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Cancer Research

Tomografía por emisión de positrones Imágenes del tráfico celular: un método de radiomarcaje celular

Published: October 27, 2023 doi: 10.3791/64117

Summary

Se presenta aquí un protocolo para radiomarcar células con un radioisótopo de tomografía por emisión de positrones (PET), 89 Zr (t1/2 78,4 h), utilizando un sintetizón de radiomarcaje listo para usar, [89 Zr]Zr-p-isotiocianatobencil-deferoxamina ([89Zr]Zr-DBN). El radiomarcaje de células con [89Zr]Zr-DBN permite el seguimiento no invasivo y la obtención de imágenes de las células radiomarcadas administradas en el cuerpo con PET hasta 7 días después de la administración.

Abstract

Las terapias con células madre y receptores de antígenos quiméricos (CAR) están emergiendo como terapias prometedoras para la regeneración de órganos y como inmunoterapia para varios tipos de cáncer. A pesar de que se han logrado avances significativos en estas áreas, aún queda mucho por aprender para comprender mejor la farmacocinética y la farmacodinámica de las células terapéuticas administradas en el sistema vivo. Para el seguimiento no invasivo e in vivo de células con tomografía por emisión de positrones (PET), se ha desarrollado un nuevo método de radiomarcaje celular mediado por [89 Zr]Zr-p-isotiocianabencil-deferoxamina ([89 Zr]Zr-DBN) utilizando 89Zr (t1/2 78,4 h). El presente protocolo describe un sintón de radiomarcaje mediado por [89Zr]Zr-DBN, listo para usar, para el radiomarcaje directo de una variedad de células, incluidas las células madre mesenquimales, las células madre cardiopoyéticas guiadas por linaje, los hepatocitos regeneradores del hígado, los glóbulos blancos, las células de melanoma y las células dendríticas. La metodología desarrollada permite la obtención de imágenes PET no invasivas del tráfico celular hasta 7 días después de la administración sin afectar a la naturaleza o la función de las células radiomarcadas. Además, este protocolo describe un método escalonado para la radiosíntesis de [89 Zr]Zr-DBN, la formulación biocompatible de [89 Zr]Zr-DBN, la preparación de células para el radiomarcaje y, finalmente, el radiomarcaje de células con [89Zr]Zr-DBN, incluyendo todos los intrincados detalles necesarios para el radiomarcaje exitoso de las células.

Introduction

Las terapias de células madre y receptores de antígenos quiméricos (CAR) están ganando popularidad y se están investigando activamente para el tratamiento de diversas enfermedades, como la insuficiencia miocárdica1,2, la degeneración de la retina2, la degeneración macular 2, la diabetes 2, el infarto de miocardio3,4,5 y los cánceres 6,7,8,9,10. Entre los dos enfoques plausibles de las terapias con células madre, las células madre pueden injertarse directamente en el sitio de la enfermedad para causar una respuesta terapéutica, o causar cambios en el microambiente del sitio de la enfermedad sin adherirse al sitio de la enfermedad para iniciar una respuesta terapéutica indirecta. Una respuesta terapéutica indirecta podría causar cambios en el microambiente del sitio de la enfermedad mediante la liberación de factores que repararían o tratarían la enfermedad5. Estos enfoques de terapias con células madre podrían evaluarse mediante imágenes no invasivas de células madre radiomarcadas. Las imágenes no invasivas podrían correlacionar la captación de las células radiomarcadas en el sitio de la enfermedad con una respuesta terapéutica para descifrar la respuesta terapéutica directa frente a la indirecta.

Además, se están desarrollando terapias basadas en células inmunitarias para tratar varios tipos de cáncer utilizando células T con CAR 6,7,8,9,10 e inmunoterapia con células dendríticas 11,12. Mecánicamente, en la inmunoterapia de células Tcon CAR 6,7,8,9,10, las células T están diseñadas para expresar un epítopo que se une a un antígeno específico en los tumores que necesitan ser tratados. Estas células CAR-T modificadas, tras la administración, se unen al antígeno específico presente en las células tumorales a través de una interacción epítopo-antígeno. Después de la unión, las células CAR-T unidas se activan y luego proliferan y liberan citocinas, lo que indica al sistema inmunitario del huésped que ataque al tumor que expresa el antígeno específico. Por el contrario, en el caso de las terapias con células dendríticas11,12, las células dendríticas están diseñadas para presentar un antígeno cancerígeno específico en su superficie. Estas células dendríticas modificadas, cuando se administran, se alojan en los ganglios linfáticos y se unen a las células T en los ganglios linfáticos. Las células T, al unirse a los antígenos cancerosos específicos de las células dendríticas administradas, se activan/proliferan e inician una respuesta inmunitaria del huésped contra el tumor que expresa ese antígeno específico. Por lo tanto, la evaluación del tráfico de las células T con CAR administradas a un sitio tumoral 9,10 y la localización de las células dendríticas a los ganglios linfáticos11,12 es posible mediante la obtención de imágenes de células T con CAR radiomarcadas y células dendríticas para determinar la eficacia de la inmunoterapia. Además, el tráfico celular no invasivo puede ayudar a comprender mejor el potencial terapéutico, aclarar la respuesta terapéutica directa frente a la indirecta, y predecir y monitorizar la respuesta terapéutica de las terapias basadas en células madre y células inmunitarias.

Se han explorado diferentes modalidades de imagen para el tráfico celular 3,4,9,10,12, incluyendo imágenes ópticas, imágenes por resonancia magnética (RM), tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y tomografía por emisión de positrones (PET). Cada una de estas técnicas tiene sus propias ventajas y desventajas. Entre ellas, la PET es la modalidad más prometedora debido a su naturaleza cuantitativa y alta sensibilidad, que son esenciales para la cuantificación confiable de células en el tráfico celular basado en imágenes 3,4,9,10.

El radioisótopo emisor de positrones 89Zr, con una vida media de 78,4 h, es adecuado para el marcaje celular. Permite la obtención de imágenes PET del tráfico celular durante más de 1 semana y es fácilmente producida por ciclotrones médicos de baja energía ampliamente disponibles 13,14,15,16,17. Además, un quelante de p-isotiocianatobencil-deferoxamina (DFO-Bn-NCS) adecuadamente funcionalizado está disponible comercialmente para la síntesis de un sintón de marcaje celular marcado con 89 Zr, listo para usar, [89 Zr]Zr-p-isotiocianatobencil-desferrioxamina, también conocido como [89Zr]Zr-DBN 18,19,20,21,22,23,24,25. El principio del marcaje celular mediado por [89 Zr]Zr-DBN se basa en una reacción entre las aminas primarias de las proteínas de la membrana celular y la fracción de isotiocianato (NCS) de [89Zr]Zr-DBN para producir un enlace covalente estable de tiourea.

