Rastreamento in vivo guiado por imagem de células progenitoras epiteliais pulmonares distais transplantadas para fibrose pulmonar usando imagens de partículas magnéticas
27 de junho de 2025
A terapia celular oferece uma intervenção promissora para a fibrose pulmonar usando células progenitoras para reparar tecidos danificados e melhorar a função pulmonar. Como a imagem desempenha um papel fundamental no rastreamento da integração celular, descrevemos o rastreamento in vivo guiado por imagens de partículas magnéticas da terapia celular para fibrose pulmonar em um modelo de camundongo.
Este estudo foca no protocolo de intubação intratraqueal como método crítico de administração para a terapia com células pulmonares, visando otimizar o transplante celular e o rastreamento não invasivo usando imagem por partículas magnéticas na fibrose pulmonar. Nosso protocolo aborda a falta de métodos não invasivos para o rastreamento in vivo da terapia celular na fibrose pulmonar, combinando isolamento intratraqueal com imagem por partículas magnéticas para monitorar a distribuição celular. Nosso protocolo oferece entrega celular localizada e precisa via instalação intratraqueal e rastreamento superior usando imagem por partículas magnéticas, proporcionando alta sensibilidade e imagens em tempo real sem ruído de fundo.
Para começar, pese um camundongo macho NOD ou SCID de 12 semanas para calcular a dose necessária de bleomicina. Prepare a solução de bleomicina em soro fisiológico estéril na concentração desejada até um volume final de 50 microlitros em um tubo de microcentrífuga de 1,7 mililitros. Depois, coloque a solução em uma pipeta.
Pré-carregue uma seringa com 200 microlitros de ar para garantir que todo o volume líquido seja expelido para a traqueia durante a injeção. Após anestesiar o mouse, monte o kit de intubação de fibra leve com a sonda de fibra óptica passada pelo laringoscópio e pelo cateter. Belisque o dedo do pé do animal para confirmar anestesia adequada e aplique pomada oftálmica em ambos os olhos sempre que ele estiver sob anestesia.
Suspenda o camundongo pelos incisivos em posição supina em um suporte de intubação de roedores inclinado. Usando pinças de extremidade romba, segure a língua e mova-a suavemente para cima e para a esquerda para expor a laringe e visualizá-la com clareza. Ligue a sonda de fibra óptica e guie-a para dentro da boca para se aproximar da traqueia.
Use a lupa do laringoscópio para aumentar a visibilidade e identificar as cordas vocais na abertura traqueal. Insira o cateter na abertura traqueal e remova suavemente o laringoscópio. Depois, coloque uma gota de 20 microlitros de soro fisiológico na extremidade superior do cateter.
Conecte a seringa pré-carregada com 200 microlitros de ar e empurre a gota para dentro da traqueia. Em seguida, carregue o cateter com até 50 microlitros de bleomicina e inyete-o usando a seringa cheia de ar. Mantenha o cateter no lugar por 5-7 segundos para evitar o retorno do líquido da traqueia.
Depois, remova o cateter com cuidado. Mantenha o mouse na base de intubação na mesma posição por pelo menos 30 segundos. Depois, retire o mouse do suporte e coloque-o em uma gaiola de recuperação sobre uma almofada térmica.
Monitore o camundongo continuamente até que ele se recupere totalmente da anestesia. Obtenha células epiteliais humanas das vias aéreas marcadas por nanopartículas de pacientes com fibrose pulmonar idiopática. 72 horas após a instalação da bleomicina, reanestesie o camundongo e repita o procedimento de instalação intratraqueal para administrar 50.000 células em 50 microlitros de suspensão celular.
Deixe o rato se recuperar por pelo menos 20 minutos antes da imagem de partículas magnéticas. Monte a cama do mouse no scanner de imagem de partículas magnéticas após passar a linha de anestesia por baixo da cama pelos conectores corretos. Enquanto o rato está sendo anestesiado, prepare o scanner de imagem de partículas magnéticas.
Após confirmar anestesia adequada com um teste de pinça do dedo do pé, posicione cuidadosamente o camundongo sobre a cama de imagem de partículas magnéticas. Empurre a cama com o mouse para dentro do tubo do scanner e clique em Start Scan na interface do software para iniciar a imagem. Após a varredura, retire o rato da cama de imagem de partículas magnéticas e coloque-o em uma gaiola de recuperação posicionada sobre uma bolsa térmica.
