监测树突状细胞迁移 19 F / 1 H磁共振成像
March 20th, 2013
细胞利用磁共振成像跟踪，在过去几年里取得了显着的关注。本协议描述标签的树突状细胞与氟（ 19 F）的丰富的颗粒，这些细胞在体内的应用程序，和监测他们迁移到引流淋巴结的程度 19 F / 1 H MRI和 19 F刘健。
以下实验的总体目标是使用无创氟磁共振成像或 MRI 结合常规质子 MRI 来可视化树突状细胞迁移到引流淋巴结的过程。这是通过首先制备小鼠骨髓来源的树突状细胞并用富氟颗粒标记完全分化的细胞来实现的。在第二步中，将氟标记的细胞皮内施入小鼠的后肢，确保施用细胞的有效迁移。
接下来，通过氟、质子 MRI 对感兴趣的解剖区域进行成像，以监测树突状细胞从皮肤迁移到引流淋巴结的过程。最终，树突状细胞从应用区域迁移到引流淋巴结可以通过氟 MRI 可视化。与其他细胞追踪技术（例如需要氧化铁纳米颗粒的技术）相比，这种方法的主要优点是所有生物体中几乎不存在碳结合地板。
在体内应用氟标记的细胞后，这会产生完整的无背景图像和完整的细胞选择性。这种方法可以帮助回答免疫学领域的问题，例如候选分子对体内树突状细胞迁移有什么影响。演示该方法的是技术员 Yulia Kovski 和我实验室的高级科学家 Helma VIIs在骨髓树突状细胞培养的第 10 天。
用 LPS 激活树突状细胞 24 小时。在此期间，也用每个氟 15 冠 5 醚颗粒中富含 1 毫摩尔氟标记树突状细胞，以确认树突状细胞已成功标记，使用流式细胞术检查细胞的物理化学特性。氟标记的细胞在此处的前向和侧向散点图上显示为红色事件，未标记的细胞显示为蓝色事件。
下一个位置，将 C 57 黑色六小鼠放在支架中，然后用 26 号半号针头装入 0.5 毫升结核菌素注射器，该针头带有 50 至 100 微升体积的荧光标记树突状细胞。现在小心地将针头插入动物每个后肢的皮肤上层，以管理细胞。麻醉小鼠后，将动物俯卧在小动物 MR 扫描仪的小鼠床上。
将动物固定在成像支架上并与监控系统连接后，将支架移动到质子氟射频线圈的中心，以确认动物和扫描仪的正确定位。以及后来对图像切片几何形状的规划。使用 MR Scanner 软件中的快速和低分辨率图像采集方法，在三个标准方向上采集侦察图像。
将 RF 线圈调谐到质子谐振频率和氟谐振频率。使用动物 MR 扫描仪的调谐监视器将线圈的特性阻抗匹配到 50 欧姆。接下来，设置必要的自动系统设置，包括匀场以微调磁场系统频率调整的均匀性，以将射频调谐到 MR 系统质子和参考增益的特定 LA 频率。
要调整射频振幅，请为质子扫描设置一个 turbo 罕见 3D 协议，使用 1500 毫秒的 TR 和 53 毫秒的 TE、400 x 200 x 200 的矩阵和罕见因子 16。在 scout 图像的帮助下调整视野。然后开始扫描。
加载 TR 至少为 1000 毫秒的单脉冲 FID 序列，然后打开编辑扫描并在工具箱的编辑方法中将原子核设置为 fluorine。使用 go setup 取消选择自动参考增益。在不记录数据的情况下开始测量，以实时显示 MR 信号。
调整基本频率，使氟光谱峰在采集窗口中以零赫兹为中心。然后选择，应用基本频率并立即停止。从之前的质子扫描中克隆 turbo rare 3D 协议。
转到编辑方法，然后取消选择编辑扫描中所示的自动参考增益。设置氟原子核，然后将矩阵更改为 1 28 x 64 x 64，稀有因子至少更改为 40。扫描完成后，从 MR 扫描仪上收回鼠标支架，并使用视图菜单将氟图像叠加到质子图像上。
处死小鼠后，取出感兴趣的 popal 淋巴结并将其放入含有 100 微升 2%PFA 的 5 毫米 NMR 管中。接下来，将管子放入氟光谱线圈内，并将线圈移动到磁体的 ISO 中心。将射频线圈调谐到氟谐振频率，然后在动物 MR 扫描仪的调谐监视器上，将线圈的特性阻抗匹配到匀场工具箱内的 50 欧姆。
将所有垫片参数设置为零，然后按 apply。然后加载一个 TR 至少为 1000 毫秒的单脉冲 FID 序列。打开 edit scan（编辑扫描）并将 nucleus（细胞核）设置为 fluorine（氟）。
现在使用 go setup，启动序列，调整基本频率，使氟光谱峰值位于零赫兹采集窗口的中心，并应用基本频率。然后再次调整脉冲衰减器，使信号最大化，达到 90 度激励。当信号达到最大值时，按 stop。
最后，在 edit 方法中，根据信号将平均值设置在 64 到 256 之间，然后使用 go pipeline。皮内应用后 18 至 21 小时开始采集。氟标记的树突状细胞迁移到引流的波叶淋巴结中。
通过将质子解剖图像与氟树突状细胞叠加，可以了解树突状细胞通过淋巴管进入引流的公共淋巴结的运动。图像中，树突状细胞显示为氟 MR。信号为红色，而淋巴结和淋巴管在质子解剖 MR 图像中以灰度显示。为了量化树突状细胞迁移到引流淋巴结的程度，提取淋巴结并进行氟 MRS，当将从每个淋巴结获得的氟信号与从不同数量的树突状细胞获得的氟信号进行比较时，用每个荧光 15 冠 5 个醚颗粒标记，如此校准曲线所示， 对于这个代表性实验，可以推断到达引流淋巴结的氟标记树突状细胞的数量。
可以估计，未加载抗原的第 4 个树突状细胞的 7.5 乘以 10 到达左侧淋巴结，而 3.6 乘以 10 到第 5 个加载抗原的树突状细胞到达右侧淋巴结。虽然这可以深入了解正常情况下免疫细胞迁移的分子机制，但它也可以用于自身免疫性疾病等动物模型。此外，该技术的含义延伸到癌症治疗领域。
任何确定的分子靶标都可用于纵树突状细胞进行肿瘤治疗。
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概述
本协议概述了一种使用非侵入性氟MRI结合质子MRI来追踪树突状细胞迁移的方法。该过程涉及用富氟颗粒标记鼠骨髓来源的树突状细胞，并监测它们向引流淋巴结的移动。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 成像技术
- 细胞追踪
背景
- 树突状细胞在免疫反应中起着至关重要的作用。
- 追踪细胞迁移对于理解免疫功能至关重要。
- 传统的追踪方法可能存在局限性。
- 氟MRI为监测细胞运动提供了一种非侵入性的替代方案。
研究目的
- 可视化树突状细胞向淋巴结的迁移。
- 利用氟MRI追踪标记的细胞。
- 比较这种方法与传统技术的有效性。
使用的方法
- 鼠骨髓来源树突状细胞的制备。
- 用富氟颗粒标记细胞。
- 将标记的细胞注入小鼠的后肢。
- 使用氟和质子MRI成像细胞的迁移。
主要结果
- 成功可视化树突状细胞向淋巴结的迁移。
- 展示了氟MRI在追踪细胞方面的有效性。
- 突出了与传统氧化铁纳米粒子方法相比的优势。
- 提供了对免疫细胞运动动力学的洞察。
结论
- 氟MRI是一种强大的非侵入性细胞追踪工具。
- 这种方法增强了对免疫反应的理解。
- 进一步的研究可能扩大在免疫学中的应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Non-invasive tracking of immune cell migration using fluorine MRI provides a background-free, quantitative method to evaluate dendritic cell trafficking in vivo. This capability supports mechanistic de-risking in immunotherapy development by enabling direct visualization of cellular responses to molecular candidates. The technique enhances predictive confidence in target validation by linking pharmacological interventions to functional immune outcomes in disease-relevant systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses on dendritic cell migration pathways.
