Heteronukleare Protonenbildgebung als innovative MR-Technik für Cell Tracking Studien – Evaluierung im murinen Tumormodell

Ziele: Cell Tracking Studien sind von hoher wissenschaftlicher und klinischer Relevanz. Die MRT ist hierfür ein etabliertes Verfahren, jedoch mit eingeschränkter Sensitivität für die Detektion Fe- oder Gd-markierter Zellen in vivo aufgrund hohen Hintergrundrauschens. Eine Steigerung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR) durch eine vom Wassersignal losgelöste Detektion markierter Zellen ist daher wünschenswert. Thulium (Tm) DOTMA weist ein Chemical Shift von 100ppm auf, so dass es unabhängig vom H₁-Signal im MRT mittels ultrakurzer Echozeit-Sequenzen (UTE) detektiert werden kann.

Ziel unserer Studie war die Etablierung dieser neuen MR-Technik in vivo. Methode: HT1080-Zellen wurden mit 10µmol Tm DOTMA/10⁶ Zellen mittels Elektroporation markiert und die Toxizität der Markierung mit Trypan Blau überprüft. Der Markierungserfolg wurde mittels NMR und Fluoreszenzmikroskopie (Eigenfluoreszenz des Tm DOTMA) untersucht. Drei Mäusen wurden je 4 Mio. markierte Zellen s.c. in die Flanke injiziert. Anschließend wurden sie bei 9,4T mittels 3D-UTE-Sequenzen über 8 Tage untersucht und die Daten mit anatomischen RARE-Bildern korreliert. Die Tumore wurden daraufhin explantiert und die Tm-Verteilung mit Laser Ablations-ICP-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS) ermittelt. Ergebnis: Die NMR ergab durchschnittlich 5 × 10⁹ Moleküle Tm DOTMA/Zelle, die fluoreszenzmikroskopisch im Zytosol sichtbar waren. Es zeigte sich keine signifikante Toxizität der Markierung. Tm DOTMA konnte in vivo mit max. SNR-Werten bis 33 über den gesamten Untersuchungszeitraum detektiert werden. Die LA-ICP-MS wies Tm korrelierend zu den MR-Daten im Tumor, jedoch nicht im umgebenden Gewebe nach. Schlussfolgerung: Heteronukleare Protonenbildgebung mittels UTE ermöglicht eine vom Wassersignal losgelöste und somit nahezu hintergrundfreie Detektion von HT1080 Zellen in vivo über mehrere Tage ohne zusätzliche Geräteausstattung. Somit stellt diese MR-Technik eine vielversprechende, sensitive Methode für Cell Tracking Studien dar.

Korrespondierender Autor: Schmidt R

Institut für Klinische Radiologie, Albert-Schweitzer-Campus 1, Gebäude A1, 48149 Münster

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Heteronukleare Protonenbildgebung - UTE - Cell Tracking