Rofo 2005; 177 - S5_8
DOI: 10.1055/s-2005-864015

Markierung von humanen mesenchymalen Stammzellen mit superparamagnetischen Eisenoxidpartikeln: Untersuchungen zur Markierungseffizienz, intrazellulären Verweildauer und Detektierbarkeit im 3T MRT

H Ittrich 1, C Lange 1, H Dahnke 1, C Nolte-Ernsting 1, G Krupski 1, G Adam 1
  • 1Radiologisches Zentrum, Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Hamburg

Ziele: Bestimmung der Markierungseffizienz und intrazellulären Persistenz verschiedener superparamagnetischer Eisenoxidpartikel [(U)SPIOs] in pluripotenten humanen mesenchymalen Stammzellen sowie Visualisierung und Quantifizierung mittels 3T MRT.

Material: Humane mesenchymale Stammzellen (hMSCs) wurden 24h mit 3 verschiedenen superparamagnetischen Eisenoxidpartikelsuspensionen unterschiedlicher Größe und Hüllenzusammensetzung inkubiert: Resovist (Schering/Germany), Endorem (Guerbet/France) und zitratumhüllte Magnetoferritpartikel (CMF, BerlinHeart/Germany). Partikelaufnahme, intrazelluläre Persistenz sowie MR-Relaxometrien wurden 2-mal wöchentlich bis 5 Wochen nach Inkubation bestimmt. Das intrazelluläre Eisen wurde qualitativ mittels Berliner Blau-Färbung nachgewiesen, semiquantitativ colorimetrisch mithilfe eines Bildanalyseprogramms bestimmt und quantitativ durch Atomare Absorptionsspektrometrie (AAS) gemessen. Die MR-Relaxometrie erfolgte an einen Proben-Wasser-Phantom (homogene Gelatinesuspension von 105 MSCs) in einem 3T-Tomographen (Intera, Philips®) mittels einer EPI-Multiecho-Sequenz.

Ergebnisse: Lichtmikroskopisch und absorptionsspektrometrisch konnte eine heterogene intrazelluläre Aufnahme der drei Partikelarten verzeichnet werden (mittlerer intrazellulärerer Eisengehalt Tag 5 post incubationem: 5,0 (Resovist), 1,22 (CMF) und 0,28 pg/Zelle (Endorem)). Bei exponentiell abnehmendem Eisengehalt zeigte Resovist die beste intrazelluläre Persistenz gefolgt von CMF und Endorem (Tag 36: 0,17 (Resovist), 0,12 (CMF) und 0,04 pg/Zelle). Eine Detektion von 105 markierten hMSCs und MR-Relaxometrie mit ansteigender T2*-Zeit war bei Resovist und CMF bis zu 5 Wochen, bei Endorem bis zur 3 Wochen nach Inkubation möglich (Resovist: Tag 8– <1 ms, Tag 19–19,9 ms, Tag 36–59,8 ms; CMF: Tag 8–43,5 ms, Tag 19–114,3 ms, Tag 36–138,5 ms; Endorem: Tag 8–99,2 ms, Tag 15–144,6 ms, Tag 22–162,7 ms). Lichtmikroskopisch konnte kein Einfluss der Eisenoxidpartikel auf die Zellproliferation und -funktion nachgewiesen werden.

Schlussfolgerungen: Die Markierungseffizienz von hMSCs hängt entscheidend von Größe und Hüllenbeschaffenheit der verwendeten (U)SPIOs ab. Die protrahierte intrazelluläre Partikelabnahme eröffnet prinzipiell die Möglichkeit eines langen diagnostischen Zeitfensters zum Stammzell-Tracking. Die Quantifizierung des Eisengehaltes mittels T2*-Mapping und die Möglichkeit der nichtinvasiven Detektion kleinster Zell-/Eisenpartikelmengen in klinischen Ganzkörper-MR-Tomographen eröffnet Perspektiven für eine Verlaufsbeobachtung von USPIO-markierten Zellen in vivo.

Keywords: Zellmarkierung, USPIO, Stammzellen, MRT