Cytotoxicity of gadolinium-based MRI contrast agents on renal tubular cells in vitro: comparison of a nonionic iodinated radiographic contrast medium and gadolinium-based MRI contrast agents at equi-attenuating and equimolar concentrations. Goals of this study The iodine based contrast media used in diagnostic and interventional radioloy can lead to severe impairment of renal function known as contrast media-induced nephropathy, which often involves high mortality rates. In contrast, gadolinium-based MRI contrast agents are known to have very good renal tolerance. Therefore, the use of gadolinium-based contrast media for CT and angiography as a possible alternative to the use of conventional iodinated contrast agents is under discussion. Materials and methods To compare the cytotoxic effects of an iodine-based contrast media with several gadolinium-based agents we conducted some experiments using cultured renal tubule cells (LLC-PK1). Cells were incubated with the iodinated contrast agent iomeprol, the gadolinium chelates gadoptentetate dimeglumine, gadobenate dimeglumine, gadoterate meglumine, or gadodiamide at equimolar and equi-attenuating doses for 24 hours. To assess the role of osmolality cells were also incubated with corresponding mannitol solutions. Cytotoxicity was assesed using the MTT test, a trypan blue exclusion test, and an ELISA to detect apoptosis and necrosis. Results At equimolar concentrations gadopentetate and gadobenate showed a significantly higher inhibition of MTT conversion than gadoterate, gadidiamide and iomeprol (p < 0,001). As we could demonstrate using the trypan blue test, after incubation with gadopentetate significantly more cells were dead than after incubation with iomeprol (p < 0,001). Gadopentetate and gadobenate induced significantly more apoptosis and necrosis than the other contrast media (p < 0,001). At equi-attenuating concentrations inhibition of MTT reduction after incubation with iomeprol was significantly lower than after incubation with all gadolinium-based contrast agents tested (p < 0,001). In summary, all gadolinium-based contrast media led to stronger cytotoxic effects than the iodinated contrast agent. Ionic gadolinium chelates of high osmolality involved stronger cell damage than nonionic gadolinium contrast agents with low osmolality. Conclusion: Our experiments suggest, that gadolinium-based contrast agents at equi-attenuating concentrations possess a higher nephrotoxic potential than iodinated contrast agents in vitro. For reasons of nephroprotection maybe it is more reasonable to use dilute solutions of conventional iodinated contrast agents in angiography which provide equal or even better image quality instead of using gadolinium chelates. Before the use of gadolinium-based contrast agents for X-ray radiography can be recommended, there should be more clinical studies to compare nephrotoxicity of iodinated and gadolinium-based contrast agents in equi-attenuating concentrations which provide equal image quality.

Hintergrund und Ziele Die in der Radiologie für diagnostische und interventionelle Röntgenverfahren eingesetzten iodhaltigen Kontrastmittel können zu schwerwiegenden Beeinträchtigungen der Nierenfunktion, der kontrastmittelinduzierten Nephropathie führen, die oft mit hohen Mortalitätsraten einhergeht. Dagegen gelten die gadoliniumhaltigen MRT-Kontrastmittel als sehr gut nierenverträglich. Daher wird zurzeit diskutiert, inwiefern der Einsatz gadoliniumhaltiger Kontrastmittel für CT und Angiographie eine Alternative zur Verwendung von herkömmlichen iodhaltigen Kontrastmitteln darstellen könnte. Methoden Um die cytotoxischen Effekte eines iodhaltigen Kontrastmittels mit verschiedenen gadoliniumhaltigen Kontrastmitteln vergleichen zu können, führten wir Experimente an Kulturen renaler Tubuluszellen (LLC-PK1) durch. Dazu wurden LLC-PK1-Zellen mit dem Iod-Kontrastmittel Iomeprol und den Gadolinium-Kontrastmitteln Gadopentetatdimeglumin, Gadobenatdimeglumin, Gadoteratmeglumin und Gadodiamid bei gleichen molaren Konzentrationen und Konzentrationen, die sich in ihrer Röntgendichte entsprechen für 24 Stunden inkubiert. Um die Rolle der Osmolalität bewerten zu können, wurden die Zellen außerdem mit Mannitol-Lösungen entsprechender Osmolalität inkubiert. Die Cytotoxizität wurde durch einen MTT-Konversionstest, einen Trypanblau-Exklusionstest und einen ELISA zur Detektion von Apoptose und Nekrose bewertet. Ergebnisse und Beobachtungen Bei äquimolaren Konzentrationen zeigten Gadopentetat und Gadobenat eine signifikant höhere Inhibition der MTT-Konversion als Gadoterat, Gadodiamid und Iomeprol (p < 0,001). Wie durch den Trypanblau-Test gezeigt werden konnte, waren nach Inkubation mit Gadopentetat signifikant mehr Zellen abgestorben als nach Inkubation mit Iomeprol (p < 0,001). Gadopentetat und Gadobenat induzierten signifikant mehr Apoptose und Nekrose als die übrigen Kontrastmittel (p < 0,001). Bei Konzentrationen gleicher Röntgendichte war die Inhibition der MTT-Reduktion nach Inkubation mit Iomeprol bei allen Konzentrationen signifikant geringer als bei allen getesteten Gadolinium-Kontrastmitteln (p < 0,001). Somit führten alle getesteten gadoliniumhaltigen Kontrastmittel bei Konzentrationen gleicher Röntgendichte zu stärkeren cytotoxischen Effekten als das iodhaltige Kontrastmittel. Die ionischen hochosmolalen Gadoliniumchelate führten zu stärkeren Zellschädigungen als die nichtionischen Gadolinium-Kontrastmittel mit niedriger Osmolalität. Praktische Schlussfolgerungen Unsere Exprimente lassen darauf schließen, dass die gadoliniumhaltigen Kontrastmittel bei Konzentrationen, die sich in ihrer Röntgendichte entsprechen, in vitro ein höheres nephrotoxisches Potential aufweisen, als die auf Iod basierenden Kontrastmittel. Möglicherweise ist es bei Angiographien sinnvoller, statt der Gadoliniumchelate zur Nephroprotektion verdünnte Lösungen der herkömmlichen Iod-Kontrastmittel zu verwenden, die die gleiche oder sogar bessere Bildqualität bieten. Bevor die Verwendung von Gadoliniumpräparaten für Röntgenuntersuchungen empfohlen werden kann, sollten daher größere klinische Studien durchgeführt werden, die die Nephrotoxizität der Iod-Kontrastmittel und Gadolinium-Kontrastmittel in Konzentrationen vergleichen, die die gleiche Röntgendichte aufweisen und damit auch zu vergleichbarer Bildqualität führen.