Name: positron emission tomography imaging of cell trafficking: a method of cell radiolabeling
Uploaded: 2023-10-27T14:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Positron Emission Tomography Imaging of Cell Trafficking: A Method of Cell Radiolabeling at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door NIH 5R21HL127389-02, NIH 4T32HL007111-39, NIH R01HL134664 en DOE DE-SC0008947 subsidies, International Atomic Energy Agency, Wenen, Mayo Clinic Division of Nuclear Medicine, Department of Radiology, en Mayo Clinic Center for Regenerative Medicine, Rochester, MN. Alle figuren zijn gemaakt met behulp van BioRender.com.

Dendritische cellen en melanoomcellen werden commercieel verkregen18. Hepatocyten werden geïsoleerd uit de lever van varkens na laparoscopische partiële hepatectomie22,24. Stamcellen werden geïsoleerd uit beenmergaspiraten18,19,26. De van vetweefsel afgeleide stamcellen werden verkregen van het Human Cellular Therapy Laboratory, Mayo Clinic Roc...

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

Hieronder volgen kritieke stappen in het protocol die moeten worden geoptimaliseerd voor effectieve radiolabeling van cellen. In protocolstappen 1.2 en 1.3 moet, afhankelijk van het gebruikte volume van [89 Zr]Zr(HPO 4)2 of [89Zr]ZrCl4, een geschikt volume (microliter) base worden gebruikt; 1,0 M K 2 CO 3 oplossing moet worden gebruikt voor de neutralisatie van [89 Zr]Zr(HPO 4)2 en 1,0 M Na 2 CO3 oplossing voor de neutralis...

