Einfluss der extrakorporalen Perfusion auf die Biodistribution 99mTc- HMPAOmarkierter Granulozyten

C. Happel; S. Margraf; J. Diener; W. T. Kranert; I. Francischetti; J. Bitu-Moreno; H. Ackermann; M. Middendorp; A. Theisen; A. Moritz; M. Scholz; F. Grünwald

doi:10.3413/Nukmed-0434-11-10

Nuklearmedizin - NuclearMedicine, Inhaltsverzeichnis

Nuklearmedizin 2012; 51(05): 205-211
DOI: 10.3413/Nukmed-0434-11-10

Originalarbeit

Schattauer GmbH

Einfluss der extrakorporalen Perfusion auf die Biodistribution ^99mTc- HMPAOmarkierter Granulozyten

Evaluierung im Schwein mittels planarer Szintigraphie und SektionsanalytikThe influence of cardiopulmonary bypass operation on the biodistribution of ^99mTc-HMPAOlabelled granulocytesEvaluation in pigs by planar scintigraphy and section-analyses

C. Happel

¹Klinik für Nuklearmedizin, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

S. Margraf

²Herz-, Thorax- und thorakale Gefäßchirurgie, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

J. Diener

¹Klinik für Nuklearmedizin, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

W. T. Kranert

¹Klinik für Nuklearmedizin, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

I. Francischetti

³Faculdade Medicina Marilia (FAMEMA), Universidade Estadual Paulista, Marilia, Brasilien

,

J. Bitu-Moreno

³Faculdade Medicina Marilia (FAMEMA), Universidade Estadual Paulista, Marilia, Brasilien

,

H. Ackermann

⁴Institut für Biostatistik und mathematische Modellierung, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

M. Middendorp

¹Klinik für Nuklearmedizin, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

A. Theisen

⁵Zentrale Forschungsein richtung, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

A. Moritz

²Herz-, Thorax- und thorakale Gefäßchirurgie, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

,

M. Scholz

⁶Klinik für Unfall- und Handchirurgie, Heinrich-Heine Universitätsklinikum Düsseldorf

,

F. Grünwald

¹Klinik für Nuklearmedizin, Klinikum der Johann-Wolfgang-Goethe Universität Frankfurt am Main

› Institutsangaben

Abstract

Summary

Aim of the study was to evaluate the influence of an extra corporal perfusion (cardiopulmonary bypass operation – cpb) on activation and biodistribution of ^99mTc labelled granulocytes in pigs with and without inhibition of the granulocytes by a leukocyte inhibition module (LIM). The cpb is often related to an activation of granulocytes resulting in an inflammatory answer. The biological mechanisms are unsolved yet. First trials of our group showed that LIM may inhibit the activation of neutrophils and therefore antagonize a cpb-caused impairment of cardiac function. This study is the continuation of these experiments with a higher number of animals and the focus on scintigraphic imaging. Animals, material, methods: 39 German landrace pigs were subdivided into three groups: group A (control) median sternotomy without cpb, group B with cpb, group C with LIM in addition to cpb. After labelling with ^99mTc-HMPAO autologues granulocytes were reinjected. Subsequently to cpb, the animals underwent scintigraphic imaging. Quantification was performed with ROI evaluation and with tissue samples (section analysis) examined in a well counter. Results: A high uptake of ^99mTc-HMPAO was found in the liver. The count rates in brain, heart, lung, spleen and kidneys were far below. The amount of ^99mTc-activity in the organ related to the half life corrected administered activity [%] was for the tissue samples (group A/B/C): brain 0.01/0.02/0.03; lung 12.1/8.3/11.5; heart 0.35/0.54/0.42; kidney 1.24/0.87/1.02; spleen 4.0/4.0/4.5, liver 16.8/20.9/19.6. The count rates determined by ROI-evaluation of the scintigraphic images related to the total count rate in the image [%] were (group A/B/C): brain 1.1/0.9/1.0; lung 15.6/10.4/12.2; heart 4.0/3.5/3.4; kidney 4.0/2.9/3.2; spleen 7.6/7.7/9.5, liver 23.1/36.7/31.4. A significant difference in the tracer uptake between the groups could neither be detected by scintigraphic imaging nor evaluation of tissue samples. Conclusion: Scintigraphic imaging as well as section analysis showed a comparable biodistribution of the tracer. Therefore, the initial results of our group were not confirmed with a considerably higher number of animals. Neither cpb nor the use of the LIM influenced distribution of ^99mTc-labelled granulocytes in pigs significantly.

