< Terug naar vorige pagina
Project
De Ontwikkeling van Kern Spin Tomografie Methoden gericht op In Vivo Opvolging van Celtherapie
Ondanks recente ontwikkelingen, en daarmee gepaard gaande sterke vooruitgangen binnen het medisch onderzoek, blijken hedendaagse klinisch toegepaste behandelingen voor verschillende ziekten nog steeds ontoereikend. Om tegemoet te komen aan deze problematiek worden momenteel cel gebaseerde therapieën als mogelijk alternatief onderworpen aan diepgaand wetenschappelijk onderzoek. Hiermee samenhangend, worden verschillende technieken ontwikkeld ter ondersteuning van de controle en validatie van de gebruikte cel therapie. Niet-invasieve beeldvorming vormt hierbij het belangrijkste hulpmiddel om de efficiëntie en veiligheid van de therapie op tevolgen. Door therapeutische cellen te laden met magnetische resonantie (MR) contrastmiddelen wordt het mogelijk de locatie van deze cellen in het lichaam te traceren door middel van magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Tegenwoordig worden deze labeling strategieën voor niet-fagocytische celtypes voornamelijk geoptimaliseerd door modificatie van de eigenschappen van de gebruikte nanopartikels (NPs). Gebaseerd op een grondigere kennis van de cellulaire en moleculaire processen van weefsel- en orgaanregeneratie, worden heden ook extra-embryonale cel bronnen (zoals adulte stamcellen: MSCs, NSCs, HSCs of immuuncellen zoals dendritische cellen en T-cellen) gebruikt als therapeutische celtypes. Deze celtypes vertonen zowel verschillende regeneratieve eigenschappen als verschillen in organisatie van het cytoskelet en elasticiteit, celvorm, aanhechtingskracht en in vitro cultuur eigenschappen. Door deze verschillen in parameters, betrokken bij de opname van NPs, is het niet altijd mogelijk om de beschikbare labeling strategieën te vertalen van het ene naar het andere celtype. Een eerste doel van deze PhD thesis ligt dan ook in het uitdiepen van de labeling strategieën gebruik makend van ijzer oxide NPs om zodoende het lot van verschillende therapeutische celtypes na te gaan in in vivo preklinische diermodellen. Hierbij werd gebruik gemaakt van zowel specifieke als niet-specifieke labeling principes.
In decontext van niet-specifieke labeling wordt opname van NPs normaal bewerkstelligd door een simpele incubatiestap. Hierbij werd veel aandacht geschonken aan eigenschappen zoals grootte, oppervlaktelading en omhulling van de NPs waarbij elk van deze een rol bleek te spelen in verschillen in opname en celtoxiciteit. In deze thesis stelden we door middel van elektronen microscopie (EM) vast dat cel gebaseerde parameters zoals cel grootte en proliferatie tijd ook verantwoordelijk kunnen zijn voor zulke variatie in opname. Eveneens beklemtoond deze studie het belang van validatie experimenten om het lot van de NPs na opname intracellulair op te volgen door middel van bijvoorbeeld EM. Vervolgens werd de niet-specifieke labeling strategie toegepast voor de visualisatie van eilandjes van Langerhans afkomstig uit de pancreas (PIs). Hier konden we aantonen dat magnetoliposomen (MLs) omwille van hun positieve oppervlaktelading and kleine grootte in veel kortere tijd werden opgenomen door PIs (2-4 uren) invergelijking met commercieel verkrijgbare nanopartikels zoals Endorem en Resovist (24-72 uren) zonder enig negatief effect op viabiliteit en functionaliteit van de PIs. Deze data tonen het potentieel van MLs als veelbelovend alternatief voor het in beeld brengen van getransplanteerde PIs in diabetes diermodellen.
Specifieke labeling strategieën werden uitgevoerd waarbij MLs gefunctionaliseerd met galactose werden gebruikt voor het specifiek laden van hepatocyten en dit zowel in vitro als in vivo. Galactose MLs werden getest in gemengde celculturen na differentiatie van embryonale stamcellen. Na labeling werden de cellen magnetisch van elkaar gescheiden om de positieve en negatieve fracties te kunnen onderscheiden waarbij deze onderworpen werden aan het opsporen van merkersspecifiek voor hepatocyten. Omwille van het zeer kleine percentage mature hepatocyten, bleek het moeilijk om deze te isoleren als aparte fractie uit gemengde culturen. De specificiteit van galactose MLs werd in vivogeëvalueerd na systemische toediening van de NPs in gezonde muizen. MR analyse, microscopische evaluatie en immunokleuringen toonden een succesvolle labeling van hepatocyten. Deze ontwikkelde technologie kan gebruikt worden om de aanvang van verschillende leverziekten aan te tonen.