Stamcel- en chimere antigeenreceptor (CAR) T-celtherapieën winnen aan populariteit en worden actief onderzocht voor de behandeling van verschillende ziekten, zoals myocardiale insufficiëntie1,2, retinale degeneratie 2, maculadegeneratie 2, diabetes 2, myocardinfarct3,4,5 en kankers 6,7,8,9,10. Van de twee plausibele benaderingen van stamceltherapieën kunnen stamcellen ofwel rechtstreeks op de plaats van de ziekte worden geënt om een therapeutische respons te veroorzaken, ofwel veranderingen in de micro-omgeving van de ziekteplaats veroorzaken zonder zich aan de ziekteplaats te hechten om een indirecte therapeutische respons op gang te brengen. Een indirecte therapeutische respons kan veranderingen in de micro-omgeving van de plaats van de ziekte veroorzaken door factoren vrij te geven die de ziekte zouden herstellen of behandelen. Deze benaderingen van stamceltherapieën kunnen worden geëvalueerd door niet-invasieve beeldvorming van radioactief gelabelde stamcellen. Niet-invasieve beeldvorming zou de opname van de radioactief gelabelde cellen op de plaats van de ziekte kunnen correleren met een therapeutische respons om de directe versus indirecte therapeutische respons te ontcijferen.
Daarnaast worden op immuuncellen gebaseerde therapieën ontwikkeld om verschillende vormen van kanker te behandelen met behulp van CAR T-cel 6,7,8,9,10 en dendritische celimmunotherapie 11,12. Mechanistisch gezien worden T-cellen in CAR T-celimmunotherapie 6,7,8,9,10 gemanipuleerd om een epitoop tot expressie te brengen dat zich bindt aan een specifiek antigeen op tumoren die moeten worden behandeld. Deze gemanipuleerde CAR-T-cellen binden zich bij toediening aan het specifieke antigeen dat aanwezig is op de tumorcellen via een epitoop-antigeeninteractie. Na binding ondergaan de gebonden CAR-T-cellen activering en prolifereren ze vervolgens en geven ze cytokines af, die het immuunsysteem van de gastheer signaleren om de tumor aan te vallen die het specifieke antigeen tot expressie brengt. In het geval van dendritische celtherapieën11,12 daarentegen worden dendritische cellen gemanipuleerd om een specifiek kankerantigeen op hun oppervlak te presenteren. Deze gemanipuleerde dendritische cellen herbergen bij toediening de lymfeklieren en binden zich aan de T-cellen in de lymfeklieren. De T-cellen ondergaan, na binding aan de specifieke kankerantigenen op de toegediende dendritische cellen, activering/proliferatie en initiëren een immuunrespons van de gastheer tegen de tumor die dat specifieke antigeen tot expressie brengt. Daarom is de beoordeling van het transport van toegediende CAR-T-cellen naar een tumorplaats 9,10 en homing van dendritische cellen naar de lymfeklieren11,12 mogelijk door radioactief gelabelde CAR-T-cellen en dendritische cellen in beeld te brengen om de werkzaamheid van immunotherapie te bepalen. Bovendien kan niet-invasieve celhandel helpen om het therapeutisch potentieel beter te begrijpen, de directe versus indirecte therapeutische respons te verduidelijken en de therapeutische respons van zowel stamcel- als immuuncelgebaseerde therapieën te voorspellen en te monitoren.
Er zijn verschillende beeldvormingsmodaliteiten voor celhandel onderzocht 3,4,9,10,12, waaronder optische beeldvorming, magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), computertomografie met enkelvoudige fotonemissie (SPECT) en positronemissietomografie (PET). Elk van deze technieken heeft zijn eigen voor- en nadelen. Hiervan is PET de meest veelbelovende modaliteit vanwege het kwantitatieve karakter en de hoge gevoeligheid, die essentieel zijn voor de betrouwbare kwantificering van cellen in op beeldvorming gebaseerde celhandel 3,4,9,10.
De positron-emitterende radio-isotoop 89Zr, met een halfwaardetijd van 78,4 uur, is geschikt voor cellabeling. Het maakt PET-beeldvorming van celhandel gedurende meer dan 1 week mogelijk en wordt gemakkelijk geproduceerd door algemeen verkrijgbare, energiezuinige medische cyclotrons 13,14,15,16,17. Bovendien is een op de juiste manier gefunctionaliseerde, p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine (DFO-Bn-NCS) chelator in de handel verkrijgbaar voor de synthese van een 89 Zr-gelabelde, kant-en-klare cellabelsynthon, [89 Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine, ook bekend als [89Zr]Zr-DBN 18,19,20,21,22,23,24,25. Het principe van [89 Zr]Zr-DBN-gemedieerde cellabeling is gebaseerd op een reactie tussen primaire aminen van celmembraaneiwitten en het isothiocyanaat (NCS)-deel van [89Zr]Zr-DBN om een stabiele covalente thioureumbinding te produceren.
