Opisujemy ogólny protokół śledzenia komórek in vivo za pomocą MRI w modelu mysim z komórkami oznaczonymi ex vivo. Dołączony jest typowy protokół do znakowania komórek, przetwarzania akwizycji obrazu i kwantyfikacji.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy ogólny protokół śledzenia komórek in vivo za pomocą MRI w modelu mysim z komórkami oznaczonymi ex vivo. Dołączony jest typowy protokół do znakowania komórek, przetwarzania akwizycji obrazu i kwantyfikacji.
In vivo 19F MRI umożliwia ilościowe śledzenie komórek bez użycia promieniowania jonizującego. Jest to nieinwazyjna technika, którą można zastosować u ludzi. W tym miejscu opisujemy ogólny protokół znakowania komórek, obrazowania i przetwarzania obrazu. Technika ta ma zastosowanie do różnych typów komórek i modeli zwierzęcych, chociaż tutaj skupiamy się na typowym mysim modelu do śledzenia mysich komórek odpornościowych. Opisano najważniejsze kwestie związane z etykietowaniem komórek, ponieważ są one istotne dla wszystkich modeli. Podobnie wymienione są kluczowe parametry obrazowania, chociaż szczegóły będą się różnić w zależności od systemu MRI i indywidualnej konfiguracji. Na koniec dołączamy protokół przetwarzania obrazu w celu oceny ilościowej. Warianty tej i innych części protokołu są oceniane w sekcji Dyskusja. W oparciu o szczegółową procedurę opisaną tutaj użytkownik będzie musiał dostosować protokół do każdego konkretnego typu komórki, etykiety komórki, modelu zwierzęcego i konfiguracji obrazowania. Należy pamiętać, że protokół może być również dostosowany do stosowania u ludzi, o ile spełnione są ograniczenia kliniczne.
Śledzenie komórek in vivo jest niezbędne do optymalizacji i monitorowania terapii komórkowych1. Ze względu na swój nieinwazyjny charakter, obrazowanie daje doskonałe możliwości monitorowania komórek in vivo. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) jest niezależne od promieniowania jonizującego i umożliwia uzyskanie doskonałej rozdzielczości obrazowania oraz wewnętrznego kontrastu tkanek miękkich. Śledzenie komórek na podstawie MRI zostało już wykorzystane klinicznie do śledzenia komórek dendrytycznych u pacjentów z czerniakiem2. Konwencjonalny kliniczny rezonans magnetyczny przeprowadza się na jądrze 1H, obecnym w ruchomej wodzie w tkankach. Możliwe jest również przeprowadzenie rezonansu magnetycznego na innych jądrach aktywnych, takich jak 13C, 19F i 23Na. Jednak tylko 19F MRI został z powodzeniem zastosowany do śledzenia komórek in vivo, ponieważ oferuje najwyższą czułość po 1godzinie. Brak wykrywalnego przez MRI endogennego 19F w tkankach pozwala na wysoką selektywność sygnału do wykrywania egzogennych środków kontrastowych 19F i umożliwia ilościowe określenie stężenia fluoru bezpośrednio na podstawie danych obrazowych. Szczegółowe omówienie 19F MRI znajduje się w3-5. Kluczową kwestią związaną z 19F MRI jest potrzeba opracowania i optymalizacji odpowiednich etykiet dla komórek 19F, chociaż opracowano kilka etykiet, z tendencją do stosowania środków multimodalnych6.
Protokół, który tutaj opisujemy, jest oparty na badaniach przeprowadzonych przez nasze grupy7-9, w tym na pierwszych artykułach, które opisywały in vivo ilościowe śledzenie komórek 19F MRIoparte na 10,11. Ogólna procedura śledzenia komórek za pomocą 19F MRI jest podsumowana na rysunku 1. Opisujemy ogólny protokół znakowania i obrazowania komórek dendrytycznych (DC) przy użyciu specjalnie wykonanego środka kontrastowego z perfluorowęglowodoru8. Protokół obrazowania ma ogólne zastosowanie do różnych typów komórek, etykiet i modeli zwierzęcych. Opisany tutaj typ komórki i model zwierzęcy należy traktować jedynie jako przykład, dlatego nie podajemy szczegółów na temat izolacji i znakowania komórek, ale raczej skupiamy się na protokole obrazowania. Modyfikacje będą konieczne dla każdej etykiety, typu komórki, modelu zwierzęcego i konfiguracji obrazowania, a można je znaleźć w literaturze lub mogą wymagać optymalizacji przez naukowców. W dyskusji uwzględniono kilka typowych modyfikacji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Uwaga: Wszystkie eksperymenty i procedury z udziałem zwierząt muszą być przeprowadzane zgodnie z odpowiednimi wytycznymi etycznymi i zgodnymi ze standardowymi wymaganiami dotyczącymi opieki nad zwierzętami i humanitarnej.