Zusammenfassung

Ziel der Arbeit ist die Evaluation des Einflusses einer extrakorporalen Perfusion (Herz-Lungen- Maschine – HLM) auf die Aktivierung und Verteilung ^99mTc-HMPAO-markierter Granulozyten am Schwein ohne und mit Inaktivierung der Granulozyten durch ein Leukozyten-Inhibitions- Modul (LIM). Die Anwendung einer HLM wird oft mit der Aktivierung von Granulozyten und einer dadurch bedingten inflammatorischen Antwort in Verbindung gebracht. Die Mechanismen sind weitgehend ungeklärt. Initiale Ergebnisse wiesen auf einen möglichen positiven Effekt des LIM hin. Bei dieser Arbeit handelt es sich um die Fortführung der Experimente mit erheblich größeren Fallzahlen und Fokussierung auf die Bildgebung. Tiere, Material, Methoden: Es wurden 39 deutsche Hausschweine untersucht. Gruppe A (Kontrolle) mediane Sternotomie ohne HLMEinsatz, Gruppe B Einsatz der HLM, Gruppe C Einsatz von HLM und LIM. Nach Markierung mit ^99mTc-HMPAO wurden den Tieren autologe Granulozyten reinjiziert. Im Anschluss an die HLM wurden die Tiere szintigraphiert. Die Quantifizierung erfolgte über ROI-Auswer-tung und mittels Gewebeproben (Sektionsanalytik), die in einem Bohrlochmessplatz ausgewertet wurden. Ergebnisse: Eine intensive Traceranreicherung fand sich in der Leber bei deutlich niedrigeren Impulsraten in Gehirn, Herz, Milz, Nieren und Lungen. Der prozentuale Anteil der Aktivität im Organ an der zerfallskorrigierten applizierten Aktivität betrug bei den Gewebeproben der Gruppen A/B/C: Gehirn 0,01/0,02/0,03; Lungen 12,1/8,3/11,5; Herz 0,35/0,54/0,42; Nieren 1,24/0,87/1,02; Milz 4,0/4,0/4,5, Leber 16,8/20,9/19,6. Die durch die ROI-Auswertung der Szintigramme ermittelten Zählraten in den Organen wurden auf die Gesamtzählrate im Szintigramm bezogen und betrugen in Prozent für Gruppen A/B/C: Gehirn 1,1/0,9/1,0; Lungen 15,6/10,4/12,2; Herz 4,0/3,5/3,4; Nieren 4,0/2,9/3,2; Milz 7,6/7,7/9,5, Leber: 23,1/36,7/31,4. Eine statistisch signifikant differente Traceranreicherung in den Gruppen konnte weder in der Szintigraphie noch durch die Sektionsanalytik der Organe nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Szintigraphie und Sektionsanalytik zeigten vergleichbare Verteilungen des Tracers in den Organen. Die initialen Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe konnten trotz deutlich höherer Fallzahl nicht bestätigt werden. Weder der HLM- noch der LIM-Einsatz übten einen signifikanten Einfluss auf die Biodistribution von ^99mTc-HMPAO markierten Granulozyten im Schwein aus.