Por fim, analise as imagens adquiridas usando um software de análise de imagens. A intensidade do sinal de imagem magnética 2D ou MPI aumentou proporcionalmente à concentração do traçador de óxido de ferro em todas as contagens celulares testadas. Uma concentração de 250 microgramas por mililitro foi selecionada como a concentração ótima de marcação.
A microscopia de fluorescência confirmou o sucesso da marcação in vitro das células, mostrando sinais de dextrano vermelho no citoplasma e núcleos coloridos com DAPI de azul. As intensidades do sinal em imagens MPI 2D aumentaram com o número de células marcadas, confirmando uma correlação positiva entre sinal e contagem celular. Com base nisso, 50.000 células foram selecionadas para transplante.
A imagem de controle de cama vazia não mostrava sinal MPI de fundo, confirmando a especificidade do scanner para células marcadas. Os quatro sinais observados correspondem a marcadores fiduciais usados como controles. O transplante bem-sucedido de células marcadas nos pulmões produziu um sinal distinto de MPI em forma de borboleta, com distribuição visível em ambos os pulmões, validando a entrega intratraqueal eficaz.
A instalação incompleta da célula levou ao aparecimento de sinais tanto nos pulmões quanto na região do pescoço, indicando vazamento devido à remoção prematura do cateter. A colocação incorreta do cateter no esôfago em vez da traqueia fez com que o sinal da MPI aparecesse mais baixo no abdômen, indicando a deposição de células no estômago. 14 dias após o transplante, imagens ex vivo dos pulmões excisados confirmaram a persistência das células marcadas.
Nossas descobertas irão melhorar a precisão diagnóstica e possibilitar o desenvolvimento de terapias direcionadas para doenças pulmonares, incluindo terapia com células-tronco, acelerando o progresso e a inovação em imagem pulmonar e áreas biomédicas relacionadas. Nosso laboratório será focado em complementar terapias baseadas em células-tronco para fibrose pulmonar, aprimorando técnicas de imagem não invasivas, enquanto busca otimizar a entrega celular e monitorar a eficácia terapêutica para fibrose pulmonar.
Veja a transcrição completa e aceda a milhares de vídeos científicos
Visão Geral
A fibrose pulmonar (FP) é uma doença grave do pulmão caracterizada por cicatrização progressiva e função respiratória comprometida. Este estudo investiga o uso da imagem por partículas magnéticas (Magnetic Particle Imaging – MPI) para rastrear de forma não invasiva as células progenitoras epiteliais pulmonares distais humanas transplantadas nos pulmões de camundongos imunocomprometidos, com o objetivo de melhorar o monitoramento e a eficácia da terapia celular para a FP.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Medicina pulmonar
- Terapia celular
- Imagem pré-clínica
Antecedentes
- A FP leva ao depósito excessivo de matriz extracelular, espessamento tecidual e disfunção respiratória.
- Os tratamentos atuais são limitados e principalmente retarda a progressão da doença.
- A terapia celular oferece potencial para regeneração do tecido pulmonar e modulação da inflamação.
- A monitorização eficaz das células transplantadas é crucial para o sucesso terapêutico.
Objetivo do Estudo
- Avaliar a IPM como uma ferramenta para o rastreamento em tempo real e quantitativo de células progenitoras pulmonares transplantadas in vivo.
- Otimizar a marcação com NPSI para obter o sinal máximo de IPM.
- Avaliar a distribuição, retenção e integração das células no tecido pulmonar ao longo do tempo.
Métodos Utilizados
- Marcação de células progenitoras epiteliais do pulmão distal humano com concentrações variadas de SPIONs.
- Confirmação da marcação por meio de imunomarcação e quantificação de ferro.
- Instilação intratraqueal de células marcadas em camundongos imunocomprometidos.
- Aquisição de imagens 2D por MPI para rastreamento espacial e longitudinal ao longo de 2 semanas.
- Validação histológica após morte.
Resultados Principais
- A marcação otimizada com SPION permitiu a detecção de sinal forte por MPI.
- A instilação celular bem-sucedida mostrou sinais de MPI em ambos os pulmões.
