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Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

, , ,

Contrast Agent Research Group at the Center for Molecular and Functional Imaging, Department of Radiology, University of California San Francisco

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Cite this Article: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

Boddington, S., Henning, T. D., Sutton, E. J., Daldrup-Link, H. E. Labeling Stem Cells with Fluorescent Dyes for non-invasive Detection with Optical Imaging. J. Vis. Exp. (14), e686, doi:10.3791/686 (2008).

Abstract: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

Óptico de imagem (OI) é uma ferramenta fácil, rápida e barata para a monitorização in vivo de terapias à base de células-tronco novo. A técnica é baseada na rotulagem ex vivo de células-tronco com um corante fluorescente, injeção intravenosa subsequente das células rotuladas e visualização de sua acumulação em órgãos-alvo específicos ou patologias. A técnica apresentada demonstra como nós rotulamos células-tronco mesenquimais (hMSC) por incubação simples com o corante lipofílico fluorescente DiD (C67H103CIN2O3S) e como nós rotulamos células-tronco embrionárias (CTEh) com o FDA aprovou o corante fluorescente indocianina verde (ICG). O mecanismo de absorção é através de adesão e difusão do corante lypophilic através da bicamada fosfolipídica da membrana celular. A eficiência de marcação é normalmente melhorado se as células são incubadas com o corante, isento de soro de mídia em vez de incubação em soro contendo mídia. Além disso, a adição do sulfato de protamina transfecção agente melhora significativamente a absorção de agente de contraste.

Protocol: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

Rotulagem de células-tronco mesenquimais com o corante fluorescente DiD

  1. Para iniciar o procedimento para a rotulagem de células-tronco mesenquimais, trypsinize e contar as células para obter uma suspensão com um número definido de células.
  2. Tome as células fora da incubadora e aspirar a media de idade dos frascos contendo as células a serem rotulados
  3. Lavar as células com 10 ml de Mg / Ca-free PBS. Aspirar o PBS. O Mg e Ca inibiria o Tripsina, portanto usamos PBS sem eles.
  4. Adicionar pré-aquecido Tripsina 0,05%, para um frasco T75 usamos 5ml. Assegurar que toda a superfície do frasco é coberto.
  5. Incubar a 37 ° C na incubadora por aproximadamente 5 minutos.
  6. Confirme o destacamento sob o microscópio. Se as células continuam a aderir ao balão, toque-o algumas vezes e esperar um pouco mais até que a tripsinização é bem sucedida.
  7. Agora, é necessário neutralizar a tripsina, adicionando a mídia contendo 10% SFB. Nós usamos uma quantidade igual de mídia como há Tripsina.
  8. Pipeta para cima e para baixo algumas vezes para garantir que todas as células são re-suspenso na mídia.
  9. Transferir a solução de célula para um tubo de polipropileno estéril 15ml tampado.
  10. Centrifugar a 400 rcf durante 5 minutos.
  11. Aspirar o sobrenadante garantindo não perturbar o pellet celular.
  12. Ressuspender as células em DMEM e prosseguir com a contagem de células.
  13. Suspender as células a ser rotulados com uma densidade de 1x10 ^ 6 por ml em soro livre de meio de cultura (DMEM).
  14. Esta foi toda a preparação da suspensão de células. Agora, ele está pronto para iniciar a rotulagem.
  15. Primeiro, adicione 5 mL de contraste DiD por ml de suspensão celular.
  16. Em seguida, misturar a solução com cuidado pipetando.
  17. Incubar as células com a solução de rotulagem a 37 ° C por 20 minutos em um prato bem 6-apego-baixo.
  18. Uma vez que a incubação simples é completo, é necessário transferir a solução de célula para um tubo de polipropileno 15 ml tampados.
  19. Centrífuga para baixo a 400 rcf durante 5 minutos.
  20. Aspirar o meio de rotulagem, garantindo não perturbar pellet celular.
  21. Lavar as células com PBS. Pipeta as células para cima e para baixo, certificando-se de quebrar o pellet celular.
  22. Repita os dois últimos passos mais duas vezes, para que haja um total de 3 etapas de lavagem.
  23. Contar as células e executar um teste de Trypan azul para determinar a viabilidade celular. Estes são protocolos padrão da pilha cultura que não vamos explicar aqui.
  24. Suas células estão prontas a ser trabalhada no imager óptica.