Keywords

^99mTc-HMPAO - Leukocyte-Inhibition-Modul - cardiopulmonary bypass

Schlüsselwörter

^99mTc-HMPAO - Leukozyten-Inhibitions-Modul - Herz-Lungen-Maschine

Volltext

Referenzen

Literatur
1 Abdel-Rahman U, Margraf S, Aybek T. et al. Inhibition of neutrophil activity improves cardiac function after cardiopulmonary bypass. J Inflamm (Lond) 2007; 4: 21.
2 Abdel-Rahman U, Margraf S, Franchisetti I. et al. Tissue load of technetium 99 labeled neutrophils in organs after cardiopulmonary bypass. Tagungsband der Deutschen Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie Februar 2009; P101: S138
3 Bhujle R, Li J, Shastri P. et al. Influence of cardiopulmonary bypass on platelet and neutrophil accumulations in internal organs. ASAIO J 1997; 43: M739-M744.
4 Bierbach B, Meier M, Kasper-König W. et al. Emboli formation rather than inflammatory mediators are responsible for increased cerebral water content after conventional and assisted beating-heart myocardial revascularization in a porcine model. Stroke 2008; 39: 213-219.
5 Bitu Moreno J, Margraf S, Schuller AM. et al. Inhibition of neutrophil activity in cardiac surgery with cardiopulmonary bypass: a novel strategy with the leukocyte inhibition module. Perfusion 2004; 19: 11
6 Brix-Christensen V, Rheling M, Flø C. et al. Neutrophil and platelet dynamics at organ level after cardiopulmonary bypass: an in vivo study in neonatal pigs. APMIS 2004; 112: 133-140.
7 Brix-Christensen V, Tønnesen E, Hjortdal VE. et al. Neutrophils and platelets accumulate in the heart, lungs, and kidneys after cardiopulmonary bypass in neonatal pigs. Crit Care Med 2002; 30: 670-676.
8 Butler J, Rocker GM, Westaby S. Inflammatory response to cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1993; 55: 552-559.
9 De Vries AJ, Gu YJ, Post WJ. et al. Leucocyte depletion during cardiac surgery: a comparison of different filtration strategies. Perfusion 2003; 18: 31-38.
10 Dewanjee MK, Palatianos GN, Kapadvanjwala M. et al. Neutrophil dynamics and retention in lung, oxygenator, and arterial filter during cardiopulmonary bypass in a pig model. ASAIO J 1994; 40: M547-M553.
11 Fahrmeir L, Hamerle A, Tutz G. Multivariate statistische Verfahren.. Berlin: Walter de Gruyter; 1996
12 Happel C, Margraf S, Gessler J. et al. Verteilung von ^99mTc-HMPAO markierten Granulozyten während des Einsatzes einer Herz-Lungen-Maschine im Tierversuch. Nuklearmedizin 2009; 48: A116.
13 Happel C, Margraf S, Selkinski I. et al. Inflammatory process imaging with HMPAO labeled granulocytes in pigs. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2007; 34 (Suppl. 02) S 330
14 Humphray SJ, Scott CE, Clark R. et al. A high utility integrated map of the pig genome. Genome Biol 2007; 8: R139.
15 Ivancevic V, Becker W. ^99mTc-HMPAO-Leukozytenszintigraphie bei entzündlichen oder infektiösen Erkrankungen. Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Nuklearmedizin AWMF-Leitlinien-Register Nr. 031/017.
16 Jennewein C, Tran N, Paulus P. et al. Novel aspects of fibrin(ogen) fragments during inflammation. Mol Med 2011; 17: 568-573.
17 Jones HA, Choudhury M, Harris DN. In vivo measurement of circulating leucocyte activation in patients following cardiopulmonary bypass. Nucl Med Biol 2004; 31: 965-969.
18 Kirklin JK, Westaby S, Blackstone EH. et al. Complement and the damaging effects of cardiopulmonary bypass. J Thorac Cardiovasc Surg 1983; 86: 845-857.
19 Rothschild MF, Ruvinsky A. The Genetics of the Pig.. CABI Publishing; 2011: 426-445
20 Kruskal WH, Wallis WA. Use of ranks in one-criterion variance analysis. JASA 1952; 47: 583-621.
21 Lassmann M, Chiesa C, Flux G, Bardies M. EANM Dosimetry Committee guidance document: good practice of clinical dosimetry reporting. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2011; 38: 192-200.
22 Liu P, Huang G, Dong S, Wan L. Kinetic analysis of experimental rabbit tumour and inflammation model with ¹⁸F-FDG PET/CT. Nuklearmedizin 2009; 48: 153-158.
23 Paparella D, Yau TM, Young E. Cardiopulmonary bypass induced inflammation: pathophysiology and treatment. An update. Eur J Cardio-thoracic Surg 2002; 21: 232-244.
24 Rinder C. Cellular inflammatory response and clinical outcome in cardiac surgery. Curr Opin Anaesthesiol 2006; 19: 65-68.
25 Roca M, Martín-Comín J, Becker W. et al. A consensus protocol for white blood cells labelling with technetium-99m hexamethylpropylene amine oxime. International Society of Radiolabeled Blood Elements (ISORBE). Eur J Nucl Med 1998; 25: 797-799.
26 Scholz M, Cinatl J, Barros RT. et al. First efficacy and safety results with the antibody containing leukocyte inhibition module in cardiac surgery patients with neutrophil hyperactivity. ASAIO J 2005; 51: 144-147.
27 Scholz M, Simon A, Berg M. et al. In vivo inhibition of neutrophil activity by a FAS (CD95) stimulating module:arterial in-line application in a porcine cardiac surgery model. J Thorac Cardiovasc Surg 2004; 127: 1735-1742.
28 Scholz M, Simon A, Matheis G. et al. Leukocyte filtration fails to limit functional neutrophil activity during cardiac surgery. Inflamm Res 2002; 51: 363-368.
29 Smith GS, Lumsden JH, Wilcock BP. Chemotaxis of porcine neutrophils under agarose. Can J Comp Med 1985; 49: 43-49.
30 Thomas JW, Touchman JW, Blakesley RW. et al. Comparative analyses of multi-species sequences from targeted genomic regions. Nature 2003; 424: 788-793.