[89Zr] Zr-DBN-gebaseerde cellabeling en beeldvorming zijn gepubliceerd om een verscheidenheid aan verschillende cellen te volgen, waaronder stamcellen 18,23,25, dendritische cellen18, cardiopoëtische stamcellen19, deciduale stromale cellen 20, beenmerg-afgeleide macrofagen 20, perifere bloed mononucleaire cellen 20, Jurkat/CAR T-cellen21, hepatocyten 22,24 en witte bloedcellen 25. Het volgende protocol biedt stapsgewijze methoden voor bereiding en radioactieve labeling van cellen met [89Zr]Zr-DBN en beschrijft wijzigingen die nodig kunnen zijn in het radiolabelingsprotocol voor een specifiek celtype. Voor meer duidelijkheid is de hier gepresenteerde methode van celradiolabeling verdeeld in vier secties. Het eerste deel behandelt de bereiding van [89 Zr]Zr-DBN door 89Zr te cheleren met DFO-Bn-NCS. Het tweede deel beschrijft de bereiding van een biocompatibele formulering van [89Zr]Zr-DBN die gemakkelijk kan worden gebruikt voor radioactieve labeling van cellen. Het derde deel behandelt de stappen die nodig zijn voor de preconditionering van cellen voor radiolabeling. De preconditionering van cellen omvat het wassen van de cellen met eiwitvrije fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) en HEPES-gebufferde Hanks gebalanceerde zoutoplossing (H-HBSS) om externe eiwitten te verwijderen, die de reactie van [89Zr]Zr-DBN met primaire aminen die aanwezig zijn op de eiwitten van het celoppervlak tijdens radiolabeling kunnen verstoren of concurreren. Het laatste deel bevat de stappen die betrokken zijn bij de daadwerkelijke radiolabeling van de cellen en de analyse van de kwaliteitscontrole.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA</td>
			<td>A996-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alpha Minimum Essential Medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA</td>
			<td>12571063</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anion exchange column</td>
			<td>Macherey-Nagel, Inc., D&#252;ren, Germany</td>
			<td>731876</td>
			<td>Chromafix 30-PS-HCO3&#160;SPE 45 mg cartridge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conical centrifuge tubes (15 mL)</td>
			<td>Corning Inc., Glendale, AZ, USA</td>
			<td>352096</td>
			<td>Falcon 15 mL high-clarity polypropylene (PP) conical centrifuge tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dendritic cells</td>
			<td>The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA</td>
			<td>CRL-11904</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DFO-Bn-NCS</td>
			<td>Macrocyclics, Inc., Plano, TX, USA</td>
			<td>B-705</td>
			<td>p-SCN-Bn-Deferoxamine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO</td>
			<td>276855</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dose calibrator</td>
			<td>Mirion Technologies (Capintec), Inc., Florham Park, NJ, USA</td>
			<td>5130-3234</td>
			<td>CRC -55tR Dose Calibrator&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#8217;s modified Eagle&#8217;s medium&#160;</td>
			<td>The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA</td>
			<td>30-2002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA</td>
			<td>30-2020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hanks Balanced Salt solution (HBSS)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA</td>
			<td>14025092</td>
			<td>For preparation of H-HBSS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric Acid (trace metal basis grade)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA</td>
			<td>A508P212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Melanoma cells</td>
			<td>The American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA</td>
			<td>CRL-6475</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO</td>
			<td>34860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tube</td>
			<td>Eppendorf, Hamburg, Germany</td>
			<td>30108442</td>
			<td>Protein LoBind microcentrifuge tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murine GM-CSF</td>
			<td>R&#38;D Systems, Inc., Minneapolis, MN USA</td>
			<td>415-ML-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/Streptomycin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline without Ca2+ and Mg2+</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, USA</td>
			<td>10010023</td>
			<td>For washing cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline</td>
			<td>Covidien LLC, Mansfield, MA, USA</td>
			<td>1020</td>
			<td>0.9% Sterile Saline Solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaker&#160;</td>
			<td>Eppendorf, Hamburg, Germany</td>
			<td>T1317</td>
			<td>Thermomixer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica gel-rad-TLC paper sheet&#160;</td>
			<td>Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA</td>
			<td>SGI0001</td>
			<td>iTLC-SG</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

