Multiparametrische MR-Bildgebung als nicht-invasiver Biomarker für Meniskus-Degenerationen beim Hund

Abstract

Die Osteoarthrose des Kniegelenkes ist sowohl beim Menschen, als auch beim Hund, unabhändig von der genauen Genese, ein weit verbreitetes Erkrankungsbild. Sie kann je nach Schweregrad zu deutlichen Einschränkungen in der Lebensqualität betroffener Patienten führen. Eine Heilung bzw. das Verhindern des Voranschreitens der Degenerationen ist nach aktuellem Stand nicht möglich. Behoben werden können im Bereich der Tiermedizin mehr oder weniger die auslösenden Faktoren, wie beisielsweise ein vorderer Kreuzbandriss oder eine Patellaluation beim Hund. Das Auftreten einer Osteoarthrose nach einer solchen Gelenkserkrankung zu verhindern, ist jedoch nicht möglich. Aktuelle Therapien können im besten Fall Symptome lindern und das Voranschreiten der Erkrankung verlangsamen. Die Menisken des Kniegelenkes spielen als mandarinenförmige Faserknorpelscheiben eine äußerst wichtige Rolle zur Gesunderhaltung des Gelenkes. Sie gleichen die Inkongruenz zwischen den Gelenkflächen des Femurs und der Tibia aus und minimieren Stoß- und Druckbelastungen. Aufgrund dieser anspruchsvollen mechanischen Funktion sind die Menisken häufig von Degenerationen betroffen. Meniskusschäden entstehen beispielsweise häufig im Zusammenhang mit einer Kreuzbandruptur und sie können das Entstehen bzw. das Ausmaß der Osteoarthrose stark beeinflussen. Daher kommt ihnen im Rahmen wissenschaftlicher Studien zur Pathogenese und Therapie der Arthrose eine wichtige Bedeutung zu. Zur Abklärung von Meniskusschäden ist die MRT v.a. in der Humanmedizin das Mittel der ersten Wahl. Als nicht invasive Technik ermöglicht sie eine sehr gute Darstellung der Menisken. Die konventionelle qualitative MR-Bildgebung weist jedoch Defizite auf, wenn es um die Darstellung mikrostruktureller Veränderungen der Menisken geht. Sie kann nur Pathologien detektieren, die zu morphologischen Veränderungen des Gewebes führen. Da aber gerade im Rahmen der Arthroseentstehung eine frühzeitige Erkennung die besten Aussichten auf eine erfolgreiche Therapie hat, kommen zunehmend MR-Sequenzen zum Einsatz, die (mikro-)strukturelle Veränderungen des Gewebes detektieren können. Auch für andere Anwendungsgebiete, wie z.B. die Überprüfung von verschiedenen therapeutischen Maßnahmen, kann diese Art der Bildgebung sinnvoll sein. Das Ziel dieser Studie war es, die T1-, T2-, T2*-Relaxationszeit und den Magnetisierungsransfer in Form der MTR und des MTsat als Biomarker für frühe Meniskusdegenerationen zu untersuchen. Dazu wurden in einem ex vivo Studiendesign die Menisken älterer Hunde mittels verschiedener MR-Kontraste untersucht. Im Anschluss erfolgte die histologische Untersuchung der Menisken zur Beurteilung von Zellularität, Kollagenorganisation, Kollagen-gehalt und Proteoglykangehalt. In der ersten Studie zur Untersuchung der T2-Relaxationszeit wurden 16 Gelenk von 8 mittelgroßen, älteren Hunden untersucht. Durchgeführt wurden die MRT-Untersuchung der Kniegelenke mit manueller Segmentierung der Menisken und deren anschließender histolgischer Untersuchung. Die T2-Relaxationszeit lag im Mittel bei 18,3ms. Die medialen Menisken wiesen im Mittel eine T2-Relaxationszeit von 17,7ms auf, die lateralen Menisken eine T2-Relaxationszeit von 19,0ms. Wir konnten keinen signifikanten Unterschied zwischen den medialen und lateralen Menisken feststellen. Außerdem fand sich