1. Etykietowanie komórek (Standardowy protokół z Coincubation)
Uwaga: Ten protokół jest odpowiedni dla tych konkretnych DC i etykiet. Procedura została zoptymalizowana w innej publikacji8 i zawiera tutaj tylko kroki przygotowania próbki do obrazu, ponieważ ten protokół koncentruje się na obrazowaniu. W związku z tym protokół izolacji, hodowli i znakowania określonego typu komórek będzie musiał zostać znaleziony w literaturze lub zoptymalizowany przez badacza. Podsumowanie wszystkich pozostałych 19oznaczeń F, które zostały użyte w literaturze, znajduje się w innym miejscu6.
2. Oznaczanie 19F/komórkę za pomocą 19F NMR
Uwaga: TR powinien być wystarczająco długi, aby uzyskać pełne rozluźnienie odniesienia i obracanie próbki (około 5 razy czas relaksacji T1 najdłuższego składnika T1 w probówce, zazwyczaj TR ~5-8 sekund). Niektóre spektrometry wymagają D2Odla sygnału blokady częstotliwości. Wystarczające jest standardowe widmo 19F. Szerokie uśrednianie lub wyższa liczba komórek będzie wymagana, jeśli pobieranie komórek przez etykietę jest słabe lub jeśli liczba komórek jest niska. Widmo powinno być wyśrodkowane między pikami odniesienia i odpowiednimi pikami oznaczonymi, chyba że dokonuje się korekt w celu uwzględnienia częściowego wzbudzenia.
Uwaga: Cały proces musi być powtórzony i uśredniony na tyle obszernie, aby osiągnąć statystyczną istotność. Można to również zrobić za pomocą spektroskopii bezpośrednio na skanerze MRI. Należy jednak pamiętać, że ta procedura ujawnia tylko średnie obciążenie 19F dla dużej liczby komórek, a nie zmienność między komórkami. Sprawdzenie jednorodności wychwytu komórkowego wymaga obecności składnika fluorescencyjnego przy czynniku 19F, dzięki czemu wychwyt komórek może być analizowany za pomocą mikroskopii lub cytometrii przepływowej.
3. Rozważania dotyczące projektu eksperymentalnego - iniekcja komórkowa
Ze względu na stosunkowo słabą czułość 19F MRI do śledzenia komórek, model zwierzęcy, w którym komórki będą lokalizować się w dużej liczbie, jest niezbędny do udanego obrazowania in vivo. Typowe wartości czułości wahają się od 1 000 do 100 000 komórek/woksel/1 godzina skanowania6, przy obciążeniu komórek w zakresie 1011-10 13 atomów fluoru.
Liczba i częstotliwość sesji obrazowania musi być starannie zaplanowana, ponieważ wpływa to na wybór środka znieczulającego. Należy zauważyć, że izofluran może nie być odpowiedni do 19F MRI, jeśli częstotliwość rezonansowa 19F izofluranu jest zbliżona do częstotliwości zastosowanego związku znakowanego. Izofluran może być nadal odpowiedni, jeśli sesje obrazowania są wystarczająco krótkie, aby zapobiec znacznemu nagromadzeniu. W literaturze stosowano kilka alternatywnych środków znieczulających10,11; Przykład znajduje się w protokole obrazowania. Znieczulenie może wymagać optymalizacji dla różnych szczepów myszy i modeli chorób.
4. Projektowanie zewnętrznego odniesienia 19F
Uwaga: Generalnie, najprościej jest, jeśli związek odniesienia jest taki sam jak etykieta komórki, aby dopasować parametry relaksacji. Jeśli stosuje się sekwencje spektroskopowe lub sekwencje bez lokalizacji przestrzennej, może być konieczne zastosowanie związku o innym przesunięciu chemicznym.
5. Obrazowanie i przygotowanie myszy
Uwaga: Do śledzenia komórek konieczne jest zobrazowanie tego samego zwierzęcia więcej niż raz. W takim przypadku sesje obrazowania powinny być zaplanowane z uwzględnieniem czasu niezbędnego do usunięcia znieczulenia z systemu i wytycznych instytutu dotyczących stosowania zwierząt.
6. Obrazowanie
1H regulacje i obrazowanie
Uwaga: Ta regulacja będzie się różnić w zależności od typu cewki RF i jest niezbędna dla 19F MRI, ponieważ sygnał na częstotliwości 19F jest zwykle zbyt niski do bezpośredniej regulacji. W związku z tym należy dokonać oszacowania RG na podstawie pomiarów na sygnale 1H. W przypadku transmisji RF z cewką powierzchniową 1H RG należy ustawić w płaszczyźnie równoległej do cewki przez część będącą przedmiotem zainteresowania, w przypadku cewki objętościowej o jednorodnym profilu B1 dokładne ustawienia regulacji są mniej ważne.
