Rückbildung von Gefäßnetzen: Optimalität und Kostenanalyse

Forschungsprojekt P 13799Rückbildung von Gefäßnetzen: Optimalität und KostenanalyseAlois LAMETSCHWANDTNER28.06.1999 Das Herz-Kreislaufsystem ist das wichtigste Transportsystem bei Mensch und Tier. Es transportiert Sauerstoff und Nährstoffe zu den Körperzellen und entfernt Kohlendioxid und Stoffwechselprodukte. Es verteilt ferner Hormone und Antikörper, die in die Blutbahn abgegeben werden, über den gesamten Körper, leitet Leukocyten zu Stellen, an denen Antigene oder körperfremde Organismen eindringen, und spielt eine wichtige Rolle bei der Wärmeregulation des Körpers. Bei Krebserkrankungen dient es den Krebszellen als Route für die Absiedlung von Zellen und der Bildung von Metastasen (Tochtergeschwulsten) in Gehirn, Lunge, Leber oder Knochen. Ein Versagen dieses Systems stellt in den industrialisierten Ländern die zweithäufigste Todesursache dar, wobei eine stete Zunahme von Funktionsstörungen dieses Systems zu verzeichnen ist. Das gegenständliche Forschungsprojekt will klären, welches der derzeit für Gefaßsysteme diskutierten Optimallitilitsmodelle (minimaler Pumpaufwand, minimaler Gefallwiderstand, minimales Blutvolumen, minimaler Strümungswiderstand) für ein sich rückbildendes Gefäßssystem zutrifft und es will drüber hinaus aufzeigen, ob und in welchem Ausmaß sich die Kostenfunktion der Gefäßaufzweigungen während der Gefaßrückbildung verändert. Als Untersuchungsmodelle dienen die Gefäßnetze der ventrallen Schwanzflosse (einfaches dreidimensionales Gefäßnetz) und der Kiemen (komplexes dreidimensionales Gefaßnetz) von Kaulquappen des Südafrikanischen Krallenfrosches, Xenopus laevis Daudin. Die wichtigsten Untersuchungsziele des gegenständlichen Projektes sind: - Lebendbeobachtung, Videoaufzeichnung und digitaler Erfassung der Gefäßmuster und der Blutzirkukation mittels Intravitalmikroskopie, - Erfassung der strukturellen Gefäßänderungen auf licht- und transmissionselektronenmikroskopischer Ebene, - Quantitative Erfassung der Abfolge der Gefäßdurchmesser von Elterngefäßen zu Tochtergefäßen, der Gefäß- und Aufzweigungsabstände, der Aufzweigungswinkel und -ordnungen anhand digital erfaßter intravitalmikroskopischer Aufnahmen und rasterelektronenmilkroskopischer Stereoaufnahmen von Gefaßausgußpräparaten und deren Auswertung mittels eines von uns implementierten neuen 3D Morphometriesystems, - Berechnung der Aufzweigungsindices, der Abfolgen der Querschnittsverhältnisse von Elterngefäßen zu Tochtergefaßen, der Kostenfunktion(en) der Aufzweigunswinkel, der Abweichung(en) von optimalen Aufzweigungen, - Implementierung eines computergestützten Modells zur Berechnung des mittleren Blutflußes, des Blutdruckes und der Strömungsgeschwindigkeit in den untersuchten Gefäßnetzen unter Verwendung der aus den Lebendbeobachtungen und den Gefaßausgußpräparaten gewonnenen Meßdaten, sowie - Messung des intraluminalen Blutdruckes in den zuführenden segmentalen Artenolen und/oder segmentalen Venolen der ventralen Schwanzflosse mit Hilfe eines Mikropressure-Meßsystems. Die gegenständliche Untersuchung kann wertvolle Erkenntnisse für eine in naher Zukunft absehbare Tumortherapie durch künstlich ausgelöste Gefaßrückbildung und dadurch gestoptes Tumorwachstum liefern.