Marc Wilhelm Münter
Dr. med.
Morphologische und funktionelle Untersuchungen zu vaskulären Spätveränderungen
nach stereotaktischer Bestrahlung des Rattenhirns
Geboren am 12.09.1972 in Heidelberg
Reifeprüfung am 26.05.1992 in Achern
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom WS 1992/93 bis SS 1999
Physikum am 06.09.1994 an der Universität Greifswald
Klinische Studien in Mannheim
Praktisches Jahr in Mannheim
Staatsexamen am 09.06.1999 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
Doktorvater: Herr Priv.-Doz. Dr. med. Dr. rer. nat. J. Debus
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Etablierung eines Tiermodells zur Untersuchung
stereotaktischer Bestrahlungstechniken und von Strahlenspäteffekten des Normalgewebes
sowie deren biologische Charakterisierung. Die vaskulären Veränderungen im ZNS nach Be-
strahlung stehen in dieser Arbeit im Vordergrund.
Zur Untersuchung der Strahlenspätveränderungen wurden 66 Tiere mit 2 mm bzw. 3 mm
großen Feldern stereotaktisch bestrahlt. Mit einem Linearbeschleuniger wurden jeweils Dosen
zwischen 20 Gy und 100 Gy appliziert. Die Beschreibung der morphologischen Veränderungen
wurde mit histologischen und immunhistochemischen Methoden durchgeführt. Desweiteren
wurden radiologische Methoden wie die Mikroangiographie und die Magnetresonanztomogra-
phie verwendet. Zur funktionellen Untersuchung wurden perfusions- und diffusionsgewichtete
MR - Techniken eingesetzt. Außerdem wurden funktionelle Messungen der Hirngewebeperfu-
sion mit Hilfe der Autoradiographie vorgenommen.
Es konnte im Rahmen dieser Arbeit ein Modell etabliert werden, mit dem die Wirkung radio-
chirurgischer Bestrahlungen auf gesundes Hirngewebe der Ratte untersucht werden kann. Die
Bestrahlung mit den sehr kleinen Volumina konnte mit einer hohen räumlichen Genauigkeit
appliziert werden. Dies konnte sowohl mit der MRT - Untersuchung als auch mit Hilfe des für
die histologische Auswertung verwendeten Lokalisierungssystems bestätigt werden.
Die ersten, mittels T1 - gewichteten Bilder nach Kontrastmittelgabe darstellbaren Veränderun-
gen in der MRT traten nach 160 Tagen in der Gruppe auf, die mit 100 Gy und dem 3 mm
Kollimator bestrahlt wurde. Innerhalb eines Jahres nach Bestrahlung waren diese Veränderun-
gen bei allen Tieren, die mit 100 Gy bestrahlt wurden, sowohl in der 2 mm- als auch 3 mm
Kollimatorgruppe sichtbar. Erst nach 18 Monaten waren in anderen Gruppen Strahlenspätver-
änderungen darstellbar. Bei der histologischen Auswertung wiesen alle Tiere, die eine Kon-
trastmittelanreicherung in der MRT zeigten, eine Kolliquationsnekrose auf. Auch bei Tieren,
die nach 9 Monaten keine Veränderungen in der MRT zeigten, konnten mit histologischen und
immunhistochemischen Untersuchungen Strahlenspätveränderungen festgestellt werden.
Die erstmals bei radiogenen Läsionen angewandten funktionellen MRT - Untersuchungen
wiesen eine gute Korrelation mit den neuropathologischen Befunden auf.
Immunhistochemische Darstellung der Endothelien mit Hilfe eines spezifischen Antikörpers
gegen Fibronektin konnte die Mitbeteiligung der Gefäße bei den radiogenen Läsionen klar
verdeutlichen. Dieses Ergebnis ist mit den Resultaten der histologischen- und der MRT - Un-
tersuchung übereinstimmend. Die radiogene Störung der Blut-Hirn-Schranke konnte mit FITC
gekoppelten Dextranen fluoreszenzmikroskopisch nachgewiesen werden. Als direkte Konse-
quenz ergibt sich, daß bei einer radiogenen Schädigung der Blut - Hirn - Schranke makromole-
kulare Substanzen in das Interstitium übertreten.
Mit der Mikroangiographie war der Gefäßbaum und die pathophysiologischen Veränderungen
der Gefäße gut darstellbar.
Es konnte mit Hilfe der Autoradiographie gezeigt werden, daß es erst mit dem radiogen indu-
zierten Zusammenbrechen der Blut - Hirn - Schranke zu einer deutlichen Perfusionsminderung
im strahlengeschädigten Gewebe kommt. Dabei zeigte das die Läsion umgebende, nur teilweise
geschädigte Gewebe eine Hyperperfusion. Auch mit der funktionellen MRT konnte dieses
Ergebnis bestätigt werden.
Erstmals konnte mit diesem Tiermodell eine stereotaktisch geführte, radiochirurgische Be-
strahlung des Rattenhirns entwickelt und etabliert werden. Auf der Basis dieser Ergebnisse
kann die Ratte als Tiermodell für die Optimierung der perkutanen stereotaktischen Bestrahlung
eingesetzt werden. Im Vergleich mit anderen Studien, die Strahlenspätveränderungen untersu-
chen, zeichnet sich diese Arbeit durch den langen Beobachtungszeitraum und die präzise Ap-
plikation der Bestrahlung aus. Mit dieser Arbeit konnte deutlich gezeigt werden, daß der Zeit-
faktor eine ähnlich große Rolle wie Dosis - Volumeneffekte bei der Entstehung von Strahlen-
spätveränderungen spielt. Bei der Entstehung der Strahlenspäteffekte stehen neben zellulären
Veränderungen vor allem vaskuläre Störungen im Vordergrund. Dabei konnte mit diesem
Experiment die Störung der Blut - Hirn - Schranke nach Bestrahlung näher charakterisiert
werden und darüber hinaus wurde gezeigt, daß mit histologischen, immunhistochemischen und
mikroangiographischen Methoden die Bedeutung vaskulärer Veränderungen nach Bestrahlung
eindeutig dargestellt werden kann. Die verwendeten konventionellen und funktionellen MRT -
Techniken stellen sehr sensitive und spezifische in vivo Methoden für die Darstellung von
Strahlenspätveränderungen nach Einzeitbestrahlung mit Photonen am Rattenhirn dar. Die
höhere Sensitivität der funktionellen Methoden gegenüber den rein morphologischen MRT -
Untersuchungen läßt sich damit begründen, daß die funktionellen Veränderungen den mor-
phologischen Veränderungen zeitlich vorauseilen.
Auf der Basis dieser Arbeit wurden weitere Studien mit dem beschriebenen Tiermodell defi-
niert. In diesen Studien sollen die Interaktionen zwischen Chemotherapie und Radioonkologie
oder die Wirkung von Photonen - oder Protonenbestrahlung auf implantierte Tumoren unter-
sucht werden.
