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Influence of repeated imaging on animal welfare and study results in healthy and tumor-bearing mice = Einfluss von wiederholten Bildgebungsverfahren auf das Tierwohl und Studienergebnisse in gesunden und tumortragenden Mäusen

Baier, Jasmin^RWTH*

2024

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jasmin Baier

ImpressumAachen 2024

UmfangSeite 507-514, 10 Seiten : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024, Kumulative Dissertation

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Kiessling, Fabian (Thesis advisor)^RWTH* ; Djudjaj, Sonja (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-07-05

Einrichtungen

1. Institut und Lehrstuhl für Experimentelle Molekulare Bildgebung (811003-3 ; 924210)

Projekte

1. DFG project G:(GEPRIS)329693114 - Bildgebung im Kontext der 3R: Chancen und Herausforderungen (329693114) (329693114)
2. FOR 2591: Severity assessment in animal-based research (321137804) (321137804)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
CT (frei) ; MRT (frei) ; animal welfare (frei) ; breast cancer (frei) ; imaging (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die nicht-invasive Bildgebung wird häufig in der präklinisches Forschung zur Untersuchung von physiologischen Prozessen eingesetzt und gilt für Labortiere als unbedenklich. Eingriffe wie Anästhesie, Handhabung der Tiere, Kontrastmittelapplikation sowie Magnetfeld- oder Strahlungsexposition können jedoch Stress verursachen und sich auf das Wohlergehen der Tiere sowie physiologische Parameter auswirken, was insbesondere bei Langzeitstudien mit wiederholten Untersuchungen von Bedeutung ist. Trotz der potenziellen Risiken wurde bisher keine systematische Studie durchgeführt, die die potenziellen Auswirkungen der Bildgebungs-modalitäten auf das Tierwohl oder die Studienergebnisse untersucht. Ziel dieser Studie war es daher, die möglichen Auswirkungen wiederholter nativer und kontrastverstärkter Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) Untersuchungen auf das Tierwohl, die Tumorphysiologie und das Ansprechen auf eine Therapie zu untersuchen. In diesem Zusammenhang wurden gesunde und 4T1-Tumor-tragende Mäuse mit 1T und 7T MRT unter Isofluran-Narkose untersucht. Als Indikatoren für das Tierwohl wurden Score Sheets, Rotarod-Leistung, Herzrate und fäkale Kortikosteron-Metaboliten bewertet. Zur Untersuchung der Tumorphysiologie wurden Wachstum, Perfusion, Immunzellinfiltration und Reaktion auf den Multikinase-Inhibitor Regorafenib untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass wiederholte MRT-Untersuchungen zu keinen messbaren Veränderungen der untersuchten Parametern führten und somit das Tierwohl nicht beeinträchtigt wurde. Auch das Tumorwachstum und Therapieansprechen wurden durch wiederholte Scans nicht beeinflusst, allerdings führte eine wiederholte Isoflurannarkose zu einer Verringerung des Milzgewichts. In der CT Studie wurden 4T1 Tumor-tragende Mäuse wiederholt nativen und kontrast-verstärkten CT-Scans ausgesetzt. Analog zur MRT Studie wurden Tierwohl und Tumor-physiologie untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass CT-Scans das Wohlbefinden der Tiere gemäß der Score Sheets nicht beeinträchtigten. Allerdings kam es zu einer Beeinträchtigung der Koordination nach kontrastverstärkten Scans in Kombination mit der Tumortherapie. Bei der Tumorphysiologie führten CT-Untersuchungen zu einer erhöhten Tumorperfusion und einer verringerten Zellproliferation, insbesondere nach kontrastverstärktem CT. Zusammenfassend, zeigten wiederholte MRT-Scans keine nachteiligen Auswirkungen auf das Wohlergehen der Tiere oder die Tumorphysiologie. Es kann jedoch aufgrund der Narkose zu ungewollten immunologischen Veränderungen kommen. Wiederholte CT-Untersuchungen beeinträchtigten die motorische Koordination und hatten Auswirkungen auf die Tumorphysiologie. Diese Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit mögliche Auswirkungen von MRT- und CT-Bildgebungsprotokollen auf das Wohlergehen der Tiere und die Tumorphysiologie in der präklinischen onkologischen Forschung zu berücksichtigen.

Non-invasive imaging is considered harmless for laboratory animals and is often used in preclinical research to study physiological processes. However, interventions such as anesthesia, animal handling, contrast agent application, as well as magnetic field or radiation exposure can cause stress and potentially affect animal welfare and physiological parameters. These effects might be particularly relevant in longitudinal studies with repeated examinations. Despite these potential risks, no systematic study has been conducted yet to investigate the potential impact of imaging modalities on animal welfare or study outcomes. Therefore, this thesis aimed to investigate the possible effects of repeated native and contrast-enhanced (CE) magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT) examinations on the animal welfare, tumor physiology and therapy response. In this regard, healthy and 4T1-tumor-bearing mice were investigated with longitudinal MRI using 1T and 7T MRI devices under isoflurane anesthesia. Observational score sheets, rotarod performance, heart rate, and fecal corticosterone metabolites were assessed as indicators of animal welfare. Tumor growth, tumor perfusion, immune cell infiltration, and response to the multikinase inhibitor regorafenib were evaluated to investigate tumor physiology. The results demonstrated that repeated MRI examinations did not lead to any observable changes in the assessed parameters, indicating that the welfare of mice was not compromised. Furthermore, tumor growth and therapy response were not affected by the MRI procedures. However, the anesthesia administration led to a reduction of spleen weights in healthy mice. In the CT study, 4T1-tumor-bearing mice were exposed to repeated native and contrast-enhanced CT scans under isoflurane anesthesia. Similar to the MRI experiment, behavioral assessments and tumor evaluations were conducted. The findings indicated that repeated CT examinations did not significantly affect animal welfare according to the observational score sheet. However, motor coordination was impaired after contrast-enhanced CT in combination with tumor therapy. In terms of tumor physiology, CT scans induced alterations such as increased tumor perfusion and decreased cell proliferation, particularly in the contrast-enhanced CT group. In conclusion, repeated MRI examinations did not have adverse effects on animal welfare or tumor physiology. However, caution should be exercised regarding the potential immunological effects of isoflurane anesthesia. Repeated CT imaging impaired motor coordination and had notable effects on tumor physiology. These findings emphasize the importance of considering the potential impacts of the applied imaging protocols on animal welfare and tumor physiology in preclinical oncological research.

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
print

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT030947081

Interne Identnummern
RWTH-2025-01220
Datensatz-ID: 1003824

Beteiligte Länder
Germany