Monitoring Dendritische cel-migratie met behulp van<sup> 19</sup> F /<sup> 1</sup> H Magnetic Resonance Imaging
Summary
Het volgen van cellen met behulp van MRI heeft opgedaan opmerkelijke aandacht in de afgelopen jaren. Dit protocol beschrijft de etikettering van dendritische cellen met fluor (<sup> 19</sup> F)-rijke deeltjes, de in vivo toepassing van deze cellen, en het toezicht op de omvang van hun migratie naar de drainerende lymfeklier met<sup> 19</sup> F /<sup> 1</sup> H MRI en<sup> 19</sup> F MRS.
Abstract
Voortdurende aanpassing aan nieuwe niet-invasieve beeldvormende modaliteiten zoals magnetische resonantie beeldvorming (MRI) zijn sterk verbeterd ons vermogen om fysiologische of pathologische processen te bestuderen in levende organismen. MRI blijkt ook een waardevol hulpmiddel voor het vastleggen van getransplanteerde cellen in vivo. Aanvankelijke cel labeling strategieën voor MRI gemaakt van contrastmiddelen die de MR relaxatietijden beïnvloeden (T1, T2, T2 *) en leiden tot een verhoging (T1) of uitputting (T2 *) van het signaal wanneer gelabelde cellen aanwezig zijn. T2 * enhancement middelen zoals ultrakleine ijzeroxide agenten (USPIO) zijn gebruikt om cel migratie en sommige zijn ook door de FDA goedgekeurd voor klinische toepassing te bestuderen. Een nadeel van T2 * middelen is het moeilijk om het signaal uitsterven door de gemerkte cellen van andere artefacten zoals bloedstolsels, micro bloedingen of luchtbellen onderscheiden. In dit artikel beschrijven we een nieuwe techniek voor het bijhouden van cellen in vivo datis gebaseerd op labelen van de cellen met fluor (19F)-rijke deeltjes. Deze deeltjes worden bereid door emulgeren perfluor (PFC)-verbindingen en vervolgens gebruikt om het etiket cellen, die vervolgens kunnen worden afgebeeld door 19F MRI. Belangrijke voordelen van PFK voor cell tracking in vivo omvatten (i) de afwezigheid van koolstof-gebonden 19F in vivo, die vervolgens geeft achtergrond-vrije beelden en celbereik selectivityand (ii) de mogelijkheid het celsignaal kwantificeren door 19F MR spectroscopie .
Introduction
Het volgen van cellen in vivo is een cruciaal aspect in verschillende gebieden van de medische biologie. Hiervoor invasieve beeldvormingstechnieken die selectief kunnen localiseren cellen over een periode zeer waardevol. Voorafgaand aan de ontwikkeling van drie-dimensionale magnetische resonantie beeldvorming (MRI), werd het volgen van immune celmigratie beperkt tot microscopische analyses of tissue biopsies. Cell tracking met behulp van MRI heeft opgedaan enorme aandacht in de afgelopen jaren, niet alleen voor immunologen bestuderen immuuncel gedrag in vivo, maar ook voor klinische en onderzoekers stamcellen. Tijdens het midden van de jaren '90, de eerste studies over ijzeroxide nanodeeltjes 1 gestart met een cascade van ontwikkelingen voor het bijhouden van cellen met MRI. Ijzeroxide deeltjes verkorten van de MR relaxatietijd (T2 *) van de gelabelde cellen en dus veroorzaken signaal uitputting in MR beelden. Ijzeroxide deeltjes zijn gebruikt om label macrofagen 2, oligodendrocyte progenitors 3 en vele andere celtypen. Sommige van deze deeltjes zijn ook klinisch goedgekeurd door de FDA voor de etikettering cellulaire vaccins bij melanoompatiënten 4. Aangezien in vivo of ex vivo labeling van cellen met ijzeroxide deeltjes gebaseerd op een verkorting van de T2 *-signaal en het laatste kan ook worden veroorzaakt door in vivo gevoeligheid verband T2 * effecten zoals micro bloedingen ijzeraanslag of luchtbellen, is het misschien moeilijk zijn om gelabelde cellen te identificeren in vivo uit andere achtergrond T2 *-signaal uitsterven 5.
