Name: in vivo imaging and tracking of technetium-99m labeled bone marrow mesenchymal stem cells in equine tendinopathy
Uploaded: 2015-12-09T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Imaging and Tracking of Technetium-99m Labeled Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Equine Tendinopathy at JoVE.com

The authors would like to acknowledge funding from the Horserace Betting Levy Board U.K. (grant number 721) and VetCell BioScience Ltd, U.K. and by Consejer&#236;a de Innovaci&#242;n, Ciencia y Empresa, Junta de Andaluc&#236;a, Spain.

I casi descritti nel presente documento sono stati eseguiti seguente autorizzazione etico concessa dal Etica e il benessere Comitato degli animali del Colegio de VETERINARIOS de Malaga, in Spagna, e il Royal Veterinary College, North Mymms, Regno Unito Le procedure utilizzate sui cavalli si basano su protocolli approvati che sono usato in clinica per i cavalli che ricevono terapie basate sulle cellule staminali, che comprende la sedazione, l&#39;aspirazione del midollo osseo, iniezione intra-tendinee, perfusione regiona...

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	<li>Becerra, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+of+injected+technetium(99m)-labeled+mesenchymal+stem+cells+in+horses+with+naturally+occurring+tendinopathy.">Distribution of injected technetium(99m)-labeled mesenchymal stem cells in horses with naturally occurring tendinopathy.</a> Journal of Orthopaedic Research. 31, 1096-1102 (2013).</li><li>Nixon, A. J., Dahlgren, L. A., Haupt, J. L., Yeager, A. E., Ward, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+adipose-derived+nucleated+cell+fractions+on+tendon+repair+in+horses+with+collagenase-induced+tendinitis.">Effect of adipose-derived nucleated cell fractions on tendon repair in horses with collagenase-induced tendinitis.</a> American Journal of Veterinary Research. 69, 928-937 (2008).</li><li>Schnabel, L. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesenchymal+stem+cells+and+insulin-like+growth+factor-I+gene-enhanced+mesenchymal+stem+cells+improve+structural+aspects+of+healing+in+equine+flexor+digitorum+superficialis+tendons.">Mesenchymal stem cells and insulin-like growth factor-I gene-enhanced mesenchymal stem cells improve structural aspects of healing in equine flexor digitorum superficialis tendons.</a> Journal of Orthopaedic Research. 27, 1392-1398 (2009).</li><li>Smith, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beneficial+effects+of+autologous+bone+marrow-derived+mesenchymal+stem+cells+in+naturally+occurring+tendinopathy.">Beneficial effects of autologous bone marrow-derived mesenchymal stem cells in naturally occurring tendinopathy.</a> PloS one. 8, e75697 (2013).</li><li>Sole, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+and+persistence+of+technetium-99+hexamethyl+propylene+amine+oxime-labelled+bone+marrow-derived+mesenchymal+stem+cells+in+experimentally+induced+tendon+lesions+after+intratendinous+injection+and+regional+perfusion+of+the+equine+distal+limb.">Distribution and persistence of technetium-99 hexamethyl propylene amine oxime-labelled bone marrow-derived mesenchymal stem cells in experimentally induced tendon lesions after intratendinous injection and regional perfusion of the equine distal limb.</a> Equine Veterinary Journal. 45, 726-731 (2013).</li><li>Godwin, E. E., Young, N. J., Dudhia, J., Beamish, I. C., Smith, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantation+of+bone+marrow-derived+mesenchymal+stem+cells+demonstrates+improved+outcome+in+horses+with+overstrain+injury+of+the+superficial+digital+flexor+tendon.">Implantation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells demonstrates improved outcome in horses with overstrain injury of the superficial digital flexor tendon.</a> Equine Veterinary Journal. 44, 25-32 (2012).</li><li>Crevier-Denoix, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+pathological+equine+superficial+digital+flexor+tendons.">Mechanical properties of pathological equine superficial digital flexor tendons.</a> Equine Veterinary Journal. 29, 23-26 (1997).</li><li>O'Meara, B., Bladon, B., Parkin, T. D., Fraser, B., Lischer, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+the+relationship+between+race+performance+and+superficial+digital+flexor+tendonitis+in+the+Thoroughbred+racehorse.">An investigation of the relationship between race performance and superficial digital flexor tendonitis in the Thoroughbred racehorse.</a> Equine Veterinary Journal. 42, 322-326 (2010).</li><li>Alexander, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy-saving+mechanisms+in+walking+and+running.">Energy-saving mechanisms in walking and running.</a> The Journal of Experimental Biology. 