- O sinal de MPI diminuiu aproximadamente 65% ao longo de 2 semanas, indicando a dinâmica de retenção e eliminação celular.
- A análise histológica confirmou a presença e distribuição das células transplantadas.
Conclusões
- MPI é uma modalidade sensível e não invasiva para o acompanhamento longitudinal da terapia celular em modelos de FP.
- A marcação com SPION e a MPI permitem a avaliação em tempo real da distribuição e retenção celular in vivo.
- Essa abordagem contribui para o desenvolvimento e a otimização de terapias baseadas em células para fibrose pulmonar.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O rastreamento quantitativo não invasivo de terapias celulares transplantadas é um desafio crítico na pesquisa pré-clínica de fibrose pulmonar, impactando diretamente a confiança preditiva e a continuidade translacional. A Imagem por Partículas Magnéticas (MPI) permite a avaliação em tempo real e longitudinal da distribuição e retenção celular, apoiando a desvinculação mecanicista e a validação de alvos para estratégias regenerativas. Essa capacidade fortalece a tomada de decisões em portfólios ao fornecer dados acionáveis sobre a integração e persistência da terapia celular em modelos relevantes para a doença.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação direta do enxerto e da sobrevivência celular in vivo.
- Auxilia na redução de riscos biológicos mediante a quantificação da retenção e distribuição celular.
- Fornece validação funcional de hipóteses de terapia celular em modelos de fibrose pulmonar.
- Facilita a confiança preditiva para o avanço de intervenções baseadas em células.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Estabelece leituras validadas de imagem para a localização e persistência celular.
- Padroniza a avaliação quantitativa da entrega e integração celular.
- Permite avaliação reprodutível e escalonável de candidatos a terapia celular.
- Apoia a triagem subsequente de modificações celulares ou protocolos de entrega.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha a imagem pré-clínica com pontos finais relevantes para a doença na fibrose pulmonar.
- Oferece continuidade do descobrimento até a validação pré-clínica de terapias celulares.
- Permite o avanço ajustado ao risco com base no rastreamento quantitativo e longitudinal de células.
- Apoia o desenvolvimento de biomarcadores translacionais para o monitoramento de terapias celulares.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O rastreamento celular baseado em MPI integra-se ao continuum de descoberta a pré-clínico, conectando a verificação inicial de hipóteses com a validação translacional em modelos de fibrose pulmonar.
- Biologia da Descoberta: Quantifica o enxerto e a persistência celular para esclarecer os mecanismos terapêuticos.
- Triagem: Fornece saídas de imagem padronizadas e reprodutíveis para avaliação de candidatos.
- Análises: Fornece dados quantitativos e longitudinais sobre distribuição e retenção celular.
- Pesquisa Translacional: Alinha os pontos finais de imagem às necessidades de monitoramento pré-clínico e clínico futuro.
- Reutilização Corporativa: Estabelece uma plataforma de imagem reutilizável para diversos programas de terapia celular direcionados a doenças pulmonares.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista no desenvolvimento de terapias celulares.
- Valor Operacional: Permite fluxos de trabalho padronizados, escaláveis e reprodutíveis para o rastreamento celular.
- Valor Estratégico: Apoia decisões informadas de avançar/não avançar e o avanço eficiente em termos de capital da carteira de projetos.
- Impacto na Carteira: Facilita a priorização ajustada ao risco de candidatos a terapias celulares para fibrose pulmonar.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em marcação celular, imagem pré-clínica e análise quantitativa.
- Exige acesso a instrumentação de MPI e reagentes SPION validados.
- Necessita padronização entre equipes dos protocolos de imagem e da interpretação dos dados.
- Pode exigir adaptação para diferentes tipos celulares ou modelos de doenças pulmonares.
- Devem ser considerados o rendimento de imagens longitudinais e as limitações do modelo animal.
Perguntas Frequentes sobre Biotecnologia Farmacêutica
Chapters in this video
0:00
Introduction
0:48
Intratracheal Instillation of Bleomycin in Mice
3:16
Intratracheal Instillation of Nanoparticle Labeled Human Airway Epithelial Cells
3:50
Magnetic Particle Imaging for Tracking Nanoparticle-Labeled Cells
4:44
Results
6:40
Conclusion