[89Zr] Se han publicado imágenes y marcaje celular basado en Zr-DBN para rastrear una variedad de células diferentes, incluidas las células madre 18,23,25, las células dendríticas18, las células madre cardiopoyéticas19, las células estromales deciduales 20, los macrófagos derivados de la médula ósea 20, las células mononucleares de sangre periférica 20, las células T de Jurkat/CAR21, los hepatocitos 22,24 y los glóbulos blancos 25. El siguiente protocolo proporciona métodos paso a paso de preparación y radiomarcaje celular con [89Zr]Zr-DBN y describe los cambios que pueden ser necesarios en el protocolo de radiomarcaje para un tipo específico de célula. Para mayor claridad, el método de radiomarcaje celular que se presenta aquí se divide en cuatro secciones. La primera sección trata de la preparación de [89 Zr]Zr-DBN mediante la quelación de 89Zr con DFO-Bn-NCS. En la segunda sección se describe la preparación de una formulación biocompatible de [89Zr]Zr-DBN que puede utilizarse fácilmente para el radiomarcaje celular. La tercera sección cubre los pasos necesarios para el preacondicionamiento de las células para el radiomarcaje. El preacondicionamiento de las células consiste en lavar las células con solución salina tamponada con fosfato libre de proteínas (PBS) y solución salina balanceada de Hanks tamponada con HEPES (H-HBSS) para eliminar las proteínas externas, que podrían interferir o competir con la reacción de [89Zr]Zr-DBN con aminas primarias presentes en las proteínas de la superficie celular durante el radiomarcaje. La sección final proporciona los pasos involucrados en el radiomarcaje real de las células y el análisis de control de calidad.

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Protocol

Las células dendríticas y las células de melanoma se obtuvieron comercialmente18. Se aislaron hepatocitos del hígado de cerdos después de una hepatectomía parcial laparoscópica22,24. Se aislaron células madre de aspirados de médula ósea18,19,26. Las células madre derivadas del tejido adiposo se obtuvieron del Laboratorio de Terapia Celular Humana, Mayo Clinic Rochester23. Se aislaron glóbulos blancos humanos de la sangre recolectada de la División de Medicina Transfusional de Mayo Clinic Rochester25. Se obtuvieron varias células utilizadas para el radiomarcaje y se utilizaron de acuerdo con las pautas recomendadas por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales, el Subcomité de Supervisión de la Investigación de Células Madre de Mayo Clinic, el Comité de Investigación de la División de Medicina Transfusional, el Comité Institucional de Bioseguridad y el Comité de Seguridad Radiológica.

1. Preparación de [ 89 Zr ]Zr-p-isotiocianatobencil-deferoxamina ([ 89Zr ]Zr-DBN)

Tiempo: ~160-220 min
NOTA: Para la preparación de [89 Zr]Zr-DBN, aislar 89 Zr en forma de [89 Zr]Zr-fosfato de hidrógeno ([89 Zr]Zr(HPO 4)2) o [89 Zr]Zr-cloruro ([89Zr]ZrCl4), como se menciona en el paso 1.1.