160, 55-69 (1991).</li><li>Guest, D. J., Smith, M. R., Allen, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+the+fate+of+autologous+and+allogeneic+mesenchymal+progenitor+cells+injected+into+the+superficial+digital+flexor+tendon+of+horses:+preliminary+study.">Monitoring the fate of autologous and allogeneic mesenchymal progenitor cells injected into the superficial digital flexor tendon of horses: preliminary study.</a> Equine Veterinary Journal. 40, 178-181 (2008).</li><li>Guest, D. J., Smith, M. R., Allen, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Equine+embryonic+stem-like+cells+and+mesenchymal+stromal+cells+have+different+survival+rates+and+migration+patterns+following+their+injection+into+damaged+superficial+digital+flexor+tendon.">Equine embryonic stem-like cells and mesenchymal stromal cells have different survival rates and migration patterns following their injection into damaged superficial digital flexor tendon.</a> Equine Veterinary Journal. 42, 636-642 (2010).</li><li>Sole, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scintigraphic+evaluation+of+intra-arterial+and+intravenous+regional+limb+perfusion+of+allogeneic+bone+marrow-derived+mesenchymal+stem+cells+in+the+normal+equine+distal+limb+using+(99m)+Tc-HMPAO.">Scintigraphic evaluation of intra-arterial and intravenous regional limb perfusion of allogeneic bone marrow-derived mesenchymal stem cells in the normal equine distal limb using (99m) Tc-HMPAO.</a> Equine Veterinary Journal. 44, 594-599 (2012).</li><li>Carvalho, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+mesenchymal+stem+cell+migration+after+equine+tendonitis+therapy.">Evaluation of mesenchymal stem cell migration after equine tendonitis therapy.</a> Equine Veterinary Journal. 46, 635-638 (2014).</li><li>Welling, M. M., Duijvestein, M., Signore, A., van der Weerd, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+biodistribution+of+stem+cells+using+molecular+nuclear+medicine+imaging.">In vivo biodistribution of stem cells using molecular nuclear medicine imaging.</a> Journal of Cellular Physiology. 226, 1444-1452 (2011).</li><li>Dowling, B. A., Dart, A. J., Hodgson, D. R., Smith, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superficial+digital+flexor+tendonitis+in+the+horse.">Superficial digital flexor tendonitis in the horse.</a> Equine Veterinary Journal. 32, 369-378 (2000).</li><li>Kasashima, Y., Ueno, T., Tomita, A., Goodship, A. E., Smith, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimisation+of+bone+marrow+aspiration+from+the+equine+sternum+for+the+safe+recovery+of+mesenchymal+stem+cells.">Optimisation of bone marrow aspiration from the equine sternum for the safe recovery of mesenchymal stem cells.</a> Equine Veterinary Journal. 43, 288-294 (2011).</li><li>Avella, C. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonographic+assessment+of+the+superficial+digital+flexor+tendons+of+National+Hunt+racehorses+in+training+over+two+racing+seasons.">Ultrasonographic assessment of the superficial digital flexor tendons of National Hunt racehorses in training over two racing seasons.</a> Equine Veterinary Journal. 41, 449-454 (2009).</li><li>de Vries, E. F., Roca, M., Jamar, F., Israel, O., Signore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+for+the+labelling+of+leucocytes+with+(99m)Tc-HMPAO.+Inflammation/Infection+Taskgroup+of+the+European+Association+of+Nuclear+Medicine.">Guidelines for the labelling of leucocytes with (99m)Tc-HMPAO. Inflammation/Infection Taskgroup of the European Association of Nuclear Medicine.</a> European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 37, 842-848 (2010).</li><li>Trela, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scintigraphic+comparison+of+intra-arterial+injection+and+distal+intravenous+regional+limb+perfusion+for+administration+of+mesenchymal+stem+cells+to+the+equine+foot.">Scintigraphic comparison of intra-arterial injection and distal intravenous regional limb perfusion for administration of mesenchymal stem cells to the equine foot.</a> Equine Veterinary Journal. 46, 479-483 (2014).</li><li>Barbash, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systemic+delivery+of+bone+marrow-derived+mesenchymal+stem+cells+to+the+infarcted+myocardium:+feasibility,+cell+migration,+and+body+distribution.">Systemic delivery of bone marrow-derived mesenchymal stem cells to the infarcted myocardium: feasibility, cell migration, and body distribution.</a> Circulation. 108, 863-868 (2003).</li><li>Heckl, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Future+contrast+agents+for+molecular+imaging+in+stroke.">Future contrast agents for molecular imaging in stroke.</a> Current Medicinal Chemistry. 14, 1713-1728 (2007).</li></ol>