In dit artikel beschrijven we een techniek voor het volgen van dendritische cellen (DC) in vivo door het gebruik 19 F / 1H magnetische resonantie imaging (MRI). Deze cel tracking-technologie werd pas in 2005 6, enkele jaren na de eerste erkende aanvragen voor 19 F in MRI was gemeld 7. Een belangrijke advantage van 19 F over ijzeroxide deeltjes cel etikettering de lage biologische optreden van 19 F in weefsel, dit maakt het mogelijk om cellen zeer selectief bijhouden met vrijwel achtergrond-beelden. Voorts is het mogelijk de 19F MR signaal overlappen van de getransplanteerde cellen met gelabelde anatomische beelden verkregen uit conventionele 1H MRI. 19F / 1 H MRI derhalve aanzienlijk belang voor studies die celmigratie in vivo. Cellen bestudeerd met deze methode zijn gelabeld met 19 F-rijke deeltjes. Synthetisch afgeleide perfluorkoolstoffen (PFC's) die voornamelijk uit koolstof-en fluoratomen worden gebruikt om de deeltjes te bereiden. Deze verbindingen zijn oplosbaar in water en moeten vóór geëmulgeerd de toepassing in vitro of in vivo. De gebruikelijke omvang van de PFC deeltjes die in dienst waren van andere groepen voor in vivo 19 F-MRI-tracking experimentenvarieert tussen 100 nm en 245 nm 6,8-10. We hebben echter aangetoond dat de efficiëntie van labeling dendritische cellen met perfluor-15-kroon-5-ether (PFCE) deeltjes met toenemende deeltjesgrootte (> 560 nm). 11
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze methode van toepassing van 19 F / 1 H MRI om de beweging van DC te volgen in de lymfeklier geeft de mogelijkheid om de migratiepatronen van immuuncellen in vivo bestudeerd. Dendritische cellen zijn uitstekende voorbeelden van snel migreren immuuncellen die in staat zijn door middel van drie-dimensionale structuren te manoeuvreren zonder goed hechtende specifieke substraten 17. Hoewel de lage ruimtelijke resolutie (micrometer bereik) van de beschreven techniek is niet vergel…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd gefinancierd door de Deutsche Forschungsgemeinschaft naar SW (DFG WA 2804) en een universitaire subsidie aan SW van de Experimentele en Klinische Research Center, een samenwerking van het Max Delbrück Centrum voor Moleculaire Geneeskunde en Charite Medische Faculteit in Berlijn. De financiers hadden geen rol in de onderzoeksopzet, dataverzameling en-analyse, besluit tot publicatie of voorbereiding van het manuscript. Wij danken de heer Robert Westphal voor technische ondersteuning tijdens zijn stage in ons laboratorium.
Materials
| REAGENTS | |||
| C57BL/6 mice | Charles River, Berlin | ||
| RPMI | Gibco | 21875-091 | |
| FBS Superior | Biochrom AG | S 0615 | |
| HEPES | Gibco-Invitrogen | 15630-056 | |
| Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
| L-glutamine | Gibco | 25030-024 | |
| Dulbecco’s PBS | Sigma Aldrich | D8662 | |
| PFA | Santa Cruz | sc-281692 | |
| Perfluoro-15-crown-5-ether | ChemPur | 391-1996 | |
| Pluronic F-68 | Sigma Aldrich | P5556 | |
| Petri dishes (35 x 10 mm) | VWR, Germany | 391-1996 | |
| 27 ½ G syringes | VWR, Germany | 612-0151 | |
| Nylon cell strainers (100 μm mesh) | VWR, Germany | 734-0004 | |
| NMR tubes | VWR, Germany | 634-0461 | |
| EQUIPMENT | |||
| Dissection tools | FST | ||
| CO2 incubator | Binder | ||
| Small animal MR system | Bruker Biospin | 9.4T BioSpec 94/20 USR, ParaVision Acquisition and Processing Software | |
| 1H/19F dual-tunable volume RF coil | Rapid Biomed, Würzburg, Germany | 35 mm inner diameter, 50 mm length | |
| 19F spectroscopy coil | in-house | tune/match loop coil, 4 turns, inner diameter 5 mm, 10 mm long, two capacitors for tuning and matching | |
| Isoflurane inhalation system | Föhr Medical Instruments GmbH | ||
| Animal monitoring system Model 1025 | SA Instruments Inc., New York, USA |
References
- Yeh, T. C., Zhang, W., Ildstad, S. T., Ho, C. In vivo dynamic MRI tracking of rat T-cells labeled with superparamagnetic iron-oxide particles. Magn. Reson. Med. 33 (2), 200-208 (1995).
- Weissleder, R., Cheng, H. C., Bogdanova, A., Bogdanov, A. Magnetically labeled cells can be detected by MR imaging. J. Magn. Reson. Imaging. 7 (1), 258-263 (1997).
- Franklin, R. J., Blaschuk, K. L., Bearchell, M. C., Prestoz, L. L., Setzu, A., et al. Magnetic resonance imaging of transplanted oligodendrocyte precursors in the rat brain. NeuroReport. 10 (18), 3961-3965 (1999).