  1. Aislar 89 Zr del progenitor 89Y utilizando un método de purificación establecido a base de resina de hidroxamato13,17. En resumen, primero prepare una columna con ~ 100 mg de resina de hidroxamato, luego active la resina de hidroxamato lavando la columna con 8.0 mL de acetonitrilo anhidro puro, seguido de un lavado con 5.0-6.0 mL de aire. A continuación, lave la columna con 15 ml de agua desionizada, seguido de otro lavado con 5,0-6,0 ml de aire, y luego pase 2,0 ml de HCl 0,50 N (grado base de trazas metálicas) seguido de un lavado adicional con 5,0-6,0 ml de aire. A continuación, cargue lentamente la solución que contiene 89 Zr y 89 Y a la resina de hidroxamato y lave lentamente el 89Y suelto de la resina de hidroxamato con 20 ml de HCl de 2,0 N, seguido de 10 ml de agua desionizada y un lavado con 5,0-6,0 ml de aire.
    NOTA: Después del lavado con aire, la elución de 89Zr se puede realizar como se muestra a continuación.
    1. Para eluir 89 Zr en forma de [89 Zr]Zr(HPO 4)2, primero agregue 0,50 mL de tampón 1,2 M K 2 HPO 4/KH 2 PO 4 (pH 3,5) a la columna del paso 1.1 y déjelo reposar en la columna durante 30 min para promover la liberación de 89 Zr como [89Zr]Zr(HPO4)2 de la resina. A continuación, eluir el 89Zr de la columna con 1,50 ml adicional de tampón 1,2 M K 2 HPO4/KH2PO4 (pH 3,5). Después de la elución de [89 Zr]Zr(HPO 4)2, siga los pasos 1.2, 1.2.1 y 1.2.2 para la preparación de [89 Zr]Zr-DBN utilizando [89Zr]Zr(HPO 4)2, como se muestra en la Figura 1.
    2. Para obtener 89 Zr como [89 Zr]ZrCl4, primero eluir 89 Zr como [89Zr]Zr-oxalato.
      1. Para eluir 89 Zr en forma de [89 Zr]Zr-oxalato, añadir 0,50 ml de ácido oxálico 1,0 M a la columna del paso 1.1 y dejar reposar en la columna durante 1 min para promover la liberación de 89 Zr como [89Zr]-oxalato de la resina. A continuación, eluir el 89Zr de la columna con 2,50 mL adicionales de ácido oxálico 1,0 M (total de 3,0 mL)17.
      2. Para convertir [89 Zr]Zr]Zr-oxalato en [89Zr]ZrCl4 utilizando una columna de intercambio aniónico, como lo describen Larenkov et al.14, primero active la columna lavándola con 6,0 mL de acetonitrilo, seguida de un lavado con 5,0-6,0 mL de aire. A continuación, lave la columna con 10,0 ml de solución salina, seguida de otra descarga de 5,0-6,0 ml de aire. Finalmente, pase 10.0 mL de agua desionizada, seguido de un lavado con 5.0-6.0 mL de aire.
      3. Cargue lentamente la solución de 3,0 ml que contiene [89Zr]Zr-oxalato en la columna de intercambio aniónico activada, seguido de un lavado de 5,0-6,0 ml de aire. A continuación, lave la columna cargada de 89Zr con 50,0 ml de agua desionizada para eliminar el ion oxalato no unido, seguido de un lavado con 5,0-6,0 ml de aire.
      4. Para eluir 89 Zr en forma de [89 Zr]ZrCl 4, agregue 0,10 mL de HCl de 1,0 N a la columna, déjela reposar en la columna durante 1,0 min para promover la liberación de 89 Zr como [89 Zr]ZrCl 4 de la resina, y eluya el 89Zr de la columna con 0,40 mL adicional de HCl de 1,0 N (total de 0,5 mL). Secar el [89Zr]ZrCl4 eluido en un vial en forma de V colocándolo en un bloque calefactor a 65 °C bajo un flujo constante de gas nitrógeno durante 10-30 min. Después del secado, reconstituya el [89 Zr]ZrCl 4 seco en agua y siga los pasos 1.3 y 1.3.1 para la preparación de [89 Zr]Zr-DBN utilizando [89Zr]ZrCl4, como se muestra en la Figura 1.
  2. Tome ~120 μL de [89Zr]Zr(HPO 4)2, formulado en 1.2 M K 2 HPO 4/KH 2 PO4 (pH 3.5) (10-25 MBq) del paso 1.1.1, y neutralice la solución para lograr un pH de 7.5-8.0 con ~100 μL de 1.0 M HEPES-KOH (pH 7.5) y ~65 μL de 1.0 M K 2 CO3.
    1. Para obtener la cantidad apropiada de DFO-Bn-NCS para los pasos 1.2.2 o 1.3.1 para diferentes formulaciones de 89 Zr con una actividad específica aparente variada de 89 Zr, realice un conjunto de reacciones de quelación utilizando un volumen fijo de una formulación neutralizada de [89 Zr]Zr(HPO 4)2 o [89Zr]ZrCl4 con un rango de DFO-Bn-NCS (7,5-15 μg). En el caso de [89Zr]Zr(HPO4)2, incubar la reacción de quelación a 37 °C en un agitador a ~550 rpm durante 60 min. Mientras que, en el caso de [89Zr]ZrCl4, incubar la reacción de quelación a 25 °C en un agitador a ~550 rpm durante 30 min. Deseche la reacción de quelación que muestre precipitado durante o al final de la incubación. Al final de la incubación, realice una cromatografía radiactiva en capa fina (rad-TLC) con pentaacetato de dietilentriamina (DTPA) de 100 mM, pH 7,0, como fase móvil para estimar la eficiencia de quelación de DFO-Bn-NCS para cada reacción de quelación, como se explica a continuación en el paso 1.5.
      NOTA: Con base en la eficiencia de quelación, use la cantidad mínima de DFO-Bn-NCS en los pasos 1.2.2 o 1.3.1 necesaria para lograr una eficiencia de quelación del ≥97% sin causar precipitación de DFO-Bn-NCS en la formulación neutralizada de [89 Zr]Zr(HPO 4)2 o [89Zr]ZrCl 4. En este trabajo, [89Zr]Zr-DBN se sintetizó con una pureza radioquímica del ≥97%.
    2. Prepare 5,0 mM de DFO-Bn-NCS fresco en DMSO anhidro (3,76 mg/mL) y agregue 4,0 μL de 5,0 mM de DFO-Bn-NCS de 5,0 mM (20 nmol o 15 μg) a ~285 μL de [89Zr]Zr(HPO4)2 neutralizado (10-25 MBq) del Paso 1.2 y mezcle la solución pipeteando. Mantenga la concentración final de DMSO en la mezcla de quelación por debajo del 2% del volumen total.
  3. Tome ~180 μL de [89 Zr]ZrCl 4 formulado en HCl 0.1 N (40-80 MBq) del paso 1.1.2.4 y neutralice la solución resultante para lograr un pH de 7.5-8.0 con ~25 μL de 1.0 M Na2CO3.
    1. Prepare 2,5 mM de DFO-Bn-NCS fresco en dimetilsulfóxido anhidro (DMSO) (1,88 mg/mL) y agregue 4,0 μL de 2,5 mM de DFO-Bn-NCS (10 nmol o 7,5 μg) a ~205 μL de [89 Zr]ZrCl4 neutralizado (40-80 MBq) del paso 1.3. Mezcle la solución pipeteando. Mantenga la concentración final de DMSO en la mezcla de quelación por debajo del 2% del volumen total.
  4. Proceda a la quelación de 89 Zr a 37 °C en un agitador a ~550 rpm durante 60 min en el caso de [89 Zr]Zr(HPO 4)2, o a 25 °C en un agitador a ~550 rpm durante 30 min en el caso de [89Zr]ZrCl4.
  5. Determinar la eficiencia de quelación de 89Zr por rad-TLC con 100 mM DTPA (pH 7.0) como disolvente móvil rad-TLC. Espere que [89 Zr]Zr-DBN muestre un R f de ~0.021-0.035, [89 Zr]ZrCl 4 muestre un R f de ~1.0 y [89Zr]Zr(HPO4)2 muestre un R f de ~1.0. Calcule la eficiencia de quelación (%) usando la ecuación (1):
    Porcentaje de 89 Zr quelado a DFO-NCS para formar [89 Zr]Zr-DBN = [ (Radiactividad a R f de [89 Zr]Zr - DBN) / (Suma de las radiactividades a R f de [89 Zr]Zr - DBN y a R   f de [89 Zr]Zr(HPO 4)2 o [89Zr]ZrCl4) ] × 100 (1)
    NOTA: La eficiencia de quelación aceptable de 89Zr para proceder con el radiomarcaje celular, según lo determinado por rad-TLC, es ≥97%. La pureza radioquímica sugerida del ≥97% de [89Zr]Zr-DBN se estableció según el requisito de pureza radioquímica estándar para otros radiofármacos utilizados en el campo. Véase el rad-TLC representativo en la Figura Suplementaria S1 y en la Figura Suplementaria S2.

Figure 1
Figura 1: Esquema de la preparación de [89Zr]Zr-DBN. Para la preparación de [89 Zr]Zr-DBN, neutralice [89 Zr]Zr(HPO 4)2 o [89Zr]ZrCl4 preformulados a un pH de 7,5-8,0. Incubar la solución neutralizada con DFO-Bn-NCS. Verifique la eficiencia de quelación de 89Zr a DFO-Bn-NCS mediante rad-TLC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Formulación biocompatible de [ 89Zr ]Zr-DBN para el radiomarcaje celular (Figura 2)

Tiempo: ~35 min
NOTA: Dado el tiempo que lleva la preparación de las células en el paso 3, comience el paso 3 aproximadamente 20 minutos antes del comienzo del paso 2 para una incubación de ~30 minutos. Esto permite que el radiomarcaje celular en el paso 4 comience dentro de ~ 5-10 minutos después de completar los pasos 2-3.2.2.

  1. Para la formulación de [89 Zr]Zr-DBN elaborada a partir del [89 Zr]ZrCl 4, añadir 50,0 μL de una mezcla compatible con células que comprenda ~27,0 μL de 1,2 M K 2 HPO 4/KH2PO 4 (pH 3,5) + ~23,0 μL de tampón HEPES-KOH de 1,0 M (pH 7,5) a 50,0 μL de [89 Zr]Zr-DBN. Incubar la mezcla compatible con células [89Zr]Zr-DBN durante ~30 min a temperatura ambiente (25 °C).
    NOTA: La formulación de [89 Zr]Zr-DBN hecha de [89Zr]Zr(HPO4)2 es biocompatible para el radiomarcaje de células y no requiere el paso 2.

