Project

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Preclinical MRI

English title Preclinical MRI
Applicant Beck Schimmer Beatrice
Number 183528
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Institut für Anästhesiologie Universitätsspital Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Physiology : other topics
Start/End 01.01.2019 - 31.12.2019
Approved amount 495'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Physiology : other topics
Pathophysiology

Keywords (6)

liver regeneration; cardiology; tumor biology; kidney functions; preclinical MRI; inflammatory bowel disease

Lay Summary (German)

Lead
MRI (Magnet-Resonanz-Imaging) ist eine der wichtigsten Bildgebungsmodalitäten, die sowohl in der klinischen Medizin wie auch in der präklinischen Forschung häufig verwendet wird. Es ist die Methode der Wahl zur Darstellung von Gewebe bzw. Organen im Körper. Dabei können nicht nur Gewebestrukturen sondern auch biologische Prozesse und deren zeitliche Veränderung in Echtzeit am lebenden Organismus abgebildet werden - ohne das entsprechende Gewebe zu schädigen. Im Gegensatz zur Computertomographie wird keine belastende Röntgenstrahlung erzeugt oder genutzt. Mit einem präklinischen MRI kann ein Versuchstier im Rahmen von Verlaufsuntersuchungen so oft wie nötig untersuchen werden. Somit können mehr, detailliertere und validere Informationen von weniger Versuchstieren erhoben werden, was den Prinzipien der 3R (Reduce, Refine, Replace) entspricht.
Lay summary
Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Ziel dieses Projekts ist die Beschaffung eines MRI Scanners für den Campus Irchel der Universität Zürich. In Zürich wird derzeit an zwei Orten MRI angeboten. Aufgrund von unterschiedlichen Hygieneniveaus ist ein Transfer von Tieren zu diesen aber entweder überhaupt nicht oder nur einmalig ohne Rückkehr möglich. Dies schränkt die Nutzung der Geräte für Forschende vom Campus Irchel stark ein, da somit eine parallele Nutzung von MRI mit anderen experimentellen Techniken praktisch unmöglich ist.

Für die Untersuchung von kleinen Nagern – den mit über 90% häufigsten Versuchstieren - wird ein spezielles präklinisches MRI Scanner benötigt. Eine neue Generation heliumfreier „benchtop“ Scanner kann ohne grossen baulichen und Sicherheitsaufwand installiert werden. Die im Vergleich zu konventionellen MRI Geräten niedrigen Unterhaltskosten können bei einer Installation in einer zentralen Core Facility über Nutzergebühren finanziert werden. 2012 wurde eine „Rodent Imaging Platform“ am Campus Irchel der Universität Zürich ins Leben gerufen, die erfolgreich nach diesem Modell funktioniert. Ein MRI Scanner komplettiert das bestehende Angebot zu einer umfassenden multi-modalen Bildgebungsplattform, eröffnet der Forschergemeinschaft des Campus Irchel neue Möglichkeiten und fördert die  Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichsten Forschergruppen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlichr Kontekt des Forschungsprojekts

Unsere Forschung beschäftigt sich mit einem breiten Spektrum von klinisch relevanten Krankheiten und deren Therapie, wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Leberregeneration, Nierenfunktion, entzündlichen Darmerkrankungen  und der Biologie von Tumorerkrankungen. Mit dem MRI können der Krankheitsverlauf wie auch die Wirkung neuer Therapieansätze im Detail verfolgt werden.  Die Verwendung einer Bildgebungsmodalität, die auch im klinischen Alltag zum Einsatz kommt, erleichtert die Übertragbarkeit eines Therapieansatzes in die Klinik. Der präklinische MRI Scanner wird daher sowohl die Forschungsmöglichkeiten am Campus Irchel verbessern – und gleichzeitig die Versuchsbedingungen („Refinement“), bzw. die Zahl der verwendeten Tiere verringern („Reduction“) – als auch die translationale Komponente der bestehenden Forschung weiter intensivieren.

Direct link to Lay Summary Last update: 17.02.2019

Responsible applicant and co-applicants

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
189285 Spatiotemporal fractionation in radiotherapy 01.06.2020 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a non-ionizing imaging modality with excellent soft tissue contrast and therefore one of the most relevant imaging technologies, which is not only used in clinical practice, but also in clinical and preclinical research. Such a modern imaging technology provides structural, (patho)physiological, metabolic, cellular, and molecular information for the comprehensive characteriza-tion of a living organism. It offers the significant advantage of monitoring biological processes in vivo and real time and thus, following their development and alteration, if necessary during an individual’s lifespan. The non-destructive and non-invasive character of this imaging technology thereby is particular-ly advantageous. Moreover, in preclinical research non-invasive imaging provides much more information to be gained from fewer animals, thus helping to apply the principles of 3R (reduce, refine, replace) while getting more insight into biological processes.For the research community at the University of Zurich the availability of preclinical MRI is a major prob-lem. In the past, acquiring such a device implied expensive building alterations needed for cryogen cool-ing (liquid helium) and establishment of safety equipment (magnetic stray field). As a consequence it is unavailable in most standard animal experimental facilities. Additionally, differences in required hygiene barriers make it nearly impossible to co-use imaging modalities or other experimental techniques at dif-ferent locations. It is needless to highlight that researchers rely on flexible combinations of various devic-es and techniques to assess the entire biological process and its development and alterations.Recently developed cryogen-free MRI systems now have opened up new avenues: due to their small foot-print design and small magnetic stray field they can be operated in close proximity to other imaging mo-dalities, thus eliminating the need of transporting animals from one location to another and re-anaesthetizing them. Because of the lack of cryogen cooling and safety equipment those scanners are easy to install, and need no expensive building alterations. The low maintenance costs could be covered by installing them in a centralized core facility. Additionally, the cryogen-free technology offers superior soft tissue contrast and molecular imaging capabilities, particularly with the use of a 7T device. In 2012 a rodent imaging platform with bioluminescence, fluorescence and micro-CT imaging has been successfully established at the University of Zurich. This platform complements numerous analyses available at the Irchel Campus of the University of Zurich. MRI is perfectly complementing the existing imaging modalities and thus the missing part for a comprehensive multi-modal imaging platform in an unique research environment. Also, even the ETH Zurich offers opportunities to use their imaging devices one may face scheduling problems, particularly for the 7T imaging device, or the entire sometime ex-tremely complex experimental approach has to be performed at this research institution due to hygiene issues, which would require establishment of an additional laboratory setting at the ETH beside using facilities at the home institution. Finally, the cryogen-free 7T MRI would be unique at the University of Zurich, offering new perspectives with the sensitivity of the device, which would allow foster intensive collaborations between different research teams. This proposal assembles new approaches to well established areas of research with several open ques-tions. They encompass cardiovascular, oncological, immunological, regenerative and inflammatory top-ics, shedding new light on signaling pathways and metabolic mechanism. The MRI would be great asset to the researchers involved, thereby elevating the research performed at the Irchel Campus to a higher level, and strengthen the translational research component of already ongoing projects.
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