- de Vries, I. J., Lesterhuis, W. J., Barentsz, J. O., Verdijk, P., van Krieken, J. H., et al. Magnetic resonance tracking of dendritic cells in melanoma patients for monitoring of cellular therapy. Nat. Biotechnol. 23 (11), 1407-1413 (2005).
- Liu, W., Frank, J. A. Detection and quantification of magnetically labeled cells by cellular MRI. Eur. J. Radiol. 70 (2), 258-264 (2009).
- Ahrens, E. T., Flores, R., Xu, H., Morel, P. A. In vivo imaging platform for tracking immunotherapeutic cells. Nat. Biotechnol. 23 (8), 983-987 (2005).
- Holland, G. N., Bottomley, P. A., Hinshaw, W. S. F-19 Magnetic-Resonance Imaging. Journal of Magnetic Resonance. 28 (1), 133-136 (1977).
- Partlow, K. C., Chen, J., Brant, J. A., Neubauer, A. M., Meyerrose, T. E., et al. 19F magnetic resonance imaging for stem/progenitor cell tracking with multiple unique perfluorocarbon nanobeacons. FASEB J. 21 (8), 1647-1654 (2007).
- Ruiz-Cabello, J., Walczak, P., Kedziorek, D. A., Chacko, V. P., Schmieder, A. H., et al. In vivo “hot spot” MR imaging of neural stem cells using fluorinated nanoparticles. Magn. Reson. Med. 60 (6), 1506-1511 (2008).
- Srinivas, M., Morel, P. A., Ernst, L. A., Laidlaw, D. H., Ahrens, E. T. Fluorine-19 MRI for visualization and quantification of cell migration in a diabetes model. Magn. Reson. Med. 58 (4), 725-734 (2007).
- Waiczies, H., Lepore, S., Janitzek, N., Hagen, U., Seifert, F., et al. Perfluorocarbon particle size influences magnetic resonance signal and immunological properties of dendritic cells. PLoS ONE. 6 (7), e21981 (2011).
- Matheu, M. P., Sen, D., Cahalan, M. D., Parker, I. Generation of Bone Marrow Derived Murine Dendritic Cells for Use in 2-photon Imaging. J. Vis. Exp. (17), e773 (2008).
- Inaba, K., Inaba, M., Romani, N., Aya, H., Deguchi, M., et al. Generation of large numbers of dendritic cells from mouse bone marrow cultures supplemented with granulocyte/macrophage colony-stimulating factor. Journal of Experimental Medicine. 176 (6), 1693-1702 (1992).
- Lanzavecchia, A., Sallusto, F. Ralph M. Steinman. 1943-2011. Cell. 147 (6), 1216-1217 (1943).
- Srinivas, M., Turner, M. S., Janjic, J. M., Morel, P. A., Laidlaw, D. H., et al. In vivo cytometry of antigen-specific t cells using 19F. MRI. Magn. Reson. Med. 62 (3), 747-753 (2009).
- Srinivas, M., Heerschap, A., Ahrens, E. T., Figdor, C. G., de Vries, I. J. (19)F MRI for quantitative in vivo cell tracking. Trends Biotechnol. 28 (7), 363-370 (2010).
- Lammermann, T., Bader, B. L., Monkley, S. J., Worbs, T., Wedlich-Soldner, R., et al. Rapid leukocyte migration by integrin-independent flowing and squeezing. Nature. 453 (7191), 51-55 (2008).
- Liu, M. S., Long, D. M. Perfluoroctylbromide as a diagnostic contrast medium in gastroenterography. Radiology. 122 (1), 71-76 (1977).
- Kwiatkowska, K., Sobota, A. Signaling pathways in phagocytosis. Bioessays. 21 (5), 422-431 (1999).
- Mitragotri, S., Lahann, J. Physical approaches to biomaterial design. Nat. Mater. 8 (1), 15-23 (2009).
- Hoult, D. I., Richards, R. E. The signal-to-noise ratio of the nuclear magnetic resonance experiment. J. Magn. Reson. 24 (1), 71-85 (1976).
- Kovacs, H., Moskau, D., Spraul, M. Cryogenically cooled probes – a leap in NMR technology. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 46 (2-3), 131-155 (2005).
- Waiczies, H., Millward, J. M., Lepore, S., Infante-Duarte, C., Pohlmann, A., et al. Identification of Cellular Infiltrates during Early Stages of Brain Inflammation with Magnetic Resonance Microscopy. PLoS ONE. 7 (3), e32796 (2012).
- Haacke, E. M. . Magnetic resonance imaging physical principles and sequence design. , (1999).