Figure 2
Figura 2: Preparación de la formulación biocompatible del [89Zr]Zr-DBN para radiomarcaje celular. Para la preparación de una formulación biocompatible lista para usar del sintón de radiomarcado, agregue un volumen igual de mezcla compatible con células, que comprenda 1,2 M K 2 HPO 4 /KH2PO4 (pH 3,5) + 1,0 M HEPES-KOH a un volumen igual de [89Zr]Zr-DBN. Incubar a 25 °C durante ~30 min. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Preparación de células para radiomarcaje

Tiempo: ~40-50 min

  1. Tripsinizar ~12 × 106 células adherentes (células madre, células cancerosas de melanoma, células madre cardiopoyéticas, células dendríticas o hepatocitos) y centrifugar las células en un tubo de centrífuga cónico de 15,0 ml a ~96 × g durante 10 min a 4 °C.
    1. Deseche el sobrenadante, vuelva a suspender el gránulo celular en ~ 500 μL de PBS y transfiera la suspensión celular a un tubo de microcentrífuga de 1,5 mL. Centrifugar las células en una microcentrífuga a ~96 × g durante 10 min a 4 °C.
    2. Deseche el sobrenadante y vuelva a suspender el gránulo celular en ~500 μL de H-HBSS. Centrifugar las células en una microcentrífuga de 1,5 ml a ~96 × g durante 10 min a 4 °C. Repita el paso 3.1.2 una vez más y continúe con el paso 4.1.1.
      NOTA: H-HBSS es una solución salina balanceada de Hanks con 0,01 M HEPES (pH 8,0).
  2. En el caso de células no adherentes, como los glóbulos blancos humanos (glóbulos blancos humanos recién aislados de la sangre), omita la tripsinización y centrifugue la suspensión celular que contiene ~ 12 × 106 células en una microcentrífuga de 1,5 ml a ~ 96 × g durante 10 min a 4 °C.
    1. Deseche el sobrenadante, vuelva a suspender el gránulo celular en ~500 μL de PBS y centrifugue las células en una microcentrífuga de 1,5 ml a ~96 × g durante 10 min a 4 °C.
    2. Deseche el sobrenadante y vuelva a suspender el gránulo celular en ~500 μL de H-HBSS. Centrifugar las células en una microcentrífuga de 1,5 ml a ~96 × g durante 10 min a 4 °C. Repita el paso 3.2.2 una vez más y continúe con el paso 4.1.1.

4. Radiomarcaje de células

Tiempo: ~125-155 min

  1. Inicio del radiomarcaje celular (Figura 3)
    1. Utilice la suspensión celular del paso 3.1.2 o el paso 3.2.2 para preparar una suspensión celular de ~500 μL con aproximadamente ~6 × 106 celdas en ~500 μL de H-HBSS a pH 7.5-8.0 en un tubo de microcentrífuga de 1.5 mL.
    2. A esto, agregue ~ 100 μL de [89Zr]Zr-DBN formulado biocompatiblemente del paso 2.
  2. Incubación celular para radiomarcaje (Figura 4)
    1. Mezcle el [89 Zr]Zr-DBN formulado de forma biocompatible y la suspensión celular pipeteando suavemente hacia arriba y hacia abajo con una micropipeta ajustada a ~500 μL. Mida la cantidad de radiactividad en el tubo de incubación utilizando un calibrador de dosis de radiactividad en el ajuste 489 para el isótopo16 de 89Zr.
    2. Incubar las células y la mezcla [89Zr]Zr-DBN en un agitador a ~550 rpm a 25-37 °C durante 30-45 min para el marcaje celular.
      NOTA: La temperatura de la incubación variará en función de los tipos de células utilizadas para el radiomarcaje, como se muestra en la Tabla 1.
    3. Después de la incubación en el paso 4.2.2, realice rad-TLC en la reacción de radiomarcaje celular utilizando disolvente rad-TLC recién preparado (20 mM de citrato de sodio [pH 4,9-5,1]:metanol [1:1, V:V]). Después de la ejecución de rad-TLC, busque [89 Zr]Zr-DBN y [89 Zr]ZrCl4 alrededor de R f = ~0.73-0.81 y R f = ~0.01-0.02 para las células radiomarcadas. Calcule el porcentaje de radiactividad en Rf = ~0.01-0.02 usando la ecuación (2).
      Porcentaje de radiactividad en R f = ~0,01-0,02 = [ (Radiactividad en R f= ~0,01 - 0,02) / (Suma de las radiactividades en R f = ~0,01 - 0,02 y R f= ~0,73 - 0,81) ] × 100 (2)
      NOTA: Para comprender los picos visualizados en R f = ~0.01-0.02 y R f = ~0.73-0.81, consulte el rad-TLC para la reacción de radiomarcaje de glóbulos blancos en la Figura Suplementaria S3.
    4. En un tubo de microcentrífuga separado de 1,5 ml, mezcle ~100 μl de [89Zr]Zr-DBN formulado biocompatible con ~500 μl de H-HBSS a pH 7,5-8,0 para su uso como control sin células para la corrección de fondo en el paso 4.2.5. Después de la incubación a una temperatura y un tiempo similares a los utilizados en el paso 4.2.2, realice rad-TLC. Después de la ejecución de rad-TLC, busque [89 Zr]Zr-DBN y [89 Zr]ZrCl4 alrededor de Rf = ~0.73-0.81. Calcule el porcentaje de radiactividad en Rf = ~0.01-0.02 usando la ecuación (3).
      Radiactividad a R f = ~0.01-0.02 = [ (Radiactividad a R f= ~0.01 - 0.02) / (Suma de las radiactividades a R f= ~0.01 - 0.02 y R f= ~0.73 - 0.81) ] × 100 (3)
      NOTA: Para comprender los picos visualizados en Rf = ~0.01-0.02 y ~0.73-0.81, consulte el rad-TLC de la reacción de control sin células en la Figura Suplementaria S4.
    5. Calcule el radiomarcaje efectivo de la célula (%) restando el porcentaje de radiactividad en R f = ~0,01-0,02 (de rad-TLC del paso 4.2.4) del porcentaje de radiactividad en R f = ~0,01-0,02 (de rad-TLC del paso 4.2.3).
  3. Extinción del radiomarcaje y lavado celular (Figura 5)
    1. Después de confirmar la finalización del radiomarcaje por rad-TLC en el paso 4.2.5, realice el enfriamiento de la reacción de radiomarcaje mediante la adición de ~600 μL de medio completo refrigerado apropiado para la célula, o mediante la adición de H-HBSS, como se muestra en la Tabla 1.
    2. Centrifugar las células en una microcentrífuga a ~96 × g durante 10 min a 4 °C. Deseche el sobrenadante.
    3. Resuspender suavemente las células peletizadas en ~500 μL de medio refrigerado (medio de águila modificado de Dulbecco (DMEM) + 10% de suero fetal bovino + 5% de penicilina/estreptomicina o Roswell Park Memorial Institute-1640 (RPMI-1640) + 10% de suero fetal bovino + 5% de penicilina/estreptomicina o H-HBSS para un tipo de célula en particular, como se muestra en la Tabla 1. Realice la resuspensión del gránulo celular pipeteando suavemente hacia arriba y hacia abajo con una micropipeta ajustada a ~500 μL.
    4. Centrifugar las células en una microcentrífuga a ~96 × g durante 10 min a 4 °C.
    5. Repita los pasos 4.3.2 a 4.3.4 dos veces para eliminar la radiactividad no unida.
    6. Transfiera el gránulo a un tubo de microcentrífuga nuevo de 1,5 ml con DMEM + suero fetal bovino al 10 % + penicilina/estreptomicina al 5 % en el caso de células madre o H-HBSS y mida la radiactividad en el gránulo celular utilizando un calibrador de dosis en el ajuste 489 para el isótopo 16Zr89.
    7. Calcule la eficiencia final del radiomarcaje después de todos los lavados utilizando la ecuación (4).
      Eficacia del radiomarcaje = [(Radiactividad corregida por desintegración en gránulos celulares en el paso 4.3.6) / (Radiactividad corregida por desintegración en gránulos celulares y H-HBSS en el paso 4.2.1) ] × 100 (4)
    8. Para garantizar la calidad de las células radiomarcadas, primero inspeccione visualmente la suspensión final de las células radiomarcadas para detectar la presencia de grumos. Si no hay grumos, continúe con esta suspensión final al siguiente paso. Si hay grumos, pero se pueden resuspender mediante pipeteo o agitación suave, hágalo y continúe con el siguiente paso, ya que esto pasa la inspección visual. Sin embargo, si los grumos no se resuspenden mediante pipeteo o agitación suave, deseche la suspensión y comience de nuevo.
    9. Si se supera la inspección visual, realizar un ensayo de viabilidad de exclusión de azul de tripano utilizando una solución de azul de tripano al 0,4 % preparada en PBS en el plazo de 1 h desde el marcado radiológico y los pasos de lavado (4.3.3-4.3.7) para evaluar la viabilidad celular de las células radiomarcadas.
      1. Para realizar la prueba, agregue 10,0 μL de solución de azul de tripano al 0,4 % a la suspensión celular de 10,0 μL de células radiomarcadas y no marcadas y mézclelas pipeteando la suspensión de celdas azules de tripano hacia arriba y hacia abajo con una micropipeta ajustada a 10,0 μL.
      2. Cargue un hemaciómetro con ~10,0 μL de la mezcla de suspensión de células azules de tripano, cuente inmediatamente el número de células teñidas de azul y el número total de células en el hemacitómetro bajo un microscopio a bajo aumento o utilizando un contador de células automatizado. Calcule el porcentaje de células viables utilizando la ecuación (5).
        Porcentaje de células viables = 100 - [(Número de células teñidas de azul) / (Número de células totales)] × 100 (5)
    10. Utilice las células radiomarcadas si no hay cambios en el porcentaje de células viables en la suspensión celular radiomarcada en comparación con la contraparte no marcada. Deseche las células radiomarcadas si el porcentaje de células viables es menor que el de sus homólogas no marcadas.