Rotulagem de células estaminais embrionárias humanas com o ICG corante fluorescente

  1. Para iniciar o procedimento para a rotulagem células estaminais embrionárias humanas, prepare o agente de contraste Indocianina Verde. Misturá-lo com o agente de transfecção de protamina.
  2. Meça 1mg do pó Indocianina Verde. Dissolver o pó ICG em 100 mL de dimetil sulfóxido (DMSO).
  3. Adicionar 400 mL de Modified Dulbecco Eagles Medium (DMEM + 10% Calf Serum Fetal) meios de comunicação para a mistura e mexa bem. Isso resulta em uma concentração final de 2mg/ml de Indocianina Verde.
  4. Adicione o Protamina agente de transfecção. Protamina atua como serviço de transporte para o agente de contraste, de modo que fica dentro da célula mais eficiente.
  5. Mistura de 5 mL de sulfato de protamina, que é fornecido em uma concentração de 10mg/ml, com 300 mL ICG e 300 mL de soro livre Dulbecco Modificado Médio Eagles.
  6. Agite suavemente a solução de transfecção novo por 5 minutos para permitir complexo a se formar.
  7. A solução rotulagem está pronto.
  8. Aspirar a velha mídia a partir CTEh placa de Petri de 10mm.
  9. Adicionar 5 ml de soro pré-aquecido sem DMEM.
  10. Adicionar a solução preparada anteriormente Protamina / ICG para as células. Iniciar a incubação de 1 hora de colocar o prato em uma incubadora a 37 ° C.
  11. Após a incubação estiver completa, remova o prato da incubadora e aspire a solução de rotulagem.
  12. Lavar as células por lavagem do prato com 5 ml de PBS.
  13. Aspirar o PBS e substituir com 5 ml de tripsina 0,25%. Incubar o prato a 37 ° C por 5 minutos para permitir que tripsinização a ocorrer. Ela ajuda a agitar o prato um pouco de vez em quando.
  14. Pipeta suavemente para cima e para baixo, para acabar com as colônias restantes.
  15. Neutralizar a tripsina, adicionando uma quantidade igual de KSR ao prato.
  16. Transferir a solução de células para um tubo de 15ml e centrifugar a solução a 400 rcf durante 5 minutos.
  17. Ressuspender as células em meios de comunicação completa.
  18. Se ainda há aglomerações, neste ponto, trypsinize e centrifugar novamente.
  19. Uma vez que um aglomerado de células sem solução é alcançada, aspirar a velha mídia e ressuspender o sedimento em 10ml de pré-aquecido media total ESC.
  20. Neste ponto, é necessário separar as células de camundongos a partir do alimentador hESCs. Isto é feito para garantir que, mais tarde, apenas as células-tronco da imagem ocorre.
  21. Para isso, a transferência ªe solução de célula para um prato de gelatina centímetros revestidas 10.
  22. Coloque o prato para a 37 ° C incubadora e deixe descansar por 45 minutos. Durante este tempo, certifique-se para não perturbar o prato. Agora, os alimentadores irá aderir ao prato e as células-tronco não.
  23. Transferir a solução para fora da placa de Petri. e agora temos uma solução rotulados células isoladas de células estaminais embrionárias humanas.
  24. As células podem agora ser contada e um teste de Trypan azul pode ser realizada sobre eles.
  25. As células estão prontos para ser fotografada!

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Discussion: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

OI é uma relativamente nova técnica de imageamento, com base na detecção de fluorescência. OI é tão sensível quanto técnicas de radiofármaco baseado em imagem, mas não associados com a exposição a irradiação. OI fornece um meio eficaz de rastreamento de células não-invasiva e repetidamente, assim, fornecendo informações sobre a migração celular para o site de destino. Uma grande limitação da técnica é a penetração nos tecidos limitado de sondas fluorescentes in vivo. Assim, um acúmulo de marcador nos tecidos profundos, mais do que cerca de 5-10 cm da superfície da pele, pode não ser detectado. Atuais aplicações clínicas estão limitadas a técnicas superficiais, tais como imagem endoscópica, cardiovascular e retina (Funovics et al. 2003), mas este domínio da investigação continuará a se expandir através do reconhecimento das vastas possibilidades oferecidas por no rastreamento de celular vivo.

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Disclosures: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

Acknowledgements: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

Este projeto foi suportado por uma concessão SEED Leon J. Thal do Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia. Tobias Henning foi financiado por uma bolsa de Pesquisa do alemão Research Association (DFG, HE 4578/1-2). Queremos agradecem Meneses Juanito para o seu conselho sobre a cultura de células estaminais embrionárias humanas.