- Operational Value: Provides background-free imaging for unambiguous detection of labeled cells in vivo.
- Predictive Value: Quantifies cell trafficking to lymph nodes, supporting functional target validation and portfolio triage.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates validated, fluorine-labeled cell systems for downstream imaging applications.
- Operational Value: Standardizes cell labeling and detection protocols for reproducible signal quantification.
- Scalability: Supports platform reuse across immunology and oncology models requiring cell trafficking readouts.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Enables disease-relevant tracking of dendritic cells in autoimmune and cancer therapy models.
- Operational Value: Facilitates longitudinal monitoring of cell migration from tissue to lymphoid organs.
- Translational Continuity: Connects discovery-phase imaging to preclinical validation of immunomodulatory candidates.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery biology workflows by providing quantitative, non-invasive readouts of dendritic cell migration, supporting lead identification and preclinical advancement decisions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of molecular candidates influencing dendritic cell trafficking in vivo.
- Screening: Delivers assay-ready, fluorine-labeled cells with standardized detection via 19F MRI and MRS.
- Analytics: Enables quantitative comparison of cell migration through fluorine signal quantification against calibration curves.
- Translational Research: Aligns with biomarker development by tracking immune cell movement in disease models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform for tracking diverse cell types in immunology and oncology.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in immune cell migration studies through selective, background-free detection.
- Operational Value: Ensures reproducibility and standardization across laboratories via standardized labeling and imaging protocols.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by linking target modulation to functional immune cell trafficking outcomes.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on quantitative dendritic cell migration data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cell culture, fluorine-rich particle labeling, and small animal MRI operation.
- Needs access to dual-tuned 1H/19F RF coils and MRI systems capable of spectroscopic acquisition.
- Demands standardization of cell labeling efficiency and imaging timing across experimental groups.
- Involves adaptation considerations for different cell types and tissue depths affecting signal detection.
- Limited by the requirement for ex vivo validation via lymph node extraction and MRS for absolute quantification.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:46
Labeling and In vivo Application of Dendritic Cells (DC) with 19F (Fluorine)-rich Particles
2:47
In vivo 19F/1H (Proton) Magnetic Resonance Imaging (MRI)
5:04
Lymph Node Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS)
6:20
Results: Quantification of 19F-labeled DC Migration In vivo using 19F MRS
7:33
Conclusion