Figure 3
Figura 3: Esquema del inicio del radiomarcaje celular. Iniciar el radiomarcaje de las células mediante la adición del [89Zr]Zr-DBN formulado de forma biocompatible a la suspensión celular preparada en la solución salina balanceada de Hanks tamponada HEPES. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Esquema de incubación celular para radiomarcaje. Mezcle bien el [89Zr]Zr-DBN formulado biocompatible con la suspensión celular e incube la suspensión celular en un bloque calefactor de temperatura controlada en un agitador durante 30-60 min. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Esquema del enfriamiento del radiomarcaje y lavado celular. Apagar el radiomarcaje de las células mediante la adición de medio celular refrigerado o H-HBSS, seguido de centrifugación a 4 °C. Para el lavado celular, deseche el sobrenadante y vuelva a suspender el gránulo celular en ~ 500 μL de medio celular enfriado o H-HBSS. Repita el ciclo de desechar el sobrenadante y resuspender el gránulo celular en medio fresco para eliminar cualquier sintón de radiomarcaje no unido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Representative Results

Los resultados representativos presentados en este manuscrito fueron compilados a partir de los estudios previos de síntesis deZr-DBN y radiomarcaje celular 18,19,22,23,24,25. En resumen, 89Zr se puede complejar con éxito con DFO-Bn-NCS en ~30-60 min a 25-37 °C utilizando 7,5-15 μg de DFO-Bn-NCS (Tabla 2). La eficiencia del radiomarcaje celular varía del 20 al 50% como un rendimiento no corregido observado en el gránulo celular radiomarcado después del lavado (Tabla 1). 18,19,22,23,24,25(Tabla 1).

En general, se alcanzaron las siguientes concentraciones de radiactividad: 0,1 MBq/10 6 células para hepatocitos 22,24, 0,50 ± 0,10 MBq/10 6 para células de melanoma (MCMm)18, 0,47 ± 0,10 MBq/10 6 para las células madre mesenquimales humanas (hMSCs)18, 0,39 ± 0,20 MBq/10 6 para las células dendríticas (mDC)18, 0,27± 0,30 MBq/10 6 para los glóbulos blancos 25, y 0,70 ± 0,20 MBq/106 para las células madre cardiopoyéticas19 (Tabla 1). Por el contrario, no se observó ningún marcaje celular con [89 Zr]Zr(HPO 4)2 o [89Zr]ZrCl 425. Como se demostró anteriormente, se encontró que los radiomarcadores eran estables en mMCs, hMSCs y mDCs, con un porcentaje insignificante de eflujo observado durante los 7 días posteriores al marcaje (Figura 6)18. En el caso de las células madre cardiopoyéticas, no se observó eflujo durante los 2 días posteriores al marcaje19.

Tabla 1: Eficiencia del radiomarcaje celular en diferentes tipos de células con [89Zr]Zr-DBN. Las células madre, las células de melanoma, las células madre cardiopoyéticas, los hepatocitos, las células dendríticas y los glóbulos blancos se radiomarcaron con [89Zr]Zr-DBN con eficiencia de radiomarcaje celular variable. *La eficacia del radiomarcaje celular (%) se estimó como se describe en el paso 4.3.7. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Tabla 2: 89Eficiencia de quelación de Zr de DFO-Bn-NCS. La eficiencia de quelación de DFO-Bn-NCS para 89 Zr usando [89 Zr]Zr(HPO 4)2 y [89Zr]ZrCl4 son diferentes, según lo medido por rad-TLC. *Los valores se presentan como promedio ± desviación estándar. Con 50 mM de DTPA (pH 7,0) como disolvente rad-TLC, [89 Zr]Zr(HPO4)2 muestra un R f de ~0,9 18 y [89Zr]Zr-DBN muestra un R f de ~0,018. Con 100 mM de DTPA (pH 7,0) como disolvente rad-TLC, [89Zr]ZrCl4 muestra un Rf de ~1,0. [89Zr] Zr(HPO4)2 muestra un R f de ~1.0, y [89Zr]Zr-DBN muestra un R f de ~0.021-0.035. Eficiencia de quelación (%) = porcentaje de 89 Zr quelado a DFO-Bn-NCS para formar [89 Zr]Zr-DBN = (radiactividad a R f de [89 Zr]Zr-DBN/(suma de las radiactividades en R f de [89 Zr]Zr-DBN y en R f de [89 Zr]Zr(HPO 4)2 o [89Zr]ZrCl4) × 100. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

El efecto del radiomarcaje sobre la viabilidad de las células radiomarcadas se evaluó en mMCs 18, hepatocitos de cerdo 22,24, hMSCs 18, células madre cardiopoiéticas humanas19 y células inmunitarias, como las células dendríticas de ratón (mDCs)18 y los glóbulos blancos 25, utilizando la prueba de viabilidad de exclusión de azul de tripano. Se observó que el radiomarcaje no tuvo un impacto negativo en la viabilidad de las células; <5% de las células muertas se encontraron hasta 7 días después del marcaje tanto para las mMC y hMSC marcadas con [89Zr]Zr-DBN como para las no marcadas18. El radiomarcaje tampoco afectó la viabilidad de los hepatocitos porcinos22,24 cuando se analizaron dentro de 1 h después del radiomarcaje o 2 días después del radiomarcaje para las células madre cardiopoiéticas humanas cultivadas radiomarcadas19.

