Multimodal Imaging of Stem Cell implantasjon i sentralnervesystemet av Mus
Summary
Denne artikkelen beskriver en optimalisert sekvens av hendelser for multimodal imaging av cellulære grafts i gnager hjernen ved hjelp: (i) in vivo bioluminesens og magnetisk resonans imaging, og (ii) post mortem histologisk analyse. Ved å kombinere disse bildediagnostikk på et enkelt dyr lar mobilnettet pode evaluering med høy oppløsning, sensitivitet og spesifisitet.
Abstract
I løpet av det siste tiåret har stamcelletransplantasjon fått økende interesse som primær eller sekundær terapeutisk modalitet for en rekke sykdommer, både i prekliniske og kliniske studier. Men hittil resultater mht funksjonelle resultatet og / eller vev regenerering følgende stamcelletransplantasjon er ganske mangfoldig. Vanligvis er en klinisk nytte observert uten dyp forståelse av de underliggende mekanisme (er) 1. Derfor har flere innsats førte til utviklingen av ulike molekylære imaging modaliteter å overvåke stamcelleforskningen pode med det endelige målet til nøyaktig evaluere overlevelse, skjebne og fysiologi av podet stamceller og / eller deres mikro-miljø. Observerte endringene i én eller flere parametre bestemt av molekylær bildediagnostikk kan være relatert til den observerte kliniske effekten. I denne sammenheng våre studier fokuserer på den kombinerte bruken av bioluminesens imaging (BLI), magnetisk resonans imaging (MRI) og histologiske analysis å evaluere stamcelleforskningen poding.
BLI brukes ofte til ikke-invasiv utføre celle sporing og overvåke celle overlevelse i tiden etter 2-7 transplantasjon, basert på en biokjemisk reaksjon der cellene uttrykker luciferase-reporter genet er i stand til å sende ut lys etter samspill med underlaget sin (for eksempel D- luciferin 8), 9. MR derimot er en non-invasiv teknikk som er klinisk relevant 10 og kan brukes til nøyaktig lokalisere cellulære grafts med svært høy oppløsning 11-15, selv om følsomheten svært avhengig av kontrasten generert etter celle merking med en MR kontrastmiddel . Endelig er post-mortem histologisk analyse metoden for valg for å validere forskningsresultater oppnådd med ikke-invasive teknikker med høyest oppløsning og følsomhet. Videre endepunkt histologisk analyse tillater oss å utføre detaljerte fenotypisk analyse av podet celler og / eller omkringliggende vev, BAsed på bruk av fluorescerende reporter proteiner og / eller direkte celle merking med spesifikke antistoffer.
I sammendraget, vi her visuelt demonstrere komplementaritet i BLI, MR og histologi for å avdekke ulike stamcelleforskningen-og / eller miljø-assosiert egenskaper etter stamcelle transplantasjon i CNS av mus. Som et eksempel, benmarg-avledet stromale celler, genmanipulerte å uttrykke den forbedrede grønt fluorescerende protein (eGFP) og Firefly luciferase (svingninger), og merket med blå lysstoffrør mikron-størrelse jernoksid partikler (MPIOs), vil bli podet i CNS av immun-kompetente mus og utfallet vil bli overvåket av BLI, MR og histologi (figur 1).
Protocol
Discussion
I denne rapporten beskriver vi en optimalisert protokoll for kombinasjonen av tre komplementære bildediagnostikk (BLI, MR og histologi) for detaljert karakterisering av mobilnettet implantater i CNS av immun kompetente mus. En kombinasjon av reporter gen merking av celler, basert på genetisk modifisering med reporteren gener ildflue luciferase og eGFP, og en direkte celle merking med GB MPIO, fører til en nøyaktig vurdering av stamcelleforskningen grafts in vivo.