positron emission tomography imaging of cell trafficking: a method of cell radiolabeling

Stamcel- en chimere antigeenreceptor (CAR) T-celtherapieën zijn in opkomst als veelbelovende therapieën voor orgaanregeneratie en als immunotherapie voor verschillende vormen van kanker. Ondanks dat er op deze gebieden aanzienlijke vooruitgang is geboekt, moet er nog meer worden geleerd om de farmacokinetiek en farmacodynamiek van de toegediende therapeutische cellen in het levende systeem beter te begrijpen. Voor niet-invasieve, in vivo tracking van cellen met positronemissietomografie (PET) is een nieuwe [89 Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine ([89 Zr]Zr-DBN)-gemedieerde celradiolabelingmethode ontwikkeld met behulp van 89Zr (t1/2 78,4 uur). Het huidige protocol beschrijft een [89Zr]Zr-DBN-gemedieerde, kant-en-klare, radiolabelende synthon voor directe radiolabeling van verschillende cellen, waaronder mesenchymale stamcellen, afstammingsgeleide cardiopoëtische stamcellen, leverregenererende hepatocyten, witte bloedcellen, melanoomcellen en dendritische cellen. De ontwikkelde methodologie maakt niet-invasieve PET-beeldvorming van celhandel mogelijk tot 7 dagen na toediening zonder de aard of de functie van de radioactief gelabelde cellen aan te tasten. Daarnaast beschrijft dit protocol een stapsgewijze methode voor de radiosynthese van [89 Zr]Zr-DBN, biocompatibele formulering van [89 Zr]Zr-DBN, voorbereiding van cellen voor radiolabeling en ten slotte de radiolabeling van cellen met [89Zr]Zr-DBN, inclusief alle ingewikkelde details die nodig zijn voor de succesvolle radiolabeling van cellen.

De representatieve resultaten die in dit manuscript worden gepresenteerd, zijn samengesteld uit de eerdere [89Zr]Zr-DBN-synthese- en celradiolabelingstudies 18,19,22,23,24,25. Kortom, 89Zr kan met succes worden gecomplexeerd met DFO-Bn-NCS in ~30-60 min bij 25-37 °C met behulp van 7,5-15 μg DFO-Bn-NCS ...