El radiomarcaje de los glóbulos blancos humanos tampoco tuvo un impacto negativo en la viabilidad de las células, ya que se observó ~90-95% de células viables tanto en las poblaciones celulares no marcadas como en las marcadas dentro de 1 h después del radiomarcaje25. El radiomarcaje de las células madre cardiopoyéticas no afectó la morfología, viabilidad o capacidad de proliferación de las células madre cardiopoyéticas humanas19. Se realizaron estudios funcionales con células madre cardiopoyéticas en un modelo de infarto de miocardio19. En los estudios funcionales, la expresión característica de los factores de transcripción mesodérmicos y procardiogénicos que definen el fenotipo cardiopoyético permaneció inalterada en las células madre cardiopoyéticas radiomarcadas19. Las células madre cardiopoiéticas radiomarcadas fueron capaces de mejorar la fracción de eyección del ventrículo izquierdo en un corazón de ratón con infestación crónica en el modelo de corazón infartado19.

Figure 6
Figura 6: Estabilidad de varias células radiomarcadas con 89Zr durante 7 días. Se encontró que la retención de la radiactividad de 89Zr por las células radiomarcadas era estable en todas las células estudiadas, con un eflujo insignificante observado durante 7 días después del marcado. Los valores se muestran como media ± desviación estándar, n = 3. Esta figura es de Bansal et al.18. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura suplementaria S1: Rad-TLC representativo de la quelación de 89 Zr con DFO-Bn-NCS utilizando [89Zr]Zr(HPO4)2 en una solución de 100 mM de DTPA (pH 7,0). Rad-TLC se ejecutó en DTPA de 100 mM (pH 7.0) como fase móvil; [89Zr] Zr-DBN ; muestra un R f de ~0.021-0.035 y [89Zr]Zr(HPO4)2 muestra un R f de ~1.0. Eficiencia de quelación (%) = porcentaje de 89 Zr quelado a DFO-Bn-NCS para formar [89 Zr]Zr-DBN = [radiactividad a R f de [89 Zr]Zr-DBN/(suma de las radiactividades en R f de [89 Zr]Zr-DBN y en R f de [89Zr]Zr(HPO4)2)] × 100. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura suplementaria S2: Rad-TLC representativo de la quelación de 89 Zr con DFO-Bn-NCS utilizando [89Zr]ZrCl4 en una solución de 100 mM de DTPA (pH 7,0). Rad-TLC se ejecutó en DTPA de 100 mM (pH 7.0) como fase móvil; [89Zr] Zr-DBN muestra un R f de ~0.021-0.035 y [89Zr]ZrCl4 muestra un R f de ~1.0. Eficiencia de quelación (%) = porcentaje de 89 Zr quelado a DFO-Bn-NCS para formar [89 Zr]Zr-DBN = [radiactividad a R f de [89 Zr]Zr-DBN/(suma de las radiactividades en R f de [89 Zr]Zr-DBN y en R f de [89Zr]ZrCl4)] × 100. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura suplementaria S3: Representativa de rad-TLC de la reacción de radiomarcaje celular del paso 4.2.3 en una solución de citrato de sodio (pH 4,9-5,1) de 20 mM (pH 4,9-5,1):metanol (1:1, V:V). Rad-TLC se ejecutó en 20 mM de citrato de sodio (pH 4,9-5,1):metanol (1:1, V:V) como fase móvil; las células radiomarcadas muestran un R f de ~0,01-0,02 y [89 Zr]Zr-DBN y [89 Zr]ZrCl4 muestran un R f de ~0,73-0,81. El porcentaje de radiactividad a una R f de ~0,01-0,02 se calcula mediante la fórmula: [(radiactividad a R f = ~0,01-0,02)/(suma de las radiactividades a R f = ~0,01-0,02 y R f = ~0,73-0,81)] × 100. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura suplementaria S4: Rad-TLC representativo de la reacción de control sin células del paso 4.2.4 en una solución de metanol (1:1, V:V) de 20 mM de citrato de sodio pH 4,9-5,1. Con 20 mM de citrato de sodio (pH 4,9-5,1): metanol (1:1, V:V) como disolvente rad-TLC, rad-TLC se ejecutó en 20 mM de citrato de sodio (pH 4,9-5,1):metanol (1:1, V:V) como fase móvil; [89Zr] Zr-DBN y [89Zr]ZrCl4 muestran un Rf de ~0.73-0.81. El porcentaje de radiactividad en R f = ~0,01-0,02 se calcula mediante la fórmula: [(radiactividad en R f = ~0,01-0,02)/(suma de las radiactividades en R f = ~0,01-0,02 y R f = ~0,73-0,81)] × 100. Haga clic aquí para descargar este archivo.

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Discussion

A continuación se detallan los pasos críticos del protocolo que deben optimizarse para lograr un radiomarcaje celular eficaz. En los pasos 1.2 y 1.3 del protocolo, dependiendo del volumen de [89 Zr]Zr(HPO 4)2 o [89Zr]ZrCl4 empleado, se debe utilizar un volumen apropiado (microlitros) de base; Se debe utilizar una solución de 1,0 M K 2 CO 3 para la neutralización de [89 Zr]Zr(HPO 4)2 y una solución de 1,0 M Na2CO3 para la neutralización de [89Zr]ZrCl4 para lograr un rango de pH de 7,5-8,0. En el paso 2.1, la mezcla compatible con células que comprende K 2 HPO 4/KH2PO 4 y HEPES debe añadirse a la formulación de [89 Zr]Zr-DBN, cuando se prepara a partir de [89Zr]ZrCl 4, para aumentar la eficacia del radiomarcaje de células. Se observa que la deferoxamina-Bn-NCS radiomarcada con [89 Zr]ZrCl 4 no logró radiomarcar las células madre a menos que se añadieran tampones de fosfato y HEPES en la mezcla de marcaje celular, lo que indica que se necesita una formulación adecuada para utilizar [89Zr]ZrCl4 como formulación inicial.

Para optimizar la eficiencia del marcaje celular para cada tipo de célula (paso del protocolo 4.2), el tiempo de incubación debe aumentarse hasta ~60 min, y la temperatura de incubación debe aumentarse de 25 °C a 37 °C o el pH de la solución de etiquetado debe aumentarse a ~8,0. La elección del tiempo de incubación, la temperatura y el pH depende de la compatibilidad del tipo de célula. Por ejemplo, el radiomarcaje de los hepatocitos se realizó a 27 °C durante 45 min a pH ~7,522,24, pero el radiomarcaje de las células madre se realizó a 37 °C durante 30 min a pH ~7,5 18.

