Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Regeneration autolog transplantierter Lymphknotenfragmente im Tiermodell der Therapie des Lymphödems

Sommer, Tanja

Secondary lymphedema is a common complication after lymph node excision and radiotherapy in cancer therapy. Present therapeutic approaches only focus on symptoms and for most patients lymphedema is a lifelong condition with psychological and physical restrictions. Animal models to study surgical treatment of lymphedema do not exist so far. The aim of the present study was to study avascular lymph node fragment transplantation in rats that underwent treatment similar to that in cancer patients. The lymph nodes draining the rat’s hindleg were removed and the region of the groin irradiated. Transplantation followed radiotherapy. Additionally, the influence of Vascular Endothelial Growth Factor-C (VEGF-C) on the regeneration of transplanted lymph node fragments was examined. In the first part of this study, superficial inguinal and popliteal lymph nodes and adjacent lymphatic vessels were removed and the rats irradiated in the groin by a single dose of 15 Gray one week after surgery. The day after radiotherapy, lymph nodes from the non-irradiated groin were excised, fragmented and transplanted into the irradiated region. Nineteen of the 41 rats were treated by VEGF-C injection on day one, two and five after transplantation intradermally in the region of transplants. Four weeks after transplantation the animals were macroscopically examined by intradermal injection of small particle blue dye in the region of the thigh. Transplants draining the leg were stained blue after injection. After sacrifice of the rats, transplants were histologically and immunohistologically examined for structures of lymph nodes, e.g. B- and T-cells, high endothelial venules and lymph sinuses. Regeneration of avascular transplanted lymph node fragments in irradiated regions is possible and improved by VEGF-C. In the second part of this study an animal model for secondary lymphedema was established in the hind leg of rats. The superficial inguinal and popliteal lymph nodes and adjacent lymphatic vessels of the right hind leg of twelve adult female Lewis rats were excised and the rats irradiated in the groin with a single dose of 15 Gray. Four weeks after radiotherapy the animals were examined by Magnetic Resonance Imaging (MRI). MRI was performed on T2-weighted and diffusion-weighted sequences. On T2-weighted images fluid accumulation around the joint line of the knees was calculated by the program ITK-Snap. The volumes of the right (treated) and left (untreated) leg were compared. We documented a statistically significant increase of fluid volumes in treated legs. A combination of lymph node excision and radiotherapy is suitable to induce secondary lymphedema in the rat’s hindlegs. In future studies the influence of avascular autologous transplanted lymph node fragments on the volume of fluids in the legs will be examined and the transplantation studied as a possible prevention or therapy of secondary lymhedema.

Das Auftreten von sekundären Lymphödemen ist nach Bestrahlungen und Entfernung von Lymphknoten in der Krebstherapie eine häufige Komplikation. Therapien mit kurativen oder präventiven Zielen sind im Moment nicht verfügbar. Ziel der Dissertation war es, die autologe Lymphknotenfragment-Transplantation als mögliche Therapie im Tiermodell zu erproben. Die Regeneration von autolog, avaskulär transplantierten Lymphknotenfragmenten wurde in Ratten untersucht, die zuvor einer lokalen Bestrahlung und Entfernung der Lymphknoten unterzogen wurden. Zusätzlich wurde der Einfluss des Wachstumsfaktors VEGF-C auf die Regeneration der transplantierten Fragmente untersucht. Außerdem wurde ein Tiermodell in der Ratte für das sekundäre Lymphödem etabliert, welches anhand von MRT-Bildern dargestellt und quantifiziert wurde. Um den Einfluss der Bestrahlung auf die Regeneration der transplantierten Lymphknotenfragmente zu untersuchen, wurden in der ersten Studie 41 weiblichen Lewis-Ratten die oberflächlichen inguinalen sowie poplitealen Lymphknoten und angrenzenden Lymphgefäße entfernt und die Tiere anschließend in der rechten Leistengegend mit einer Einzeldosis von 15 Gray bestrahlt. Am Tag nach der Bestrahlung wurden den Tieren Lymphknotenfragmente der Inguinallymphknoten aus der nicht bestrahlten Körperhälfte transplantiert. An Tag eins, zwei und fünf nach der Transplantation wurde 19 Tieren VEGF-C intracutan im Gebiet des Transplantates injiziert. Vier Wochen nach der Transplantation wurden die Tiere getötet und die Regenerate makroskopisch durch Injektion mit Patentblau auf die Drainage des Beines und mikroskopisch auf die Struktur von Lymphknoten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Regeneration von avaskulär, autolog transplantierten Lymphknotenfragmenten im bestrahlten Gebiet möglich ist und diese durch die Injektion von VEGF-C gesteigert wird. Ebenso wird der Anschluss an das Drainagegebiet der ursprünglichen Leistenlymphknoten durch VEGF-C verbessert. In der zweiten Studie wurde ein Lymphödemmodell an der Hintergliedmaße von Ratten etabliert. Hierzu wurden 12 weiblichen Lewis-Ratten die poplitealen sowie oberflächlichen inguinalen Lymphknoten und die benachbarten Lymphgefäße entfernt und die Tiere einer Bestrahlung der rechten Leistengegend mit einer Einzeldosis von 15 Gray unterzogen. Vier Wochen nach der Bestrahlung wurden die Tiere mittels T2- und diffusionsgewichteter Magnetresonanztomographie untersucht. Diffusionsgewichtete Bilder zeigten Bereiche mit freier Flüssigkeit unter der Haut in den Gliedmaßen, welche an den T2-gewichteten Aufnahmen in der Knieregion mit dem Programm ITK-Snap quantifiziert wurden. Es konnte eine statistisch signifikante Erhöhung des gemessenen Volumens in der bestrahlten und operierten Gliedmaße im Vergleich zur nicht behandelten Gliedmaße dokumentiert werden. Eine Kombination aus Entfernung der Lymphknoten und Lymphgefäße und Bestrahlung der Leistengegend ist geeignet, um eine Schwellung in der Hintergliedmaße von Ratten zu induzieren. Dieses Modell kann in weiteren Studien dazu genutzt werden, den Einfluss der in Kapitel eins dieser Arbeit vorgestellten Lymphknotenfragment-Transplantation auf das Beinvolumen zu evaluieren und somit die Transplantation als mögliche Prävention oder Therapie für das sekundäre Lymphödem zu testen.

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Sommer, Tanja: Regeneration autolog transplantierter Lymphknotenfragmente im Tiermodell der Therapie des Lymphödems. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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