Magnetosomen als biologisches Modell der Eisenbindung: Messung der Relaxivität in der MRT

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

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