For partikkel m…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| IMDM | Lonza | BE12-722F | Component of the cell growth medium CEM |
| Fetal bovine serum | Gibco | 10270-106 | Component of the cell growth medium CEM |
| Horse serum | Gibco | 1605-122 | Component of the cell growth medium CEM |
| Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140 | Component of the cell growth medium CEM |
| Fungizone | Gibco | 15290-018 | Component of the cell growth medium CEM |
| PBS | Gibco | 14190 | |
| Puromycine | Invivogen | ant-pr-1 | |
| trypsin | Gibco | 25300 | |
| GB MPIO | Bangs Laboratories | ME04F/7833 | |
| D-luciferin | Promega | E1601 | |
| Ketamine (Ketalar) | Pfizer | ||
| Xylazine (Rompun) | Bayer Health care | ||
| Isoflurane | Isoflo | 05260-05 | |
| 0.9% NaCl solution | Baxter | ||
| paraformaldehyde | Merck | 1.04005.1000 | |
| sucrose | Applichem | A1125 | |
| Micro-injection pump | KD scientific | KDS100 | |
| Photon imager | Biospace Lab | ||
| 9.4T MR scanner | Bruker Biospin | Biospec 94/20 USR | |
| BX51 microscope | Olympus | BX51 | |
| Mycrom HM cryostat | Prosan | HM525 | |
| syringe | Hamilton | 7635-01 | |
| 30 gauge needle | Hamilton | 7762-03 | |
| Photo Vision software | Biospace Lab | ||
| M3vision software | Biospace Lab | ||
| Paravision 5.1 software | Bruker Biospin | ||
| Amira 4.0 software | Visage Imaging |
Referências
- Rodriguez-Porcel, M., Wu, J. C., Gambhir, S. S. . Molecular imaging of stem cells. , (2008).
- Bergwerf, I., De Vocht, N., Tambuyzer, B. Reporter gene-expressing bone marrow-derived stromal cells are immune-tolerated following implantation in the central nervous system of syngeneic immunocompetent mice. BMC Biotechnol. 9, 1 (2009).
- Bergwerf, I., Tambuyzer, B., De Vocht, N. Recognition of cellular implants by the brain’s innate immune system. Immunol. Cell Biol. 89, 511-516 (2011).
- Bradbury, M. S., Panagiotakos, G., Chan, B. K. Optical bioluminescence imaging of human ES cell progeny in the rodent CNS. J. Neurochem. 102, 2029-2039 (2007).
- De Vocht, N., Bergwerf, I., Vanhoutte, G. Labeling of Luciferase/eGFP-Expressing Bone Marrow-Derived Stromal Cells with Fluorescent Micron-Sized Iron Oxide Particles Improves Quantitative and Qualitative Multimodal Imaging of Cellular Grafts In Vivo. Mol Imaging Biol. , (2011).
- Reekmans, K., Praet, J., Daans, J. Current Challenges for the Advancement of Neural Stem Cell Biology and Transplantation Research. Stem Cell Rev. , (2011).
- Reekmans, K. P., Praet, J., De Vocht, N. Clinical potential of intravenous neural stem cell delivery for treatment of neuroinflammatory disease in mice. Cell Transplant. 20, 851-869 (2011).
- Contag, C. H., Bachmann, M. H. Advances in in vivo bioluminescence imaging of gene expression. Annu. Rev. Biomed. Eng. 4, 235-260 (2002).
- Sadikot, R. T., Blackwell, T. S. Bioluminescence imaging. Proc. Am. Thorac. Soc. 2, 511-540 (2005).
- Sykova, E., Jendelova, P., Herynek, V. MR tracking of stem cells in living recipients. Methods Mol. Biol. 549, 197-215 (2009).
- Daadi, M. M., Li, Z., Arac, A. Molecular and magnetic resonance imaging of human embryonic stem cell-derived neural stem cell grafts in ischemic rat. 17, 1282-1291 (2009).
- Heyn, C., Ronald, J. A., Ramadan, S. S. In vivo MRI of cancer cell fate at the single-cell level in a mouse model of breast cancer metastasis to the brain. Magn. Reson. Med. 56, 1001-1010 (2006).