keine Korrelation zwischen T2-Relaxation und Alter und Geschlecht der untersuchten Hunde. In der histologischen Untersuchung fanden wir einen signifikant höheren Degenerationsgrad in den medialen Menisken (Score 4,75 (medial) vs. 3,75 (lateral)). Zwischen den histologischen Ergebnissen und der T2-Relaxations der Menisken konnte keine signifikante Korrelation festgestellt werden. In der zweiten Studie musste aufgrund technischer Fehler ein Gelenk von der Auswertung ausgeschlossen werden. Es wurden somit ingesamt 30 Menisken von 15 Gelenken untersucht. Die Ergebnisse der histologischen Untersuchungen wurden von der vorangegangen Studie übernommen und um einige bildgebenden Parameter (T1, T2*, Magnetisierungstransfer) ergänzt. Auch hier konnten nur vereinzelt Zusammenhänge zwischen histologischen und bildgebenden Parametern gefunden werden. Die T1-Relaxation sank mit steigendem Proteoglykangehalt und stieg mit zunehmender Zellularität an. Die mittlere T1-Relaxation der medialen Menisken lag bei 517ms, die der lateralen Menisken bei 536ms. Die MTsat-Werte waren dahingegen in Menisken mit höherem Proteoglykanscore erhöht. Der Mittelwert von MTsat lag für die medialen Menisken bei 0,08ms und für die lateralen Menisken bei 0,08ms. Der Proteoglykan- und Kollagengehalt zeigten in unseren Ergebnissen einen gegensätzlichen Effekt auf MTsat zu haben. Um dies weitergehend betrachten zu können, wurde zusätzlich das Verhältnis von Kollagen- und Proteoglykanscore gebildet. Dabei zeigte sich, dass MTsat bei höherem „Kollagen-zu-Proteoglykan-Verhältnis“ signifikant niedriger war (p<0,002). Eine Korrelation zwischen dem histologischen Gesamtscore und den einzelnen MR-Parametern konnte auch hier nicht gefunden werden. Bei unabhängiger Analyse der medialen und lateralen Menisken konnte eine leichte negative Korrelation zwischen MTR und dem Histoscore der medialen Menisken gefunden werden. Diese Korrelation ist jedoch nur als Tendenz anzusprechen, da sie keine statistische Signifikanz erreichte (p=0,08). Desweiteren konnte gezeigt werden, dass MTR tendenziell niedriger in den medialen Menisken war (p=0,059). Die histologische Untersuchung der Menisken ergab einen signifikant höhren Proteoglykanscore der medialen Menisken bei zugleich größerer Variabiltät innerhalb der einzelnen Proben (p=0,006). Daraus könnte geschlossen werden, dass MTR indirekt mit dem Proteoglykanscore in Zusammenhang steht. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass grundsätzlich geringe histologische Veränderungen in den Menisken älterer, klinisch unauffälliger Hunde nachweisbar sind. Keiner der untersuchten MR-Kontraste wies eine hohe Spezifität oder Sensitivität bezüglich geringgradiger histologischer Meniskusveränderungen auf. Die gezeigten Zusammenhänge von MTsat und T1-Relaxationszeit mit dem Proteoglykangehalt bzw. der Zellularität sprechen dafür, dass einige dieser Parameter vielversprechende Kandidaten sein könnten, um mikrostrukturelle Gewebeveränderungen zu detektieren. Gleichzeitig zeigen die Studien aber auch, dass die Darstellung von geringgradigen Meniskusdegenerationen sehr herausfordernd ist. Die semi-quantitative Bildgebung muss v.a. im Bereich der Tiermedizin erst noch etabliert werden. Sie bietet jedoch grundsätzlich ein hohes Potential für die Früherkennung von strukturellen Meniskusveränderungen und kann somit sowohl in der Forschung als auch in der klinischen Anwendung wertvolle Informationen liefern.