Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE): Lesion Visualization on a 3 Tesla Clinical Whole-body System after Intraperitoneal Contrast Injection

Zusammenfassung

Zielsetzung: Untersuchung der Wertigkeit der MRT an einem 3-Tesla (T)-Ganzkörpersystem zum Nachweis von ZNS-Läsionen bei Ratten mit experimenteller Autoimmun-Enzephalomyelitis (EAE) (Tiermodell der Multiplen Sklerose). Material und Methoden: Drei gesunde Dark-Agouti(DA)-Ratten und 16 Tiere mit klinischen Zeichen einer EAE wurden an einem 3-T-Ganzkörpersystem mit einer handelsüblichen Handgelenkspule untersucht. Insgesamt wurden 28 Messungen unter Einschluss T2- und T1-gewichteter Sequenzen in transversaler und sagittaler Schichtführung angefertigt, wobei Schichtdicken von 1 und 2 mm eingesetzt wurden (Voxelgröße bis 0,2 × 0,2 × 1 mm). Die Sedierung der Tiere erfolgte durch die intraperitoneale Injektion von Ketamin und Xylazin. Zusätzlich wurden bei allen Untersuchungen T1-gewichtete Sequenzen nach Gabe von 1 ml Gd-DTPA (0,5 mmol/ml) intraperitoneal angefertigt. Ergebnisse: Bei allen Messungen konnten T2- und T1-gewichtete Aufnahmen mit hoher Orts- und Signalauflösung von Gehirn und Rückenmark erzielt werden. Anatomische Details wie Riechfasern, Kleinhirnwindungen, Ventrikel und Corpus callosum waren klar erkennbar. EAE-Läsionen waren als hyperintense Veränderungen in den T2-gewichteten Schichten aller klinisch betroffenen Tiere nachweisbar und wurden histologisch verifiziert. Bei den 16 erkrankten Tieren wurden 28 zerebrale und 2 spinale Läsionen gesichert (1 bis 4, Median 2). Eine Kontrastmittelaufnahme wurde bei 12 der 16 erkrankten Tiere gefunden, stark ausgeprägt in 10 Fällen, mäßig bei 2 Tieren. Weder durch die intraperitoneale Sedierung noch durch die Kontrastmittelgabe kam es zu unerwünschten Nebenwirkungen. Schlussfolgerungen: Der intravitale Nachweis von EAE-Läsionen im ZNS der Ratte ist mit einem klinischen 3-T-Ganzkörper-MRT unter Einsatz einer Handgelenkspule möglich. Die intraperitoneale Injektion von Ketamin/Xylazin und Kontrastmittel bei Ratten ist eine sichere, einfache und effektive Applikationsform.

Abstract

Purpose: To investigate the intravital visibility of CNS lesions in rats with experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the animal correlate of multiple sclerosis, using a 3-Tesla (T) whole-body MR system. Materials and Methods: Three healthy Dark Agouti (DA) rats and 16 DA rats with clinical signs of EAE were examined on a 3T whole body-system using a normal wrist coil. In total, 25 examinations were preformed using T2- and T1-weigthed images in transverse and sagittal orientation with a slice thickness of 2 mm or 1 mm (voxel size up to 0.2 × 0.2 × 1 mm). Sedation was achieved by intraperitoneal injection of ketamine and xylazine. In addition, T1-weighted images were obtained after the instillation of 1.0 ml of gadolinium diethylenetriamine pentaacetic acid (Gd-DTPA) (0.5 mmol/ml) into the peritoneal cavity. Results: T2- and T1-weighted images of the brain and spinal cord with high spatial and contrast resolution could be obtained in all animals. The anatomical details of the olfactory bulb glomeruli, cerebellum foliae, ventricles and corpus callosum were clearly visible. The EAE lesions presented as hyperintense areas in T2-weighted images and could be demonstrated in all clinically affected animals by MRI and histologically verified. In total, the 16 affected rats had 28 cerebral and 2 spinal cord lesions (range 1 to 4, median 2). Contrast enhancement was noted in 12 animals and ranked as severe in ten and moderate in two cases. No adverse effects were noted due to sedation or intraperitoneal contrast injection. Conclusions: The intravital demonstration of cerebral and spinal cord EAE lesions in rats is possible on a 3T whole-body MR scanner using a normal wrist coil. Intraperitoneal injection of ketamine/xylazine and contrast agent is an easy, safe and effective procedure in rats.

Key words

MRI - 3 Tesla - gadolinium - intraperitoneal - experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE)

References

• 1 Weissert R, Wiendl H, Pfrommer H. et al . Action of treosulfan in myelin-oligodendrocyte-glycoprotein-induced experimental autoimmune encephalomyelitis and human lymphocytes.  J Neuroimmunol. 2003;  144 (1 - 2) 28-37
• 2 Weissert R, Wallstrom E, Storch M K. et al . MHC haplotype-dependent regulation of MOG-induced EAE in rats.  J Clin Invest. 1998;  102 (6) 1265-1273
• 3 Storch M K, Stefferl A, Brehm U. et al . Autoimmunity to myelin oligodendrocyte glycoprotein in rats mimics the spectrum of multiple sclerosis pathology.  Brain Pathol. 1998;  8 (4) 681-694
• 4 Floris S, Blezer E L, Schreibelt G. et al . Blood-brain barrier permeability and monocyte infiltration in experimental allergic encephalomyelitis: a quantitative MRI study.  Brain. 2004;  127 (Pt 3) 616-627
• 5 Pirko I, Johnson A, Ciric B. et al . In vivo magnetic resonance imaging of immune cells in the central nervous system with superparamagnetic antibodies.  FASEB J. 2004;  18 (1) 179-182
• 6 Anderson S A, Shukaliak-Quandt J, Jordan E K. et al . Magnetic resonance imaging of labeled T-cells in a mouse model of multiple sclerosis.  Ann Neurol. 2004;  55 (5) 654-659
• 7 Sipkins D A, Gijbels K, Tropper F D. et al . ICAM-1 expression in autoimmune encephalitis visualized using magnetic resonance imaging.  J Neuroimmunol. 2000;  104 (1) 1-9
• 8 Heckl S, Pipkorn R, Nagele T. et al . Molecular imaging: Bridging the gap between neuroradiology and neurohistology.  Histol Histopathol. 2004;  19 (2) 651-668