$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Terapie komórkami T z wykorzystaniem komórek macierzystych i chimerycznego receptora antygenu (CAR) zyskują na popularności i są aktywnie badane pod kątem leczenia różnych chorób, takich jak niewydolność mięśnia sercowego1,2, zwyrodnienie siatkówki2, zwyrodnienie plamki żółtej2, cukrzyca2, zawał mięśnia sercowego3,4,5, oraz cancers6,7,8,9,10. Spośród dwóch prawdopodobnych podejść terapii komórkami macierzystymi, komórki macierzyste mogą być albo bezpośrednio wszczepione w miejsce choroby w celu wywołania odpowiedzi terapeutycznej, albo powodować zmiany w mikrośrodowisku miejsca chorobowego bez przylegania do miejsca chorobowego w celu zainicjowania pośredniej odpowiedzi terapeutycznej. Pośrednia odpowiedź terapeutyczna może spowodować zmiany w mikrośrodowisku miejsca choroby poprzez uwolnienie czynników, które naprawiłyby lub wyleczyły chorobę5. Te podejścia do terapii komórkami macierzystymi można ocenić za pomocą nieinwazyjnego obrazowania komórek macierzystych znakowanych radioaktywnie. Nieinwazyjne obrazowanie może skorelować wychwyt komórek znakowanych radioaktywnie w miejscu choroby z odpowiedzią terapeutyczną w celu rozszyfrowania bezpośredniej i pośredniej odpowiedzi terapeutycznej.
Dodatkowo, opracowywane są terapie oparte na komórkach odpornościowych do leczenia różnych nowotworów za pomocą CAR T-cell6,7,8,9,10i immunoterapii komórek dendrytycznych11,12. Mechanistycznie, w immunoterapii limfocytami T CAR class=6,7,8,9,10, limfocyty T są zaprojektowane tak, aby wyrażać epitop, który wiąże się z określonym antygenem na guzach, które muszą być leczone. Te zmodyfikowane limfocyty T CAR, po podaniu, wiążą się ze specyficznym antygenem obecnym na komórkach nowotworowych poprzez interakcję epitop-antygen. Po związaniu związane limfocyty T CAR ulegają aktywacji, a następnie proliferują i uwalniają cytokiny, co sygnalizuje układowi odpornościowemu gospodarza atak na guz wykazujący ekspresję specyficznego antygenu. Natomiast w przypadku terapii komórkami dendrytycznymi11,12, komórki dendrytyczne są zaprojektowane tak, aby prezentowały na swojej powierzchni określony antygen nowotworowy. Te zmodyfikowane komórki dendrytyczne, po podaniu, są domem dla węzłów chłonnych i wiążą się z komórkami T w węzłach chłonnych. Limfocyty T, po związaniu się ze specyficznymi antygenami nowotworowymi na podanych komórkach dendrytycznych, ulegają aktywacji/proliferacji i inicjują odpowiedź immunologiczną gospodarza przeciwko nowotworowi wyrażającemu ten specyficzny antygen. W związku z tym ocena transportu podanych limfocytów T CAR do miejsca nowotworu9,10 i naprowadzanie komórek dendrytycznych do węzłów chłonnych11,12 jest możliwe poprzez obrazowanie znakowanych radioaktywnie komórek T CAR i komórek dendrytycznych w celu określenia skuteczności immunoterapii. Co więcej, nieinwazyjny transport komórkowy może pomóc w lepszym zrozumieniu potencjału terapeutycznego, wyjaśnieniu bezpośredniej i pośredniej odpowiedzi terapeutycznej oraz przewidywaniu i monitorowaniu odpowiedzi terapeutycznej zarówno na terapie oparte na komórkach macierzystych, jak i komórkach odpornościowych.
Zbadano różne metody obrazowania dla transportu komórkowego3,4,9,10,12, w tym obrazowanie optyczne, rezonans magnetyczny (MRI), tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT) i pozytonowa tomografia emisyjna (PET). Każda z tych technik ma swoje zalety i wady. Wśród nich PET jest najbardziej obiecującą metodą ze względu na jej ilościowy charakter i wysoką czułość, które są niezbędne do wiarygodnej kwantyfikacji komórek w transporcie komórkowym opartym na obrazowaniu3,4,9,10.
Radioizotop emitujący pozytony 89Zr, o okresie połowicznego rozpadu 78,4 h, nadaje się do znakowania komórek. Umożliwia obrazowanie PET transportu komórkowego przez ponad 1 tydzień i jest łatwo wytwarzany przez powszechnie dostępne, niskoenergetyczne cyklotrony medyczne13,14,15,16,17. Dodatkowo, odpowiednio funkcjonalizowany chelator p-izotiocyanatobenzylo-desferrioksaminy (DFO-Bn-NCS) jest dostępny na rynku do syntezy znakowanego 89Zr, gotowego do użycia syntonu znakującego komórki, [89Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine, znanego również jako [89Zr]Zr-DBN18,19,20,21,22,23,24,25. Zasada znakowania komórek za pośrednictwem [89Zr]Zr-DBN opiera się na reakcji między pierwszorzędowymi aminami białek błony komórkowej a ugrupowaniem izotiocyjanianu (NCS) [89Zr]Zr-DBN w celu wytworzenia stabilnego kowalencyjnego wiązania tiomocznikowego.
[89Zr]Opublikowano znakowanie i obrazowanie komórek oparte na Zr-DBN w celu śledzenia różnych komórek, w tym komórek macierzystych18,23,25, komórki dendrytyczne18, kardiopoietyczne komórki macierzyste19, dziesiętne komórki zrębowe20, makrofagi pochodzące ze szpiku kostnego20, komórki jednojądrzaste krwi obwodowej20, Jurkat/CAR T-cells21, hepatocyty22,24, oraz białe krwinki25. Poniższy protokół przedstawia krok po kroku metody przygotowania i znakowania radioaktywnego komórek za pomocą [89Zr]Zr-DBN i opisuje zmiany, które mogą być wymagane w protokole znakowania radioaktywnego dla określonego typu komórki. Dla większej jasności przedstawiona tutaj metoda znakowania radioaktywnego komórek jest podzielona na cztery sekcje. Pierwsza sekcja dotyczy otrzymywania [89Zr]Zr-DBN poprzez chelatację 89Zr przez DFO-Bn-NCS. W drugiej sekcji opisano przygotowanie biokompatybilnego preparatu [89Zr]Zr-DBN, który może być łatwo stosowany do znakowania radioizotopowego komórek. W trzeciej sekcji omówiono etapy niezbędne do wstępnego kondycjonowania komórek do znakowania radioizotopem. Wstępne kondycjonowanie komórek polega na myciu komórek solą fizjologiczną buforowaną fosforanami bez białek (PBS) i buforowanym przez HEPES zrównoważonym roztworem soli Hanksa (H-HBSS) w celu usunięcia białek zewnętrznych, które mogą zakłócać lub konkurować z reakcją [89Zr]Zr-DBN z aminami pierwszorzędowymi obecnymi na białkach powierzchni komórki podczas znakowania radioaktywnego. Ostatnia sekcja zawiera kroki związane z faktycznym znakowaniem radioizotopowym komórek i analizą kontroli jakości.