En el paso 4.3 del protocolo, para evitar la pérdida de células durante el lavado, el sobrenadante debe pipetearse cuidadosamente con un ajuste de volumen de pipeta inferior al volumen de sobrenadante que debe pipetearse. Por ejemplo, si el volumen del sobrenadante es de ~600 μL, entonces el sobrenadante debe pipetearse en pasos de ~200-500 μL. Esto ayuda a evitar perturbar el gránulo de la celda. Si el gránulo celular se altera mientras pipetea el sobrenadante, entonces el pipeteo del sobrenadante debe detenerse y centrifugarse nuevamente para obtener un gránulo celular bien definido. Algunas células, como los monocitos en la suspensión de glóbulos blancos, son propensas a unirse a las paredes del tubo. Esto afecta la recuperación de todos los glóbulos blancos radiomarcados del tubo después del lavado.

Después del radiomarcaje de las células, se aceptan como criterios de control de calidad una prueba de inspección visual, una prueba de viabilidad de exclusión de azul de tripano y un análisis de estabilidad/eflujo. Si la viabilidad celular disminuye constantemente en cada intento de radiomarcaje para un tipo de célula en particular, entonces las células que están siendo radiomarcadas deben verificarse para asegurarse de que sean compatibles con el medio celular y el tampón utilizado durante el radiomarcaje celular. En la Tabla 1 se resumen varios tampones y medios celulares compatibles. Es preferible utilizar condiciones de cultivo celular compatibles conocidas para estudios de estabilidad/eflujo. Por ejemplo, se pueden realizar estudios de estabilidad/eflujo con células madre, células dendríticas, macrófagos, células cancerosas, células estromales deciduales y células mononucleares de sangre periférica en condiciones de cultivo celular, como lo demuestran Bansal et al.18y Friberger et al.20.

Los problemas potenciales de baja eficiencia de quelación o eficiencia de quelación inconsistente, y/o bajo rendimiento de radiomarcaje celular o pérdida en la viabilidad celular pueden resolverse modificando los pasos 1.5, 4.3.7 y 4.3.10, basados en las razones resumidas en la Tabla 3.

Tabla 3: Resolución de problemas relacionados con la síntesis de [89Zr]Zr-DBN y el radiomarcaje celular. Posibles razones y soluciones para una eficiencia de quelación baja/inconsistente, bajo rendimiento de radiomarcaje celular o pérdida de viabilidad celular. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

La PET de tráfico celular ofrece una alta sensibilidad, una resolución espacial adecuada y un bajo fondo25 como ventajas sobre otras modalidades 3,4,9,10. El marcaje mediado por [89Zr]Zr-DBN de proteínas de la superficie celular con un enlace covalente estable ofrece estabilidad de la etiquetaradiomarcadora 18,19,20,21,22,23,24,25. Como resultado, el marcaje celular basado en [89Zr]Zr-DBN mejora la fiabilidad y la confianza en la radioseñal (emisión de positrones y gammas producidas después de la aniquilación) obtenida de las células radiomarcadas. Mientras tanto, se sabe que otros métodos, como el radiomarcaje basado en [89Zr]Zr-oxina, encuentran eflujo de la radioetiqueta de marcaje a lo largo del tiempo debido a la naturaleza no covalente de su radiomarcado, produciendo radioseñales más bajas y fuera de la etiqueta27,28.

Una limitación de esta técnica de radiomarcaje celular es que las señales de radiactividad en las imágenes PET se adquieren después de la administración in vivo de células vivas radiomarcadas, pero no proporciona ninguna pista sobre si la señal se origina en células vivas radiomarcadas o en los restos de células radiomarcadas que podrían haber muerto en el cuerpo después de la administración.

La PET para el tráfico celular tiene un enorme potencial, ya que puede apoyar el desarrollo de nuevas terapias basadas en células29,30. Los médicos y científicos que trabajan en terapias basadas en células para tratar los cánceres 6,7,8,9,10, el infarto de miocardio 3,4,5, la insuficiencia miocárdica1,2, la degeneración retiniana 2 y macular 2, y la diabetes 2 encontrarán esto 89Protocolo de marcaje celular basado en Zr instrumental, para comprender mejor las respuestas de sus terapias basadas en células, como las terapias con células madre. Además, 89células madre31 marcadas con Zr,32 glóbulos blancos,33,34 células dendríticas y 35 células T con CAR tienen un gran potencial para entrar en el ámbito clínico en los próximos 3-5 años. Además, las compañías farmacéuticas pueden utilizar esta técnica para desarrollar y validar sus agentes terapéuticos basados en células.

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Disclosures

Los autores no tienen intereses financieros que compitan entre sí, pero son los inventores de esta tecnología (Patente # US20210330823A1).

Acknowledgments

Este trabajo contó con el apoyo de las subvenciones NIH 5R21HL127389-02, NIH 4T32HL007111-39, NIH R01HL134664 y DOE DE-SC0008947, el Organismo Internacional de Energía Atómica, Viena, la División de Medicina Nuclear de Mayo Clinic, el Departamento de Radiología y el Centro de Medicina Regenerativa de Mayo Clinic, Rochester, MN. Todas las figuras fueron creadas con BioRender.com.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetonitrile Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA A996-4
Alpha Minimum Essential Medium Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA 12571063
Anion exchange column Macherey-Nagel, Inc., Düren, Germany 731876 Chromafix 30-PS-HCO3 SPE 45 mg cartridge
Conical centrifuge tubes (15 mL) Corning Inc., Glendale, AZ, USA 352096 Falcon 15 mL high-clarity polypropylene (PP) conical centrifuge tubes
Dendritic cells The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA CRL-11904
DFO-Bn-NCS Macrocyclics, Inc., Plano, TX, USA B-705 p-SCN-Bn-Deferoxamine
DMSO Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO 276855
Dose calibrator Mirion Technologies (Capintec), Inc., Florham Park, NJ, USA 5130-3234 CRC -55tR Dose Calibrator 
Dulbecco’s modified Eagle’s medium  The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA 30-2002
Fetal Bovine Serum (FBS) The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA 30-2020
Hanks Balanced Salt solution (HBSS) Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA 14025092 For preparation of H-HBSS
Hydrochloric Acid (trace metal basis grade) Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA A508P212
Melanoma cells The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA CRL-6475
Methanol Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO 34860
Microcentrifuge tube Eppendorf, Hamburg, Germany 30108442 Protein LoBind microcentrifuge tube
Murine GM-CSF R&D Systems, Inc., Minneapolis, MN USA 415-ML-010
Penicillin/Streptomycin Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA 15140-122
Phosphate Buffered Saline without Ca2+ and Mg2+ Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA 10010023 For washing cells
Saline Covidien LLC, Mansfield, MA, USA 1020 0.9% Sterile Saline Solution
Shaker  Eppendorf, Hamburg, Germany T1317 Thermomixer
Silica gel-rad-TLC paper sheet  Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA SGI0001 iTLC-SG

