Nichtinvasive in vivo-Quantifizierung von Transgen-Expression und funktionellen Therapieeffekten nach kardialem Gentransfer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Neue kardiale Therapien wie Gen- und Zelllherapie werden gerade zur Behandlung der ischämischen Herzerkrankung als aussichtsreich und innovativ angesehen. Diese Verfahren werden teilweise bereits in klinischen Studien eingesetzt. Dort werden Auswirkungen und Nutzen aber nur indirekt, also durch Verbesserungen von Symptomen und klinischen Untersuchungsergebnissen erfasst. Wenig ist über globale und regionale Effekte auf funktionelle Parameter wie myokardialen Blutfluss, Vasoreaktivität und Metabolismus in vivo bekannt. Auch sind direkte Messungen der Expression des therapeutischen Gens und der Slammzell-Lokalisation sowie -Vitalität ursprünglich nur ex vivo möglich gewesen. Im vorliegenden Projekt wurden in interdisziplinärer Zusammenarbeit von Bildgebungsexperten, Molekular- und Zellbiologen, Kardiologen und Pathologen zunächst nuklearmedizinische Ansätze zum nichtinvasiven Monitoring der Transgenexpression nach Gentransfer evaluiert. Optimale Aufnahmeprotokolle und Radiotracer für das herpesvirale Thymidinkinase-Reportergen und für das Natriumlodid-Symporter-Reportergen wurden definiert. Letzteres stellt sich dabei als besonders interessant heraus, da es als humanes Gen keine Immunreaktionen am Menschen triggert, und außerdem zu einer im Vergleich höheren Anreicherung des zugehörigen radioaktiv markierten Reportersubstrats und damit einer verbesserten in vivo Nachweiswahrscheinlichkeit führt. In weiterführenden Experimenten wurde die Reportergen-Bildgebung dann venwendet, um die regionalen physiologischen Effekte des Transfers eines gleichzeitig exprimierten angiogenese-induzierenden Gens (VEGF) auf Blutfluss und Myokardbiologie zu erfassen. Außerdem wurden Methoden zum in vivo Nachweis von therapeutischen Stammzellen nach Transplantation in den Herzmuskel entwickelt, die auf einer vorherigen ex vivo Transfektion der Zellen mit einem Reportergen basieren. Die entwickelten Bildgebungstechniken basieren auf der quantitativen Positronen-Emissions-Tomographie, welche sowohl in kleinen und großen Versuchstieren (wie in diesem Projekt), als auch am Menschen anwendbar ist. Hierdurch können globale und regionale myokardiale Genexpression/Zellretention mit anderen, durch PET in gleicher Sitzung messbaren biologischen und physiologischen Parametern korreliert werden Durch weiterführende Anwendungen der im Rahmen des Projektes etablieren umfassenden und hochspezifischen nichtinvasiven Methoden sind tiefgreifende mechanistische Einblicke in Auswirkungen und Erfolgsfaktoren von kardialer Gen- und Zelltherapie zu erwarten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Noninvasive imaging of transgene expression by use of positron emission tomography in a pig model of myocardial gene transfer. Circulation. 2003 Oct 28;108(17):2127-33
Bengel FM, Anton M, Richter T, Simoes MV, Haubner R, Henke J, Erhardt W, Reder S, Lehner T, Brandau W, Boekstegers P, Nekolla SG, Gansbacher B, Schwaiger M
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Coexpression of herpesviral thymidine kinase reporter gene and VEGF gene for noninvasive monitoring of therapeutic gene transfer: an in vitro evaluation. J Nucl Med. 2004 Oct;45(10): 1743-6
Anton M, Wittermann C, Haubner R, Simoes M, Reder S, Essien B, Wagner B, Henke J, Erhardt W, Noll S, Hackett NR, Crystal RG, Schwaiger M, Gansbacher B, Bengel FM
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PET of cardiac transgene expression: comparison of 2 approaches based on herpesviral thymidine kinase reporter gene. J Nucl Med. 2004 Nov;45(11): 1917-23
Miyagawa M, Anton M, Haubner R, Simoes MV, Städele C, Erhardt W, Reder S, Lehner T, Wagner B, Noll S, Noll B, Grote M, Gambhir SS, Gansbacher B, Schwaiger M, Bengel FM
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Cardiac reporter gene imaging using the human sodium/iodide symporter gene. Cardiovasc Res. 2005 Jan 1;65(1):195-202
Miyagawa M, Beyer M, Wagner B, Anton M, Spitzweg C, Gansbacher B, Schwaiger M, Bengel FM
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Myocardial kinetics of reporter probe 1241-FIAU in isolated perfused rat hearts after in vivo adenoviral transfer of herpes simplex virus type 1 thymidine kinase reporter gene. J Nucl Med. 2005Jan;46(1):98-105
Simoes MV, Miyagawa M, Reder S, Städele C, Haubner R, Linke W, Lehner T, Epple P, Anton M, Schwaiger M, Bengel FM
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Non-invasive imaging of cardiac transgene expression with PET: comparison of the human sodium/iodide symporter gene and HSV1-tk as the reporter gene. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2005 Sep;32(9): 1108-14
Miyagawa M, Anton M, Wagner B, Haubner R, Souvatzoglou M, Gansbacher B, Schwaiger M, Bengel FM
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Noninvasive characterization of myocardial molecular interventions by integrated positron emission tomography and computed tomography. J Am Coll Cardiol. 2006 Nov 21;48(10):2107-15
Wagner B, Anton M, Nekolla SG, Reder S, Henke J, Seidl S, Hegenloh R, Miyagawa M, Haubner R, Schwaiger M, Bengel FM
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Assessment of alphavbeta3 integrin expression after myocardial infarction by positron emission tomography. Cardiovasc Res. 2008 May 1;78(2):395-403
Higuchi T, Bengel FM, Seidl S, Watzlowik P, Kessler H, Hegenloh R, Reder S, Nekolla SG, Wester HJ, Schwaiger M