Oltre al midollo osseo, cellule staminali isolate da fonti come il tessuto adiposo sono adatti per l&#39;etichettatura con questo protocollo. Inoltre, le cellule da uno stato congelato può essere ripreso e ampliato in coltura per i numeri desiderati per gli studi di etichettatura 12. Un fattore critico che determina l&#39;efficienza di etichettatura del BMMSC è il tempo tra eluizione del Tc-99m dal generatore di molibdeno al radiofarmacia, preparazione di Tc-99m-HMPAO e l&#39;us...

Strategie rigenerativa per la riparazione di tessuti malati o danneggiati sono basate su cellule staminali multipotenti derivate da una varietà di tessuti e impiantati nella zona colpita. I recenti progressi nell&#39;applicazione delle autologo BMMSC per il trattamento di tendini e lesioni legamentose nel cavallo hanno dimostrato di migliorare le misure di outcome sia sperimentale 1-5 e studi clinici 6. Il cavallo è un modello particolarmente interessante per valutare l&#39;efficacia delle cellule staminali trattamenti correlati perché soffre di età e affaticare le lesioni riportate ai tendini dell&#39;arto anteriore distale, è un animale atletico, ed è un grande, facilitare il recupero del midollo osseo e dell&#39;impianto corretto. Lesioni tendinee guarire naturalmente con fibrosi ma il tendine è guarito funzionalmente inferiore 7 e ha un elevato rischio di re-infortunio 8. Il superficiale tendine flessore (SDFT) è più comunemente influenzato come si è evoluto per agire come una energia elasticanegozio ed esperienze ad alto carico insiste per ottenere efficienza energetica e locomozione ad alta velocità. Ripristinare la funzione dopo la lesione è quindi fondamentale. Queste lesioni sono simili a quelle che interessano il tendine di Achille nell&#39;uomo che svolge una funzione simile 9. Non ci sono buone opzioni di trattamento per curare o raggiungere un buono di riparazione per tali lesioni, strategie rigenerative quindi basati su cellulari offrono un&#39;opportunità interessante per migliorare i risultati e ridurre re-infortunio. Nella maggior parte degli studi 5 - 20 milioni BMMSC autologhe vengono iniettati direttamente nella lesione che solitamente si verificano nel nucleo del corpo tendine che agisce quindi come un ricettacolo per le cellule. Il destino delle cellule, una volta iniettate non è chiaro e metodi diversi di etichettatura delle cellule per monitorare le cellule sono state descritte recentemente. Cellule marcate con un cartellino di fluorescenza hanno dimostrato di sopravvivere solo in un numero relativamente piccolo (&lt;10%) 10,11. Etichette fluorescenza richiedonotessuto extraction e sezionamento per l&#39;analisi istologica, che richiede molto tempo e non facilmente facilitare l&#39;analisi temporale in un grande modello animale o in casi clinici. Nel più recente lavoro abbiamo usato il 99m Tc radioisotopi per etichettare le cellule e seguire il loro destino da Gamma scintigrafia 1. Questo metodo consente raffronti rapidi da effettuare tra le diverse vie di consegna delle cellule, tra cui intralesionale, per via endovenosa attraverso la vena giugulare 1 o perfusione regionale via intra-arteriosa di 12 o per via endovenosa 1,12 iniezioni. La persistenza e la distribuzione di cellule possono poi essere ripreso dalla gamma scintigrafia dei vari organi. Questo ha dimostrato che solo il 24% delle cellule iniettate intralesionally rimasto nella lesione da 24 ore 1 e questo è supportato da un altro studio utilizzando lesioni sperimentalmente creati e utilizzando lo stesso radiomarcato 5. Inoltre, le cellule mostrano una limitata capacità di casa in lesioni tendinee quando consegnato neld per perfusione regionale o per via endovenosa, ma sono dispersi nei polmoni di questi ultimi percorsi 4. BMMSC etichettato con nanoparticelle di ferro è un metodo alternativo per monitorare le cellule impiantate in tendini delle zampe anteriori 13. Sebbene cellule marcate