Watch this Scientific Journal Video about Positron Emission Tomography Imaging of Cell Trafficking: A Method of Cell Radiolabeling at JoVE.com

Positron Emission Tomography Imaging of Cell Trafficking: A Method of Cell Radiolabeling

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor het radioactief labelen van cellen met een positronemissietomografie (PET) radio-isotoop, 89 Zr (t1/2 78,4 uur), met behulp van een kant-en-klaar radioactief labelend synthon, [89 Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine ([89Zr]Zr-DBN). Radiolabeling van cellen met [89Zr]Zr-DBN maakt niet-invasieve tracking en beeldvorming mogelijk van toegediende radioactief gelabelde cellen in het lichaam met PET tot 7 dagen na toediening.

Positronemissietomografie Beeldvorming van celhandel: een methode voor celradiolabeling

Stem cell and chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapies are emerging as promising therapeutics for organ regeneration and as immunotherapy for ...

Dit protocol beschrijft een stapsgewijze methode voor het radioactief labelen van cellen en zirkonium-89-DBN en de niet-invasieve tracking ervan door PET. Deze techniek biedt ook een betrouwbare en stabiele methode voor het radioactief labelen van cellen door een covalente conjugatie van zirkonium-89-DBN naar de primaire middelen van de celoppervlakte-eiwitten. Artsen en wetenschappers die werken met celtherapieën voor neurologische aandoeningen en verschillende vormen van kanker zullen dit protocol instrumenteel vinden bij het begrijpen van de farmacokinetiek van celgebaseerde therapieën via niet-invasieve PET-beeldvorming.Het gedetailleerde protocol biedt richtlijnen voor nieuwe gebruikers om deze radiolabelingtechniek te leren en toe te passen. Extra knooppunten die bij de kritieke stappen zijn opgenomen, helpen bij het oplossen van problemen voor een nieuwe gebruiker. Maak om te beginnen een kolom met ongeveer 100 milligram hydroxamaathars en activeer deze door de kolom te wassen met acht milliliter puur watervrij acetonitril, gevolgd door een spoeling met vijf tot zes milliliter lucht.Breng twee milliliter 0,5 normaal zoutzuur door naar de kolom. Na het passeren van een extra spoeling van vijf tot zes milliliter lucht, laadt u de oplossing met zowel zirkonium-89 als natuurlijk yttrium langzaam in de hydroxamaathars. Was het ongebonden natuurlijke yttrium van de hydroxamaathars met 20 milliliter van twee normale zoutzuur, gevolgd door 10 milliliter gedeïoniseerd water.Om zirkonium in de vorm van zirkonium-89 waterstoffosfaat te ontwijken, voegt u 0,5 milliliter 1,2 molair dikaliumfosfaat kaliumdiwaterstoffosfaatbuffer toe aan de kolom en laat u deze 30 minuten op de kolom zitten. Voeg nog eens 1,5 milliliter 1,2 molaire buffer toe om het zirkonium uit de kolom te elueren. Neem vervolgens ongeveer 120 microliter zirkonium-89 waterstoffosfaat geformuleerd in de buffer en neutraliseer de oplossing met HEPES-KOH en kaliumcarbonaat om een pH van 7.528 te bereiken.Voeg vier microliter vers bereide vijf millimolaire DFO-Bn-NCS toe aan ongeveer 285 microliter geneutraliseerd zirkonium-89-waterstoffosfaat. En meng de oplossing door te pipetteren. Voeg na het isoleren van zirkonium uit yttrium 0,5 milliliter van één molair oxaalzuur toe aan de kolom en laat het een minuut op de kolom zitten om zirkonium in de vorm van zirkonium-89-oxalaat te elueren.Voeg nog eens 2,5 milliliter van één molair oxaalzuur toe aan de kolom. Om zirkonium-89-oxalaat om te zetten in zirkonium-89-chloride, wast u de anionenuitwisselingskolom met zes milliliter acetonitril, gevolgd door een spoeling met vijf tot zes milliliter lucht. Was vervolgens de kolom met 10 milliliter zoutoplossing, gevolgd door nog een luchtspoeling.Laad de oplossing met zirkonium-89-oxalaat langzaam op de geactiveerde anionenuitwisselingskolom voordat u deze opnieuw met lucht wast. Was vervolgens de kolom met 50 milliliter gedeïoniseerd water om het ongebonden oxalaation te verwijderen. Om zirkonium in de vorm van zirkonium-89-chloride te ontwijken, voegt u 0,1 milliliter van een normaal zoutzuur toe aan de kolom en laat u het een minuut op de kolom zitten.Elute het zirkonium uit de kolom met nog eens 0,4 milliliter van een normaal zoutzuur. Droog het ontweken zirkonium-89-chloride in een V-vormige injectieflacon door het gedurende 10 tot 30 minuten in een verwarmingsblok bij 65 graden Celsius onder een constante stroom stikstofgas te plaatsen en reconstitueer vervolgens het gedroogde zirkonium-89-chloride in water. Bereid 500 microliter celsuspensie met ongeveer 6 miljoen cellen in 500 microliter HEPES-gebufferde HBSS in een microcentrifugebuis van 1,5 milliliter en voeg ongeveer 100 microliter van het geformuleerde zirkonium-89-DBN toe.Meng de zirkonium-89-DBN en de celsuspensie door de oplossing voorzichtig op en neer te pipetteren met een micropipet. Incubeer de cellen en het zirkonium-89-DBN-mengsel op een shaker bij ongeveer 550 RPM bij 25 tot 37 graden Celsius gedurende 30 tot 45 minuten voor cellabeling. Voer radioactieve TLC uit op de radioactieve labelreactie van de cel met behulp van vers bereid radioactief TLC-oplosmiddel.Bereken het percentage radioactiviteit bij Rf gelijk aan 0,01 tot 0,02 met behulp van de vergelijking die op het scherm wordt weergegeven. Meng in een aparte microcentrifugebuis van 1,5 milliliter ongeveer 100 microliter van het geformuleerde zirkonium-89-DBN met ongeveer 500 microliter HEPES-gebufferde HBSS om het te gebruiken als een no-cell controle voor achtergrondcorrectie. Bereken het percentage radioactiviteit bij Rf gelijk aan 0,01 tot 0,02 met behulp van de vergelijking op het scherm en bereken vervolgens de effectieve celradiolabeling door de twee berekende radioactiviteitspercentages af te trekken.Nadat u de voltooiing van de radiolabeling hebt bevestigd, voegt u 600 microliter gekoeld celgeschikt compleet medium toe om de radioactieve labelreactie uit te voeren. Centrifugeer de cellen bij 96G gedurende 10 minuten bij vier graden Celsius. En gooi het supernatant weg.Resuspendeer de gepelleteerde cellen voorzichtig in 500 microliter van het gekoelde medium door het medium op en neer te pipetteren met een micropipet. Centrifugeer de cellen bij 96G gedurende 10 minuten bij vier graden Celsius en gooi het supernatant weg. Bereken vervolgens de uiteindelijke efficiëntie van radioactieve labeling na alle wasbeurten met behulp van de vergelijking die op het scherm wordt weergegeven.Om de kwaliteit van de radioactief gelabelde cellen te waarborgen, inspecteert u de uiteindelijke suspensie van radioactief gelabelde cellen visueel en voert u, als er geen klonten aanwezig zijn, een trypanblauwe uitsluitingslevensvatbaarheidstest uit met 0,4% trypanblauwe oplossing bereid in PBS binnen een uur na radioactieve labeling en de wasstappen. De chelatie-efficiëntie van DFO-Bn-NCS voor zirkonium-89 met behulp van zirkonium-89-waterstoffosfaat en zirkonium-89-chloride is verschillend zoals gemeten door radioactieve TLC. De stabiliteit van verschillende cellen die gedurende zeven dagen radioactief zijn gelabeld met zirkonium-89 wordt hier getoond.De retentie van zirkonium-89-radioactiviteit door radioactief gelabelde cellen bleek stabiel te zijn in alle bestudeerde cellen, met een verwaarloosbare uitstroom waargenomen gedurende zeven dagen na labeling. De efficiëntie van radioactieve cellabeling in verschillende celtypen met zirkonium-89-DBN wordt weergegeven in deze tabel. De efficiëntie van de radioactieve labeling van cellen varieert van 20 tot 50% als een niet-gecorrigeerde opbrengst die wordt waargenomen in de radioactief gelabelde celpellet na het wassen.De meest kritische stap van dit protocol is de toevoeging van DFO-Bn-NCS aan het chelatiemengsel en de kwaliteitsbeoordeling van radioactief gelabelde cellen. De toepassing van deze techniek zal helpen om de farmacokinetiek van celgebaseerde therapieën te begrijpen. Het zou ook vragen oproepen over de klinische noodzaak om het klaringsprofiel van celtherapieën te wijzigen.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