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References

  1. Bhawnani, N., et al. Effectiveness of stem cell therapies in improving clinical outcomes in patients with heart failure. Cureus. 13 (8), e17236 (2021).
  2. Zakrzewski, W., Dobrzynski, M., Szymonowicz, M., Rybak, Z. Stem cells: past, present, and future. Stem Cell Research & Therapy. 10 (1), 68 (2019).
  3. Bukhari, A. B., Dutta, S., De, A. Image guidance in stem cell therapeutics: unfolding the blindfold. Current Drug Targets. 16 (6), 658-671 (2015).
  4. Momeni, A., Neelamegham, S., Parashurama, N. Current challenges for the targeted delivery and molecular imaging of stem cells in animal models. Bioengineered. 8 (4), 316-324 (2017).
  5. Gnecchi, M., Zhang, Z., Ni, A., Dzau, V. J. Paracrine mechanisms in adult stem cell signaling and therapy. Circulation Research. 103 (11), 1204-1219 (2008).
  6. D'Aloia, M. M., Zizzari, I. G., Sacchetti, B., Pierelli, L., Alimandi, M. CAR-T cells: the long and winding road to solid tumors. Cell Death & Disease. 9 (3), 282 (2018).
  7. Zhang, Q., et al. CAR-T cell therapy in cancer: tribulations and road ahead. Journal of Immunology Research. 2020, 1924379 (2020).
  8. Sterner, R. C., Sterner, R. M. CAR-T cell therapy: current limitations and potential strategies. Blood Cancer Journal. 11 (4), 69 (2021).
  9. Shao, F., et al. Radionuclide-based molecular imaging allows CAR-T cellular visualization and therapeutic monitoring. Theranostics. 11 (14), 6800-6817 (2021).
  10. Sakemura, R., Can, I., Siegler, E. L., Kenderian, S. S. In vivo CART cell imaging: Paving the way for success in CART cell therapy. Molecular Therapy Oncolytics. 20, 625-633 (2021).
  11. Wang, Y., et al. Dendritic cell biology and its role in tumor immunotherapy. Journal of Hematology & Oncology. 13 (1), 107 (2020).
  12. Bulte, J. W. M., Shakeri-Zadeh, A. In vivo MRI tracking of tumor vaccination and antigen presentation by dendritic cells. Molecular Imaging and Biology. 24 (2), 198-207 (2022).
  13. Holland, J. P., Sheh, Y., Lewis, J. S. Standardized methods for the production of high specific-activity zirconium-89. Nuclear Medicine and Biology. 36 (7), 729-739 (2009).
  14. Larenkov, A., et al. Preparation of zirconium-89 solutions for radiopharmaceutical purposes: interrelation between formulation, radiochemical purity, stability and biodistribution. Molecules. 24 (8), 1534 (2019).
  15. Pandey, M. K., et al. A new solid target design for the production of 89Zr and radiosynthesis of high molar activity [89Zr]Zr-DBN. American Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 12 (1), 15-24 (2022).
  16. Pandey, M. K., et al. Improved production and processing of 89Zr using a solution target. Nuclear Medicine and Biology. 43 (1), 97-100 (2016).
  17. Pandey, M. K., Engelbrecht, H. P., Byrne, J. P., Packard, A. B., DeGrado, T. R. Production of 89Zr via the 89Y(p,n)89Zr reaction in aqueous solution: effect of solution composition on in-target chemistry. Nuclear Medicine and Biology. 41 (4), 309-316 (2014).
  18. Bansal, A., et al. Novel 89Zr cell labeling approach for PET-based cell trafficking studies. EJNMMI Research. 5, 19 (2015).
  19. Bansal, A., et al. 89Zr]Zr-DBN labeled cardiopoietic stem cells proficient for heart failure. Nuclear Medicine and Biology. 90-91, 23-30 (2020).
  20. Friberger, I., et al. Optimisation of the synthesis and cell labelling conditions for [89Zr]Zr-oxine and [89Zr]Zr-DFO-NCS: a direct in vitro comparison in cell types with distinct therapeutic applications. Molecular Imaging and Biology. 23 (6), 952-962 (2021).
  21. Lee, S. H., et al. Feasibility of real-time in vivo 89Zr-DFO-labeled CAR T-cell trafficking using PET imaging. PLoS One. 15 (1), e0223814 (2020).
  22. Nicolas, C. T., et al. Hepatocyte spheroids as an alternative to single cells for transplantation after ex vivo gene therapy in mice and pig models. Surgery. 164 (3), 473-481 (2018).
  23. Yang, B., et al. Tracking and therapeutic value of human adipose tissue-derived mesenchymal stem cell transplantation in reducing venous neointimal hyperplasia associated with arteriovenous fistula. Radiology. 279 (2), 513-522 (2016).
  24. Nicolas, C. T., et al. Ex vivo cell therapy by ectopic hepatocyte transplantation treats the porcine tyrosinemia model of acute liver failure. Molecular Therapy. Methods & Clinical Development. 18, 738-750 (2020).
  25. Bansal, A., Sharma, S., Klasen, B., Rosch, F., Pandey, M. K. Evaluation of different 89Zr-labeled synthons for direct labeling and tracking of white blood cells and stem cells in healthy athymic mice. Scientific Reports. 12 (1), 15646 (2022).
  26. Behfar, A., et al. Guided cardiopoiesis enhances therapeutic benefit of bone marrow human mesenchymal stem cells in chronic myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology. 56 (9), 721-734 (2010).
  27. Charoenphun, P., et al. 89Zr]oxinate4 for long-term in vivo cell tracking by positron emission tomography. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 42 (2), 278-287 (2015).
  28. Sato, N., et al. In vivo tracking of adoptively transferred natural killer cells in rhesus macaques using 89zirconium-oxine cell labeling and PET imaging. Clinical Cancer Research. 26 (11), 2573-2581 (2020).
  29. Volpe, A., Pillarsetty, N. V. K., Lewis, J. S., Ponomarev, V. Applications of nuclear-based imaging in gene and cell therapy: probe considerations. Molecular Therapy Oncolytics. 20, 447-458 (2021).
  30. Fogli, L. K., et al. Challenges and next steps in the advancement of immunotherapy: summary of the 2018 and 2020 National Cancer Institute workshops on cell-based immunotherapy for solid tumors. Journal for Immunotherapy of Cancer. 9 (7), e003048 (2021).
  31. Li, X., Hacker, M. Molecular imaging in stem cell-based therapies of cardiac diseases. Advanced Drug Delivery Reviews. 120, 71-88 (2017).
  32. Puges, M., et al. Retrospective study comparing WBC scan and 18F-FDG PET/CT in patients with suspected prosthetic vascular graft infection. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 57 (6), 876-884 (2019).
  33. Butterfield, L. H. Dendritic cells in cancer immunotherapy clinical trials: are we making progress. Frontiers in Immunology. 4, 454 (2013).
  34. de Vries, I. J. M., et al. Magnetic resonance tracking of dendritic cells in melanoma patients for monitoring of cellular therapy. Nature Biotechnology. 23 (11), 1407-1413 (2005).
  35. Gosmann, D., et al. Promise and challenges of clinical non-invasive T-cell tracking in the era of cancer immunotherapy. EJNMMI Research. 12 (1), 5 (2022).

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Investigación del Cáncer Número 200
Tomografía por emisión de positrones Imágenes del tráfico celular: un método de radiomarcaje celular
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Bansal, A., DeGrado, T. R., Pandey, M. K. Positron Emission Tomography Imaging of Cell Trafficking: A Method of Cell Radiolabeling. J. Vis. Exp. (200), e64117, doi:10.3791/64117 (2023).

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