nanoparticelle ferro consentono inseguimento cellule in vivo tramite MRI, studi temporali in un grande animale sono limitati dal numero di volte in anestesia possono essere somministrati ad ogni tempo per effettuare le scansioni MRI. Inoltre, le nanoparticelle di ferro sono ipointensa in MRI che limita le informazioni sulla migrazione di cellule marcate nel corpo tendine. Altri radioisotopi che possono essere utilizzati comprendono indio-111 ma soffre lo svantaggio di un tempo di dimezzamento più lungo di Tc-99m (2,8 giorni vs 6,0 ore) e più alta energia di emissione di raggi gamma. Inoltre, la vitalità cellulare è stata riportata una riduzione quando marcato con Indio-111 14. Tc-99m, d&#39;altra parte, viene normalmente utilizzato sia nucleare equina e umanamedicina di etichettare cellule mononucleate del sangue periferico e seguire la loro distribuzione in vivo mediante scintigrafia. Esso può essere relativamente facilmente assimilato dalle cellule utilizzando HMPAO come una molecola linker di impegnare la tecnezio, come Tc-99m-HMPAO, alle cellule. Tc-99m-HMPAO etichettato BMMSC mostrano buona vitalità e può proliferare in vitro 4. Dettagli Questo protocollo l&#39;etichettatura e la tracciabilità dei equino BMMSC autologo impiantato in lesioni viventi naturalmente allo SDFT zampa anteriore. È importante notare che il protocollo è destinato esclusivamente per essere utilizzato come strumento di ricerca. Il suo uso come modalità terapeutica clinica non è raccomandata come l&#39;effetto del radiomarcato sul fenotipo cellulare non è stato completamente chiarito.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>Technetium99m&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Please enquire with local ionisation radiation supplier in accordance with legal requirements.&#160; The isotope must be used within 2 h of elution from the molybdenum-99 generator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceretec - Hexamethylpropyleneamine oxime (HMPAO)&#160;</td>
			<td>GE HealthCare</td>
			<td></td>
			<td>Please enquire directly with GE HealthCare</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microfuge, Minispin/Minispin Plus</td>
			<td>Ependorf</td>
			<td>22620100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>18G and 19G Needles</td>
			<td>Terumo Medical</td>
			<td>NN-1838R (18G);&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; NN1938R (19G)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes 1 mL and 2 mL</td>
			<td>Scientific Laboratory Supplies Ltd</td>
			<td>SYR6200 (1 mL); SYR6003 (2 mL)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tubes 1.5 mL</td>
			<td>Greiner Bio-One Ltd</td>
			<td>616201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS - Phosphate-Buffered Saline</td>
			<td>LifeTechnologies</td>
			<td>14190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile Gauze Swabs</td>
			<td>Shermond Ltd</td>
			<td>UNG602</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CoflexVet self adhering bandage</td>
			<td>Andover Healthcare, Inc.</td>
			<td>3540RB-018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound imaging software</td>
			<td>Scion Image, Scion Corporation, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MicasXplus Scintigram processing software</td>
			<td>Bartec Technologies Ltd</td>
			<td></td>
			<td>http://www.bartectechnologies.com/veterinaryscintigraphy.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field isotope counter for monitoring isotope</td>
			<td>John Caunt U.K.</td>
			<td>GMS1800a</td>
			<td>http://www.johncaunt.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Well counter for isotope measurements, dose calibrator</td>
			<td>Capintec Southern Scientific</td>
			<td>CRC-25R</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo imaging and tracking of technetium-99m labeled bone marrow mesenchymal stem cells in equine tendinopathy