Uwaga: In vivo, dokładna częstotliwość może się nieznacznie różnić w zależności od eksperymentu ze względu na różne warunki podkładkowania. Aby zapobiec artefaktom przesunięcia chemicznego, dokładna częstotliwość powinna być określana w każdym doświadczeniu przez 19F MRS, jeśli to możliwe. Typowym skanem dla bardzo niskiego sygnału 19F byłaby spektroskopia globalna (impulsowa) (TR=200 ms, NEX=3,000, TA=10 min, BW=50 kHz). NEX, a więc TA, może być znacznie zmniejszony dla wysokiego sygnału 19F. Częstość czynnika 19F wyznacza się na podstawie widma po transformacji Fouriera i korekcji fazowej. NEX odnosi się do liczby wzbudzeń, TA to czas akwizycji, a BW to przepustowość.
Uwaga: Typowe parametry obrazowania9 na dedykowanym skanerze zwierząt 11,7 T/16 cm to: Anatomiczny skan obrazowy 1H z wykorzystaniem sekwencji turbo spin echo (TSE) z TR/efektywnym czasem echa (TEeff) = 2,200 msec/42,8 ms, 8 echa na wzbudzenie, NEX = 2, 10 kolejnych plastrów o grubości 1 mm, FOV = 1,92 x 1,92 cm2, matryca 128 x 128, czyli rozdzielczość 150 x 150 x 1 000μm3, TA = 1 min, BW = 50 kHz i liniowy schemat kodowania fazy. Rozdział 19Obrazy F uzyskano z tą samą sekwencją i dopasowaną geometrią, ale z niższą rozdzielczością w płaszczyźnie i niższą czernią (NEX = 256, matryca 48 x 48, czyli rozdzielczość 400 x 400 x 1 000μm3, TA = 57 min, BW = 10 kHz).
Uwaga: Inne metody mapowania 1H B1/flip angle mogą być używane, a różne sekwencje impulsów 19F wymagają modyfikacji attTx,19F. Każdy schemat korekcji B1 wprowadzi dodatkowy błąd w procedurze oznaczania ilościowego komórek. Jeśli głównym założeniem jest dokładna kwantyfikacja komórek, cewka RF o jednorodnym profilu B1 może być użyta do obejścia tej części protokołu.
7. Przetwarzanie obrazu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszym materiale przedstawiamy typowe wyniki dla protokołu obejmującego transfer komórek znakowanych 19F migrujących do drenującego węzła chłonnego. Rysunek 2 przedstawia widmo 19F NMR 106 znakowanych komórek z użyciem referencji TFA. Konfiguracja obrazowania została przeprowadzona zgodnie z opisem w protokole (Rysunek 3). Do obrazowania in vivo wykorzystano referencję w postaci szczelnego cylindra z tym samym znacznikiem, który posłużył do...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedstawiony tutaj protokół opisuje ogólną procedurę śledzenia komórek in vivo 19F MRI. Pomimo opisanej metody koinkubacji, istnieje kilka różnych protokołów znakowania komórek czynnikiem 19F. Najczęściej stosowana jest jednak koinkubacja, która może być dodatkowo zoptymalizowana , np. poprzez dodanie środków transfekcyjnych6. Rzeczywisty protokół etykietowania komórek będzie zależał od typu komórki. W protokole opisano tylko kluczowe kroki etykietowania. Ogólnie rzecz ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Chcielibyśmy podziękować Nadine Henn i Arendowi Heerschapowi za ich cenną pomoc. Prace te były wspierane przez Holenderski Instytut Medycyny Regeneracyjnej (NIRM, FES0908), program UE 7PR ENCITE (HEALTH-F5-2008-201842) i TargetBraIn (HEALTH-F2-2012-279017), grant Fundacji Volkswagena (I/83 443), Holenderską Organizację Badań Naukowych (VENI 700.10.409 i Vidi 917.76.363), ERC (Advanced Grant 269019) oraz Centrum Medyczne Uniwersytetu Radboud w Nijmegen (AGIKO-2008-2-4).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| ODCZYNNIKI | |||
| PBS | Sigma-Aldrich | MFCD00131855 | |
| TFA | Sigma-Aldrich | 76-05-1 | |
| Ketamina (Ketavet) | Pfizer | 778-551 | |
| Ksylazyna (Rompun) | Bayer | QN05 cm92 | |
| Ophtosan | Produlab Pharma | 2702 | maść do oczu |
| Nazwa materiału | |||
| Skaner MRI | Bruker Biospec | ||
| Spektrometr NMR | Bruker Biospec |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.