Innovative Magnetresonanzlymphographie und Analyse des Ischämie-Reperfusionsschadens in vaskularisierten Lymphknotenlappen im Rattenmodell

Abstract

Das chronische Lymphödem stellt eine häufige und klinisch relevante Folge onkologischer Therapien dar. Fortschritte in der lymphatischen Bildgebung sowie in mikrochirurgischen Rekonstruktionsverfahren wie der vaskularisierten Lymphknotentransplantation (VLKT) erfordern ein vertieftes Verständnis sowohl der diagnostischen Möglichkeiten als auch der biologischen Mechanismen lymphatischer Regeneration und Ischämie-Reperfusions-(I/R)-Schäden.

Ziel des ersten Studienabschnitts war die Evaluation des nanopartikulären, Gadolinium-basierten Kontrastmittels AGuIX hinsichtlich seiner Eignung für die kontrastmittelgestützte MR-Lymphographie im Vergleich zum klinisch etablierten extrazellulären Kontrastmittel Gd-DOTA. Hierzu wurde ein validiertes Rattenmodell eines sekundären chronischen Lymphödems etabliert, bestehend aus radikaler inguinaler und poplitealer Lymphadenektomie mit anschließender Bestrahlung. Die MR-Lymphographie wurde bei 9,4 T durchgeführt und quantitativ mittels Signal-to-Noise-Ratio (SNR) und Contrast-to-Noise-Ratio (CNR) analysiert. AGuIX zeigte im Vergleich zu Gd-DOTA eine signifikant höhere und länger anhaltende Kontrastierung der Lymphgefäße und Lymphknoten. Während Gd-DOTA rasch über das venöse System eliminiert wurde und eine simultane venöse Kontrastierung aufwies, resultierte AGuIX in einer selektiveren und prolongierten lymphatischen Anreicherung. Im chronischen Lymphödem konnten kollaterale Lymphgefäßneubildungen nachgewiesen werden, die im zeitlichen Verlauf regredient waren. Histologisch bestätigten sich typische lymphödematöse Veränderungen mit Fibrose, Immunzellinfiltration und erhöhter Lymphgefäßdichte.

Im zweiten Studienabschnitt wurde der Einfluss eines I/R-Schadens auf axilläre vaskularisierte Lymphknoten-Fett-Pakete untersucht. Ischämiezeiten von 45 und 120 Minuten führten nach 24-stündiger Reperfusion zu signifikanten strukturellen und molekularen Veränderungen innerhalb der Lymphknoten. Während 45 Minuten Ischämie primär reversible Veränderungen induzierten, resultierte eine 120-minütige Ischämie in einer signifikanten Reduktion der Zellularität, Destruktion der Lymphknotenarchitektur, erhöhter Expression oxidativen Stresses (HO-1), vermehrter Apoptose (Caspase-3) sowie signifikanter Immunzellinfiltration. Die Mikrogefäßdichte (CD31+) war in beiden Ischämiegruppen reduziert. Das perinodale Fettgewebe zeigte demgegenüber eine deutlich höhere Resistenz gegenüber dem I/R-Schaden. Western-Blot-Analysen zeigten eine signifikante Hochregulation von VEGF-D sowie VEGF-A nach 120-minütiger Ischämie.

Zusammenfassend belegt die vorliegende Arbeit, dass AGuIX ein vielversprechendes Kontrastmittel für die MR-Lymphographie darstellt und eine verbesserte Darstellung des lymphatischen Systems ermöglicht. Darüber hinaus zeigt sich, dass die Lymphknoten innerhalb vaskularisierter Lappen empfindlich gegenüber prolongierten Ischämiezeiten reagieren, während das perinodale Fettgewebe eine höhere I/R-Resistenz aufweist. Diese Erkenntnisse tragen sowohl zur Optimierung bildgebender Diagnostik als auch zum besseren Verständnis der biologischen Grundlagen der VLKT bei.

Chronic lymphedema represents a frequent and clinically relevant complication following oncologic therapies and remains challenging in both diagnosis and treatment. Advances in lymphatic imaging and microsurgical reconstruction, such as vascularized lymph node transfer (VLNT), require improved diagnostic tools and a deeper understanding of lymphatic regeneration as well as ischemia–reperfusion (I/R) injury mechanisms.

The first part of this study aimed to evaluate the novel nanoparticulate gadolinium-based contrast agent AGuIX for magnetic resonance (MR) lymphography in comparison with the clinically established extracellular contrast agent Gd-DOTA. A secondary chronic lymphedema rat model was established using combined lymphadenectomy and postoperative irradiation. Contrast-enhanced MR lymphography was performed at 9.4 T and quantitatively assessed using signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR). AGuIX demonstrated significantly stronger, longer-lasting, and more selective lymphatic enhancement than Gd-DOTA. While Gd-DOTA showed rapid venous washout and simultaneous venous enhancement, AGuIX preferentially accumulated within the lymphatic system, enabling superior visualization of lymphatic vessels and nodes. In the chronic lymphedema model, collateral lymphatic networks and dynamic structural remodeling were observed. Histological analyses confirmed fibrosis, immune cell infiltration, and increased lymphatic vessel density.

The second part investigated molecular and cellular alterations following I/R injury in axillary vascularized lymph node–fat flaps. Ischemia times of 45 and 120 minutes were analyzed after 24 hours of reperfusion. Prolonged ischemia resulted in significant lymph node damage, including reduced cellularity, disruption of nodal architecture, oxidative stress induction (HO-1), increased apoptosis, immune cell infiltration, and decreased microvascular density. In contrast, perinodal adipose tissue exhibited greater resistance to I/R injury. Western blot analyses revealed significant upregulation of VEGF-D and VEGF-A after prolonged ischemia.

In conclusion, AGuIX represents a promising contrast agent for high-resolution MR lymphography, providing improved lymphatic specificity and prolonged imaging windows. Furthermore, lymph nodes within vascularized flaps are highly susceptible to prolonged ischemia, highlighting the importance of minimizing intraoperative ischemia times during VLNT. These findings contribute to the optimization of both diagnostic imaging and microsurgical lymphatic reconstruction strategies.