תיוג בתאי גזע עם Ferumoxytol, ה-FDA אוקסיד Nanoparticle ברזל
Summary
אנו מתארים טכניקה תיוג ומעקב בתאי גזע עם ה-FDA, תחמוצת ברזל פאראמגנטי (SPIO), ferumoxytol (Feraheme). זו טכניקת דימות הסלולר אשר מנצל מגנטית (MR) תהודה להדמיה, הוא נגיש לניטור ארוך טווח האבחנה של להצליח או להיכשל engraftments תא גזע לחולים.
Abstract
תא גזע טיפולים מבוססי להציע פוטנציאל משמעותי בתחום של רפואה רגנרטיבית. עם זאת, הרבה נשאר להיות מובן לגבי vivo ב קינטיקה של התאים המושתלים. שיטה לא פולשנית כדי לפקח שוב ושוב בתאי גזע המושתלים in vivo תאפשר לחוקרים ישירות לצג של השתלות מוח עצם ולזהות התוצאות engraftment להצליח או להיכשל.
מגוון רחב של בתאי גזע ממשיך להיחקר עבור יישומים רבים מספור. פרוטוקול זה מתמקד 3 אוכלוסיות תאים שונות גזע: כליה עובריים אנושיים 293 (HEK293) תאים, אדם בתאי גזע mesenchymal (hMSC) ו המושרה גזע pluripotent (שב"ס) תאים. HEK 293 תאים שמקורם בתאי כליה עובריים אנושיים הגדלים עם תרבות ה-DNA טעון adenovirus 5. תאים אלה נמצאים בשימוש נרחב במחקר כי הם בתרבית בקלות, לגדול במהירות והם transfected בקלות. hMSCs נמצאים במח מבוגר. תאים אלה can להיות משוכפל כמו תאים שלא עברו התמיינות, תוך שמירה על multipotency או פוטנציאל להתמיין למספר מצומצם של גורל התא. hMSCs יכול לבדל את שושלות של רקמות mesenchymal, כולל osteoblasts, adipocytes, chondrocytes, גידים, שרירים, stroma מוח. תאים iPS הם reprogrammed גנטית תאים בוגרים ששונו לבטא גנים וגורמים דומים המאפיינים המגדירים של בתאי גזע עובריים. תאים אלה הם משמעות pluripotent יש להם את היכולת להתמיין לכל שושלות תאים 1. שני hMSCs ותאי iPS הוכיחו יכולת ההתחדשות רקמות ב-vivo.
תהודה מגנטית (MR) הדמיה יחד עם שימוש של תחמוצת ברזל פאראמגנטי (SPIO) תוויות nanoparticle תא הוכיחו יעילות של מעקב vivo לתאי גזע בשל החלטה אנטומי ליד מיקרוסקופית, דם כבר מחצית החיים המאפשר הדמיה האורך ואת גבוה sensitivity לגילוי תאים הניתנים על ידי MR הדמיה של SPIO חלקיקים 2-4. בנוסף, MR הדמיה עם שימוש של SPIOs הוא לתרגום קלינית. SPIOs מורכבים הליבה תחמוצת ברזל עם מעיל dextran, carboxydextran או עמילן משטח המשמש להכיל את ליבת ברזל bioreactive מרכיבים פלזמה. סוכנים אלה יוצרים מקומיים inhomogeneities השדה המגנטי להוביל אות ירד ב T2 משוקלל תמונות MR 5. למרבה הצער, SPIOs הם כבר לא מיוצרים. הדור השני, ultrasmall SPIOs (USPIO), לעומת זאת, מציעים חלופה. Ferumoxytol (FerahemeTM) הוא אחד USPIO מורכבת הליבה שאינו stoichiometric מגנטיט מוקף מעיל carboxymethylether polyglucose סורביטול. גודל colloidal, חלקיק של ferumoxytol הוא 17-30 ננומטר כפי שנקבע על ידי פיזור האור. משקל מולקולרי הוא 750 kDa, ואת relaxivity קבוע בשדה 2T-MRI הוא 58.609 מ"מ 1 sec-1 כוח 4. Ferumoxytol לאחרונה ה-FDAשל תוספת ברזל לטיפול מחסור בברזל אצל מטופלים עם אי ספיקת כליות 6. בקבוצה שלנו יש להחיל את סוכן להשתמש "את התווית" תיוג עבור יישומים סלולריים. הטכניקה שלנו מוכיח תיוג יעיל בתאי גזע עם ferumoxytol שמוביל משמעותית תופעות MR האות של תאים הנקרא על תמונות MR. טכניקה זו ניתן להחיל לניטור בלתי פולשני של טיפולים בתאי גזע במסגרות טרום קליניים וקליניים.