A Method of Targeted Cell Isolation via Glass Surface Functionalization

Een werkwijze van gerichte Cell Isolation via Glasoppervlak functionalisering

One of the limiting factors to the adoption and advancement of personalized medicine is the inability to develop diagnostic tools to probe individual ...

A Mimic of the Tumor Microenvironment: A Simple Method for Generating Enriched Cell Populations and Investigating Intercellular Communication

Een Mimic van de tumor micro: Een eenvoudige methode voor het genereren van verrijkte celpopulaties en Onderzoeken intercellulaire communicatie

Understanding the early heterotypic interactions between cancer cells and the surrounding non-cancerous stroma is important in elucidating the events ...

Live-imaging of Breast Epithelial Cell Migration After the Transient Depletion of TIP60

Live-imaging van borst epitheliale cel migratie na de voorbijgaande uitputting van TIP60

The wound-healing assay is efficient and one of the most economical ways to study cell migration in vitro. Conventionally, images are taken at the ...

Long-term Live-cell Imaging to Assess Cell Fate in Response to Paclitaxel

Op lange termijn Live-cel Imaging om te beoordelen van cel lot in reactie op Paclitaxel

Live-cell imaging is a powerful technique that can be used to directly visualize biological phenomena in single cells over extended periods of time. Over ...

Fluorescence Molecular Tomography for In Vivo Imaging of Glioblastoma Xenografts

Fluorescence Molecular Tomography for In Vivo Imaging of Glioblastoma Xenografts

Fluorescentie moleculaire tomografie voor In Vivo Imaging van Glioblastoma Xenografts

Tumorigenicity is the capability of cancer cells to form a tumor mass. A widely used approach to determine if the cells are tumorigenic is by injecting ...

Multimodal Bioluminescent and Positronic-emission Tomography/Computational Tomography Imaging of Multiple Myeloma Bone Marrow Xenografts in NOG Mice

Multimodale bioluminescente en positronisch-emissie tomografie/computationele Tomography Imaging van Multiple Myeloma beenmerg Xenografts in NOG muizen

Multiple myeloma (MM) tumors engraft in the bone marrow (BM) and their survival and progression are dependent upon complex molecular and cellular ...

Live-Cell Imaging Assays to Study Glioblastoma Brain Tumor Stem Cell Migration and Invasion

Live-cel Imaging tests studie Glioblastoma Brain Tumor stamcel migratie en invasie

Glioblastoma (GBM) is an aggressive brain tumor that is poorly controlled with the currently available treatment options. Key features of GBMs include ...

Management of Respiratory Motion Artefacts in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography using an Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

Management of Respiratory Motion Artefacts in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography using an Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

Beheer van Respiratory Motion Artefacten in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography met behulp van een Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

Positron emission tomography (PET) combined with X-ray computed tomography (CT) is an important molecular imaging platform that is required for accurate ...

Quantifying the Brain Metastatic Tumor Micro-Environment using an Organ-On-A Chip 3D Model, Machine Learning, and Confocal Tomography

Kwantificeren van de Brain Gemetastatische Tumor Micro-Environment met behulp van een Organ-On-A Chip 3D Model, Machine Learning en Confocal Tomography

Brain metastases are the most lethal cancer lesions; 10-30% of all cancers metastasize to the brain, with a median survival of only ~5-20 months, ...

Dynamic Imaging of Chimeric Antigen Receptor T Cells with [18F]Tetrafluoroborate Positron Emission Tomography/Computed Tomography

Dynamic Imaging of Chimeric Antigen Receptor T Cells with [18F]Tetrafluoroborate Positron Emission Tomography/Computed Tomography

Dynamische beeldvorming van chimere antigeenreceptor T-cellen met [18F]Tetrafluoroboraat positronemissietomografie/computertomografie

T cells genetically engineered to express chimeric antigen receptors (CAR) have shown unprecedented results in pivotal clinical trials for patients with B ...