Entwicklung eines Tiermodells zur bimodalen magnetisch-optischen Bildgebung bei stammzellgestützter Knorpelersatztherapie im Kaninchen

Zielsetzung:

Ziel war die Entwicklung eines experimentellen Bildgebungsmodells im Kaninchen zum Zell-Monitoring im MRT mit gleichzeitiger histologischer Kontrolle durch eGFP.

Material und Methodik:

Mesenchymale Stammzellen (MSZ) vom New Zealand White-Kaninchen wurden lentiviral mit unterschiedlichen eGFP-Virustitern transduziert und mit Ferucarbotran (12,5 – 100 µg/ml) markiert. Der Prozentsatz an eGFP-positiven Zellen wurde mit Durchflusszytometrie bestimmt. Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie (IDMS) und Berliner-Blau-Färbungen belegten die Eisenaufnahme. Zellviabilität sowie Apoptoseverhalten wurde mittels XTT-Test bzw. Caspase-3/-7-Messungen analysiert. Die chondrogene Differenzierungskapazität der markierten MSZ wurde im Pelletassay mit Induktionsmedium durch Glycosaminoglykan-Quantifizierungen beurteilt. Markierte Zellen und unmarkierte Kontrollen wurden unter Verwendung von T1-, T2- und T2*-gewichteten Pulssequenzen vor und nach Differenzierung mittels MRT in vitro und in vivo untersucht.

Ergebnisse:

Über 95% der transduzierten MSZ exprimierten eGFP. Die intrazelluläre Eisenaufnahme war für alle Konzentrationen signifikant (p < 0,05) und dosisabhängig (3,3±0,2; 5,0±0,5; 10,0±1,0 und 56,5±5,5 pg Fe/Zelle). Die Berliner Blau-Färbungen zeigten perinukleäre Zelleinschlüsse. Im Vergleich zu untransduzierten oder unmarkierten Kontrollen ergab sich kein Einfluss auf Zellviabilität, Apoptoserate oder chondrogene Differenzierungskapazität (p > 0,05). Ferucarbotran-markierte MSZ zeigten einen starken Kontrast und einen signifikanten Abfall in T2- und T2* Relaxationszeiten, in vitro und in vivo.

Schlussfolgerungen:

Die bimodale magneto-optische Markierung mesenchymaler Stammzellen erlaubt die MR-tomografische Detektion mit morphologischer Korrelation in vivo sowie die nachfolgende histopathologische Analyse ex vivo. Das beschriebene Kaninchenmodell ermöglicht gegenüber kleineren gebräuchlicheren Tiermodellen eine bessere morphologische Korrelation in vivo.

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