correlation. Am J Roentgenol. 1999; 172 1347-1351
- 14 Laniado M, Kopp A F. [Current status of the clinical development of MR contrast media]. Rofo Fortschr Geb Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr. 1997; 167 541- 550
- 15 Sharma R, Saini S, Ros P R, Hahn P F, Small W C, de Lange E E, Stillman A E, Edelman R R, Runge V M, Outwater E K, Morris M, Lucas M. Safety profile of ultrasmall superparamagnetic iron oxide ferumoxtran- 10: phase II clinical trial data. J Magn Reson Imaging. 1999; 9 291-294
- 16 Weissleder R, Cheng H C, Bogdanova A, Bogdanov A. Magnetically labeled cells can be detected by MR imaging. J Magn Reson Imaging. 1997; 7 258-263
- 17 Yeh T C, Zhang W, Ildstad S T, Ho C. In vivo dynamic MRI tracking of rat T-cells labeled with superparamagnetic iron-oxide particles. Magn Reson Med. 1995; 33 200-208
- 18 Bremer C, Bredow S, Mahmood U, Weissleder R, Tung C H. Optical imaging of matrix metalloproteinase-2 activity in tumors: feasibility study in a mouse model. Radiology. 2001; 221 523-529
- 19 Allport J R, Weissleder R. In vivo imaging of gene and cell therapies. Exp Hematol. 2001; 29 1237-1246
- 20 Pauser S, Reszka R, Wagner S, Wolf K J, Buhr H J, Berger G. Liposome-encapsulated superparamagnetic iron oxide particles as markers in an MRI-guided search for tumor-specific drug carriers. Anticancer Drug Des. 1997; 12 125-135
Dr. med. Christoph U. Herborn
Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinikum Essen
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