Algemeen draagt dit werk bij tot de ontwikkeling van labeling strategieënvoor het opvolgen van cel gebaseerde therapieën in een reeks van verschillende ziektemodellen in vivo. Deze kennis wordt momenteel vertaald naar andere toepassingen waaronder de ontwikkeling van nieuwe cel therapieën en het aantonen van de aanvang van verschillende ziektebeelden. Hierbij vormt deze thesis een solide basis voor toekomstige toepassingen en ontwikkelingen binnen het veld van de in vivo beeldvorming van cel therapieën gebruik makend van MRI.
In decontext van niet-specifieke labeling wordt opname van NPs normaal bewerkstelligd door een simpele incubatiestap. Hierbij werd veel aandacht geschonken aan eigenschappen zoals grootte, oppervlaktelading en omhulling van de NPs waarbij elk van deze een rol bleek te spelen in verschillen in opname en celtoxiciteit. In deze thesis stelden we door middel van elektronen microscopie (EM) vast dat cel gebaseerde parameters zoals cel grootte en proliferatie tijd ook verantwoordelijk kunnen zijn voor zulke variatie in opname. Eveneens beklemtoond deze studie het belang van validatie experimenten om het lot van de NPs na opname intracellulair op te volgen door middel van bijvoorbeeld EM. Vervolgens werd de niet-specifieke labeling strategie toegepast voor de visualisatie van eilandjes van Langerhans afkomstig uit de pancreas (PIs). Hier konden we aantonen dat magnetoliposomen (MLs) omwille van hun positieve oppervlaktelading and kleine grootte in veel kortere tijd werden opgenomen door PIs (2-4 uren) invergelijking met commercieel verkrijgbare nanopartikels zoals Endorem en Resovist (24-72 uren) zonder enig negatief effect op viabiliteit en functionaliteit van de PIs. Deze data tonen het potentieel van MLs als veelbelovend alternatief voor het in beeld brengen van getransplanteerde PIs in diabetes diermodellen.
Specifieke labeling strategieën werden uitgevoerd waarbij MLs gefunctionaliseerd met galactose werden gebruikt voor het specifiek laden van hepatocyten en dit zowel in vitro als in vivo. Galactose MLs werden getest in gemengde celculturen na differentiatie van embryonale stamcellen. Na labeling werden de cellen magnetisch van elkaar gescheiden om de positieve en negatieve fracties te kunnen onderscheiden waarbij deze onderworpen werden aan het opsporen van merkersspecifiek voor hepatocyten. Omwille van het zeer kleine percentage mature hepatocyten, bleek het moeilijk om deze te isoleren als aparte fractie uit gemengde culturen. De specificiteit van galactose MLs werd in vivogeëvalueerd na systemische toediening van de NPs in gezonde muizen. MR analyse, microscopische evaluatie en immunokleuringen toonden een succesvolle labeling van hepatocyten. Deze ontwikkelde technologie kan gebruikt worden om de aanvang van verschillende leverziekten aan te tonen.
Algemeen draagt dit werk bij tot de ontwikkeling van labeling strategieënvoor het opvolgen van cel gebaseerde therapieën in een reeks van verschillende ziektemodellen in vivo. Deze kennis wordt momenteel vertaald naar andere toepassingen waaronder de ontwikkeling van nieuwe cel therapieën en het aantonen van de aanvang van verschillende ziektebeelden. Hierbij vormt deze thesis een solide basis voor toekomstige toepassingen en ontwikkelingen binnen het veld van de in vivo beeldvorming van cel therapieën gebruik makend van MRI.
Datum:15 okt 2008 → 22 nov 2013
Trefwoorden:vivo stem cell imaging
Disciplines:Medische beeldvorming en therapie, Andere paramedische wetenschappen
Project type:PhD project