Молекулярная биология, 2022, T. 56, № 3, стр. 500-502

Мультимодальная магнитно-резонансная и флуоресцентная визуализация трансплантации индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в мозг

Y. C. Zhang ab, J. W. Wang bc, Y. Wu bc, Q. Tao d, F. F. Wang bc, N. Wang ab, X. R. Ji ab, Y. G. Li d, S. Yu ab*, J. Z. Zhang abce**

a University of Science and Technology of China
230026 Hefei, P.R. China

b Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences
215163 Suzhou, P.R. China

c Zhengzhou Institute of Engineering and Technology Affiliated with SIBET
450001 Zhengzhou, P.R. China

d Department of Radiology, The First Affiliated Hospital of Soochow University
215100 Suzhou, P.R. China

e Tianjin Guokeyigong Science and Technology Development Company Limited
300399 Tianjin, P.R. China

* E-mail: yush@sibet.ac.cn
** E-mail: zhangjz@sibet.ac.cn

Поступила в редакцию 27.09.2021
После доработки 11.11.2021
Принята к публикации 25.11.2021

Аннотация

Понимание характеристик пересаженных клеток, таких как выживание, рост и распределение, необходимо для оптимизации клеточной терапии, а мультимодальная визуализация на анатомическом и молекулярном уровнях предназначена для достижения этой цели. Нами сконструирован лентивирусный вектор, несущий гены тяжелой цепи-1 ферритина (FTH1), флуоресцентного белка ближнего инфракрасного диапазона (iRFP) и усиленного зеленого флуоресцентного белка (egfp). Создана культура индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs), стабильно экспрессирующих эти три репортерных гена. Эти iPSCs флуоресцировали в зеленой и ближней инфракрасной области спектра, а также обладали способностью поглощать железо in vitro. После трансплантации меченых iPSCs в мозг крысы прижившиеся клетки можно было до 60 суток визуализировать in vivo с помощью магнитно-резонансной (MRI) и флуоресцентной спектроскопии в ближней инфракрасной области (NIF) на анатомическом уровне. Кроме того, эти клетки можно было обнаружить с помощью иммуноокрашивания EGFP и окрашивания берлинской лазурью. Разработанную нами технологию можно рассматривать как новый инструмент для изучения поведения трансплантированных клеток мультимодальным способом, что важно при оценке эффективности и безопасности клеточной терапии.

Ключевые слова: мультимодальная визуализация, магнитно-резонансная визуализация, флуоресцентная визуализация, клеточная терапия, мозг

Список литературы

  1. Balistreri C.R., Falco E.D., Bordin A., Maslova O., Koliada A., Vaiserman A. (2020) Stem cell therapy: old challenges and new solutions. Mol. Biol. Rep. 47, 3117‒3131.

  2. Singh S.P., Rahman M.F., Murty U.S., Mahboob M., Grover P. (2013) Comparative study of genotoxicity and tissue distribution of nano and micron sized iron oxide in rats after acute oral treatment. Toxicol. Appl. Pharmacol. 266, 56‒66.

  3. Naumova A.V., Balu N., Yarnykh V.L., Reinecke H., Murry C.E., Yuan C. (2014) Magnetic resonance imaging tracking of graft survival in the infarcted heart: iron oxide particles versus ferritin overexpression approach. J. Cardiovasc. Pharmacol. Ther. 19, 358‒367.

  4. Li M., Wang Y., Liu M., Lan X. (2018) Multimodality reporter gene imaging: construction strategies and application. Theranostics. 8, 2954‒2973.

  5. Lippincott-Schwartz J., Patterson G.H. (2003) Development and use of fluorescent protein markers in living cells. Science. 300, 87‒91.

  6. Gu E., Chen W.Y., Gu J., Burridge P., Wu J.C. (2012) Molecular imaging of stem cells: tracking survival, biodistribution, tumorigenicity, and immunogenicity. Theranostics. 2, 335‒345.

  7. Walter A., Paul-Gilloteaux P., Plochberger B., Plochberger B., Sefc L., Verkade P., Mannheim J.G., Slezak P., Unterhuber A., Marchetti-Deschmann M., Ogris M., Bühler K., Fixler D., Geyer S.H., Weninger W.J., Glösmann M., Handschuh S., Wanek T. (2020) Correlated multimodal imaging in life sciences: expanding the biomedical horizon. Front. Phys. 8, 47.