I recenti progressi nell&#39;applicazione delle cellule staminali mesenchimali del midollo osseo (BMMSC) per il trattamento di lesioni legamentose e tendinee nel cavallo suggeriscono una migliore misure di esito in entrambi gli studi sperimentali e clinici. Sebbene la BMMSC vengono impiantati nella lesione tendinea in gran numero (di solito 10 - 20 milioni cellule), solo un numero relativamente piccolo sopravvivere (&lt;10%) anche se questi possono persistere per 5 mesi dopo l&#39;impianto. Questo sembra essere un comune osservazione in altre specie dove BMMSC sono stati impiantati in altri tessuti ed è importante capire quando si verifica questa perdita, quanti sopravvivono il processo di impianto iniziale e se le cellule vengono cancellati in altri organi. Il monitoraggio del destino delle cellule può essere ottenuto mediante radiomarcatura il BMMSC prima dell&#39;impianto che permette non invasivo imaging in vivo di posizione di cella e la quantificazione dei numeri di cellulare. Questo protocollo descrive un labeli cellulareProcedura ng che usa tecnezio-99m (Tc-99m), e il monitoraggio di queste cellule dopo l&#39;impianto in tendini flessori feriti nei cavalli. Tc-99m è un (t 1/2 del 6,01 hr) isotopo breve durata che emette raggi gamma e può essere internalizzati dalle cellule in presenza del hexamethylpropyleneamine ossima composto lipofilo (HMPAO). Queste proprietà lo rendono ideale per l&#39;uso in cliniche di medicina nucleare per la diagnosi di molte malattie differenti. Il destino delle cellule marcate può essere seguita a breve termine (fino a 36 ore) per la scintigrafia gamma di quantificare sia il numero di cellule conservate nella lesione e distribuzione delle cellule nei polmoni, tiroide e altri organi. Questa tecnica è adattato dall&#39;etichettatura di leucociti del sangue e può essere utilizzato per l&#39;immagine impiantato BMMSC in altri organi.

Tc-99m-HMPAO incorporazione in BMMSs non compromettere la loro capacità di aderire alla cultura del tessuto plastico e mentre mostrano capacità proliferazione di formare monostrati (figura 1), non abbiamo pienamente determinato se i tassi di proliferazione o altri fenotipi cellulari sono interessati. La loro morfologia è simile alle cellule non marcate con una tipica forma a fuso. L&#39;efficienza etichettatura cellulare (es., L&#39;assorbimento di etichetta) varia tipicamente da circa 1,5% ...

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In Vivo Imaging and Tracking of Technetium-99m Labeled Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Equine Tendinopathy

This protocol describes the radiolabeling of equine mesenchymal stem cells and their implantation into tendon injuries in the horse in order to determine cell survival and tissue distribution using gamma scintigraphy.

In Vivo Imaging e tracciamento di tecnezio-99m etichetta cellule staminali mesenchimali del midollo osseo in Equine Tendinopatia

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