Materials: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

Name Type Company Catalog Number Comments
Indocyanine Green (IR-125) Reagent Fisher Scientific AC41254-1000
DMSO Reagent Sigma-Aldrich D-2650
D-MEM High Glucose Reagent Sigma-Aldrich D5648
Gelatin Reagent Sigma-Aldrich G1890 Dilute to final concentration of 0.1% in PBS
PBS, Mg and Ca free Reagent GIBCO, by Life Technologies 14190-144
Trypsin-EDTA 0.05% Reagent Invitrogen 25300-120
Trypsin-EDTA 0.25% Reagent Invitrogen 25200-114
FCS, characterized Reagent Hyclone SH30071.03
Cell Strainer (40 µm Nylon) Reagent BD Biosciences 352340
DiD Reagent Molecular Probes, Life Technologies V-22887
Knockout DMEM Reagent GIBCO, by Life Technologies 10829018
Knockout Serum Replacer Reagent GIBCO, by Life Technologies 10828028
b-Mercaptoethanol Reagent Sigma-Aldrich 7522
Non-essential Amino Acids Reagent GIBCO, by Life Technologies 11140050
FGF-2 Reagent R&D Systems 233-FB-025
Glutamine 200mM Reagent GIBCO, by Life Technologies 25030081
Penicillin/Streptomycin Reagent GIBCO, by Life Technologies 15140-122
Protamine Sulfate Reagent American Pharmaceutical Partners

References: Rotulagem células-tronco com corantes fluorescentes para detecção não invasiva com imagens ópticas

1. Daldrup-Link, H.E., Rudelius, M., Metz, S., Piontek, G., Settles, M., Pichler, B., Heinzmann, U., Weinmann, H.J., Schlegel, J., Link, T.M., Rummeny, E.J., Oostendorp, R.A.J. Stem cell tracking with Gadophrin-2 – a bifunctional contrast agent for MR imaging, optical imaging and fluorescence microscopy. Eur J Nucl Med Mol Imaging 31,1312-21 (2004)

2. Simon, G.H., Daldrup-Link, H.E., Kau, J., Metz, S., Schlegel, J., Piontek, G., Saborowski, O., Demos, S., Duyster, J., Pichler, B.J. Optical imaging of experimental arthritis using allogeneic leukocytes labeled with a near-infrared fluorescent probe. Eur J Nucl Med & Mol Imaging, 33, 998-1006 (2006)

3. Sutton, E., Henning, T., Pichler, B., Bremer, C., Daldrup-Link, H.E. Cell Tracking with Optical imaging. Eur Radiol in press

4, Funovics, M.A., Alencar, H., Su, H.S., Khazaie, K., Weissleder, R, Mahmood, U. Miniaturized multichannel near infrared endoscope for mouse imaging. Mol Imaging 2, 350-357 (2003)

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5 Comments

Hi,

Congratulations on the excellent video article. Please allow for two questions:

 1. how many generations until the dye is diluted below the point of detection with the respective procedures ? 

 2. do you see directed movement in lesion models (stroke etc.)?

Thanks,

Peter

1

Reply

Posted by: AnonymousApril 4, 2008, 2:08 PM

I am very happy after ateending your talk...but I need your help. I will plan to start to culture mesenchymal cell in he lab.can you send me detail protocol in which you mention each and every step and also standerd cell culture step.

2

Reply

Posted by: sushmaMay 4, 2008, 2:20 PM

Peter, Sushma, the author indicated to us that they prefer communication through email.  Please feel free to send email directly to daldrup@radiology.ucsf.edu.

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Reply

Posted by: AnonymousMay 5, 2008, 8:17 PM

Can we use the same protocol for DiO fluorescent dye because we need green fluorescence

4

Reply

Posted by: Dimova IvankaJuly 7, 2009, 11:08 AM

Hello Dr. Daldrup-Link team,
It was great seeing this video. Great job guys.
I am wondering if you can help me answering some of my questions for the DiD labelling.

For how long I can see the signal in vivo (mice) after IP injection? Have you tried it for weeks?
Can I still use the DiD for IHC imaging of the Parafin embedded sections?

Thanks,
Osama

5

Reply

Posted by: Osama M.June 26, 2012, 3:20 PM

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