  8. Zhang W., Zhang S., Xu W., Zhang M., Zhou Q., Chen W. (2017) The function and magnetic resonance imaging of immature dendritic cells under ultrasmall superparamagnetic iron oxide (USPIO)-labeling. Biotechnol. Lett. 39, 1079–1089.

  9. Ngen E.J., Artemov D. (2017) Advances in monitoring cell-based therapies with magnetic resonance imaging: future perspectives. J. Int. Mol. Sci. 18, 198.

  10. Chen Q., Wang F., Zhang Y., Liu Y., An L., Ma Z., Zhang J., Yu S. (2020) Neonatal DEX exposure leads to hyperanxious and depressive-like behaviors as well as a persistent reduction of BDNF expression in developmental stages. Biochem. Biophys. Res. Commun. 527, 311‒316.

  11. Hockemeyer D., Jaenisch R. (2016) Induced pluripotent stem cells meet genome editing. Cell Stem Cell. 18, 573‒586.

  12. Ahmadian-Moghadam H., Sadat-Shirazi M.S., Zar-rindast M.R. (2020) Therapeutic potential of stem cells for treatment of neurodegenerative diseases. Biotechnol. Lett. 42, 1073–1101.

  13. Nguyen P.K., Lan F., Wang Y., Wu J.C. (2011) Imaging: guiding the clinical translation of cardiac stem cell therapy. Circ. Res. 109, 962‒979.

  14. Palfi S., Gurruchaga J.M., Lepetit H., Howard K., Ralph G.S., Mason S., Gouello G., Domenech P., Bu-ttery P.C., Hantraye P., Tuckwell N.J., Barker R.A., Mitrophanous K.A. (2018) Long-term follow-up of a phase I/II study of ProSavin, a lentiviral vector gene therapy for Parkinson’s Disease. Hum. Gene Ther. Clin. Dev. 29, 148‒155.

  15. Chiou B., Neely E.B., Mcdevitt D.S., Simpson I.A., Connor J.R. (2020) Transferrin and H-ferritin involvement in brain iron acquisition during postnatal development: impact of sex and genotype. J. Neurochem. 152, 381‒396.

  16. Dai H., He R., Zhang Y., Wu R.H., Xiao Y.Y. (2017) Adenoviral vector mediated ferritin over-expression in mesenchymal stem cells detected by 7T MRI in vitro. PloS One. 12, e0185260.

  17. Ansari A.M., Ahmed A.K., Matsangos A.E., Lay F., Born L.J., Marti G., Harmon J.W., Sun Z. (2016) Cellular GFP toxicity and immunogenicity: potential confounders in in vivo cell tracking experiments. Stem. Cell. Rev. Rep. 12, 553‒559.

  18. Rogers O.C., Johnson D.M., Firnberg E. (2019) mRhubarb: Engineering of monomeric, red-shifted, and brighter variants of iRFP using structure-guided multi-site mutagenesis. Sci. Rep. 9, 15653.

  19. Lütje S., Rijpkema M., Helfrich W., Oyen W.J., Boerman O.C. (2014) Targeted radionuclide and fluorescence dual-modality imaging of cancer: preclinical advances and clinical translation. Mol. Imaging. Biol. 16, 747‒755.

  20. Kim H.S., Cho H.R., Choi S.H., Woo J.S., Moon W.K. (2010) In vivo imaging of tumor transduced with bimodal lentiviral vector encoding human ferritin and green fluorescent protein on a 1.5T clinical magnetic resonance scanner. Cancer. Res. 70, 7315‒7324.

  21. Vocht N.D., Bergwerf I., Vanhoutte G., Daans J., Vis-scher G.D., Chatterjee S., Pauwels P., Berneman Z., Ponsaerts P., Van der Linden A. (2011) Labeling of luciferase/eGFP-expressing bone marrow-derived stromal cells with fluorescent micron-sized iron oxide particles improves quantitative and qualitative multimodal imaging of cellular grafts in vivo. Mol. Imaging. Biol. 13, 1133‒1145.

Дополнительные материалы отсутствуют.