Protocol
Discussion
שיפור היעילות של engraftments תא גזע הוא קריטי לקידום רפואה רגנרטיבית. טכניקה לא פולשנית להדמיה עבור בתאי גזע in vivo משפר באופן משמעותי את יכולתנו להבין את המנגנונים להוביל לתוצאות engraftment מוצלח. תיוג להדמיה מגנטית MR, כגון ההליך שהראנו, מאפשר לעקוב אחר vivo בתאי גזע עם …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מטעם המכון הלאומי של דלקת מפרקים ומחלות עור השלד והשרירים: 3R01AR054458-02S2.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| D-MEM High Glucose | Sigma | D5648 | Or other base medium for desired stem cell line to be used |
| D-PBS (Ca++, Mg++ free) | GIBCO | 14190-144 | |
| Trypsin-EDTA 0.05% | Invitrogen | 25300-120 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Hyclone | SH30071.03 | |
Ferumoxytol (Feraheme) |
AMAG | 59338-0775-01 | |
| Protamine Sulfate | APP Pharm. | 22930 |
References
- Narsinh, K. H., Plews, J., Wu, J. C. Comparison of human induced pluripotent and embryonic stem cells: fraternal or identical twins?. Mol Ther. 19, 635-638 (2011).
- Bulte, J. W. In vivo MRI cell tracking: clinical studies. AJR. Am. J. Roentgenol. 193, 314-325 (2009).
- Henning, T. D., Boddington, S., Daldrup-Link, H. E. Labeling hESCs and hMSCs with Iron Oxide Nanoparticles for Non-Invasive in vivo Tracking with MR Imaging. J. Vis. Exp. (13), e685-e685 (2008).
- Tallheden, T., Nannmark, U., Lorentzon, M. In vivo MR imaging of magnetically labeled human embryonic stem cells. Life. Sci. 79, 999-1006 (2006).
- Jung, C. W., Jacobs, P. Physical and chemical properties of superparamagnetic iron oxide MR contrast agents: ferumoxides, ferumoxtran, ferumoxsil. Magn. Reson. Imaging. 13, 661-674 (1995).
- Coyne, D. W. Ferumoxytol for treatment of iron deficiency anemia in patients with chronic kidney disease. Expert. Opin. Pharmacother. 10, 2563-2568 (2009).
- Li, Z., Suzuki, Y., Huang, M. Comparison of reporter gene and iron particle labeling for tracking fate of human embryonic stem cells and differentiated endothelial cells in living subjects. Stem Cells. 26, 864-873 (2008).
- Metz, S., Bonaterra, G., Rudelius, M. Capacity of human monocytes to phagocytose approved iron oxide MR contrast agents in vitro. Eur. Radiol. 14, 1851-1858 (2004).
- Nedopil, A., Klenk, C., Kim, C. MR signal characteristics of viable and apoptotic human mesenchymal stem cells in matrix-associated stem cell implants for treatment of osteoarthritis. Invest. Radiol. 45, 634-640 (2010).
- Kraitchman, D. L., Heldman, A. W., Atalar, E. In vivo magnetic resonance imaging of mesenchymal stem cells in myocardial infarction. Circulation. 107, 2290-2293 (2003).
- Stuckey, D. J., Carr, C. A., Martin-Rendon, E. Iron particles for noninvasive monitoring of bone marrow stromal cell engraftment into, and isolation of viable engrafted donor cells from, the heart. Stem Cells. 24, 1968-1975 (2006).
- Henning, T. D., Sutton, E. J., Kim, A. The influence of ferucarbotran on the chondrogenesis of human mesenchymal stem cells. Contrast. Media. Mol. Imaging. 4, 165-173 (2009).
- Arbab, A. S., Yocum, G. T., Kalish, H. Efficient magnetic cell labeling with protamine sulfate complexed to ferumoxides for cellular MRI. Blood. 104, 1217-1223 (2004).
- Nedopil, A. J., Mandrussow, L. G., Daldrup-Link, H. E. Implantation of Ferumoxides Labeled Human Mesenchymal Stem Cells in Cartilage Defects. J. Vis. Exp. (38), e1793-e1793 (2010).
- Arbab, A. S., Yocum, G. T., Wilson, L. B. Comparison of transfection agents in forming complexes with ferumoxides, cell labeling efficiency, and cellular viability. Mol Imaging. 3, 24-32 (2004).
- Babic, M., Horak, D., Trchova, M. Poly(L-lysine)-modified iron oxide nanoparticles for stem cell labeling. Bioconjug Chem. 19, 740-750 (2008).
- Golovko, D. M., T, H. e. n. n. i. n. g., Bauer, J. S. Accelerated stem cell labeling with ferucarbotran and protamine. Eur. Radiol. 20, 640-648 (2010).
- Lu, M., Cohen, M. H., Rieves, D. FDA report: Ferumoxytol for intravenous iron therapy in adult patients with chronic kidney disease. Am. J. Hematol. 85, 315-319 (2010).
