Nachweis von eisenmarkierten hämatopoietischen Vorläuferzellen im Agarphantom mittels hochauflösender MR-Tomographie

Abstract

Ziele: Untersuchung und Optimierung der Eisenmarkierung von hämatopoietischen Vorläuferzellen hinsichtlich klinischer Anforderungen beim Monitoring zellulärer Therapien.

Material und Methoden: Als Stammzellmodell dienten CD34+ KG-1A-Suspensionszellen. Diese wurden zu unterschiedlichen Zeit- und Konzentrationsbedingungen mit Ferucarbotran (Resovist®)markiert (ohne als auch unter zusätzlicher Verwendung eines liposomalen (DOSPER) bzw. nichtliposomalen Transfektionsagens (JetPEI)). Der Eisengehalt pro Zelle wurde photometrisch bestimmt. Die MR-Untersuchungen erfolgten in Agarphantomen am Hochfeldtomographen (TimTrio [3.0T]). Die Verteilung des Kontrastmittels an bzw. in der Zelle wurde elektronen-mikroskopisch untersucht. Zur Bestimmung der Zellvitalität wurden Proliferationskinetiken durchgeführt und die Apoptoserate durchflußzytometrisch bestimmt.

Ergebnisse: Die Fe-Aufnahme der Zellen ist abhängig von der Fe-Konzentration im Medium sowie der Inkubationszeit. Die maximale Eisenaufnahme beträgt ca. 100 pg/Zelle. Unter zusätzlicher Verwendung von Transfektionsagenzien (JetPEI und DOSPER) lässt sich - bei gleicher kernspintomographischer Signalauslöschung - die Eisenmenge im Medium um mindestens das 8fache und die Inkubationszeit um mindestens das 12fache reduzieren. Proliferierende Zellen lassen sich noch mindestens 10 Tage nach erfolgter Eisenmarkierung kernspintomographisch nachweisen.

Schlußfolgerungen: Hämatopoietische Vorläuferzellen lassen sich ohne Einschränkung der Proliferationsfähigkeit und Vitalität effektiv mit auf Ferrit basierenden Kontrastmitteln beladen und kernspintomographisch detektieren. Durch Verwendung von Transfektionsagentien lässt sich die benötigte Eisenmenge und die Inkubationszeit signifikant verringern, was beim klinischen Monitoring von Therapien mit hämatopoietischen Stammzellen von Vorteil sein könnte.

Goals: Analysis and optimization of iron-labelling of hematopoietic progenitor cells regarding clinical recommendations during monitoring of cellular therapies.

Materials and methods: CD34+ KG-1A-suspension cells were used as a stem cell model. These cells were labelled with ferucarbotran (Resovist) applying different concentrations of resovist and different time periods (with and without additional use of liposomal (DOSPER) and non-liposomal transfection agents (JetPEI)). The cellular iron load was measured via photometry. High-field MR-scans (Tim trio [3.0T]) were performed with agar phantoms. Cellular iron distribution of the contrast agent was evaluated via electron microscopy. Cellular vitality was examined with proliferation kinetics and the rate of apoptosis was measured with FACS-Analysis.

Results: Cellular iron uptake is dependent upon Fe-concentration in media and incubation time. The max. iron uptake percells is ca. 100 pg/cell. The additional use of transfection agents (JetPEI and DOSPER) allows to reduce the amount of iron in the media by the 8fold and incubation time can be reduced by the 12fold, preserving the same signal extinction in NMR. Proliferating cells can be detected by NMR at least 10 days after iron labelling.

Conclusions: Hematopoietic progenitor cells can be effectively labelled with ferrite-based contrast media and then be detected via NMR without impact on proliferation or vitality. With additional use of transfection agents the required amount of iron and incubation time can be minimized significantly, which could be an advantage in the monitoring of therapies with hematopoietic stem cells.