- Hoehn, M., Kustermann, E., Blunk, J. Monitoring of implanted stem cell migration in vivo: a highly resolved in vivo magnetic resonance imaging investigation of experimental stroke in rat. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 16267-16272 (2002).
- Jendelova, P., Herynek, V., DeCroos, J. Imaging the fate of implanted bone marrow stromal cells labeled with superparamagnetic nanoparticles. Magn. Reson. Med. 50, 767-776 (2003).
- Modo, M., Mellodew, K., Cash, D. Mapping transplanted stem cell migration after a stroke: a serial, in vivo magnetic resonance imaging study. Neuroimage. 21, 311-317 (2004).
- Boutry, S., Brunin, S., Mahieu, I. Magnetic labeling of non-phagocytic adherent cells with iron oxide nanoparticles: a comprehensive study. Contrast Media Mol. Imaging. 3, 223-232 (2008).
- Mailander, V., Lorenz, M. R., Holzapfel, V. Carboxylated superparamagnetic iron oxide particles label cells intracellularly without transfection agents. Mol Imaging Biol. 10, 138-146 (2008).
- Modo, M., Hoehn, M., Bulte, J. W. Cellular MR imaging. Mol. Imaging. 4, 143-164 (2005).
- Hinds, K. A., Hill, J. M., Shapiro, E. M. Highly efficient endosomal labeling of progenitor and stem cells with large magnetic particles allows magnetic resonance imaging of single cells. Blood. 102, 867-872 (2003).
- Shapiro, E. M., Sharer, K., Skrtic, S. In vivo detection of single cells by MRI. Magn. Reson. Med. 55, 242-249 (2006).
- Shapiro, E. M., Skrtic, S., Sharer, K. MRI detection of single particles for cellular imaging. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 10901-10906 (2004).
- Crabbe, A., Vandeputte, C., Dresselaers, T. Effects of MRI contrast agents on the stem cell phenotype. Cell Transplant. 19, 919-936 (2010).
- Szarecka, A., Xu, Y., Tang, P. Dynamics of firefly luciferase inhibition by general anesthetics: Gaussian and anisotropic network analyses. Biophys. J. 93, 1895-1905 (2007).
- Keyaerts, M., Heneweer, C., Gainkam, L. O. Plasma protein binding of luciferase substrates influences sensitivity and accuracy of bioluminescence imaging. Mol. Imaging. Biol. 13, 59-66 (2011).
- Keyaerts, M., Verschueren, J., Bos, T. J. Dynamic bioluminescence imaging for quantitative tumour burden assessment using IV or IP administration of D: -luciferin: effect on intensity, time kinetics and repeatability of photon emission. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 35, 999-1007 (2008).
- Zhang, Y., Bressler, J. P., Neal, J. ABCG2/BCRP expression modulates D-Luciferin based bioluminescence imaging. Cancer Res. 67, 9389-9397 (2007).
- Brightwell, G., Poirier, V., Cole, E. Serum-dependent and cell cycle-dependent expression from a cytomegalovirus-based mammalian expression vector. Gene. 194, 115-123 (1997).
- Grassi, G., Maccaroni, P., Meyer, R. Inhibitors of DNA methylation and histone deacetylation activate cytomegalovirus promoter-controlled reporter gene expression in human glioblastoma cell line U87. Carcinogenesis. 24, 1625-1635 (2003).
- Krishnan, M., Park, J. M., Cao, F. Effects of epigenetic modulation on reporter gene expression: implications for stem cell imaging. FASEB J. 20, 106-108 (2006).
- Svensson, R. U., Barnes, J. M., Rokhlin, O. W. Chemotherapeutic agents up-regulate the cytomegalovirus promoter: implications for bioluminescence imaging of tumor response to therapy. Cancer Res. 67, 10445-10454 (2007).
