Iron-oxide labelling of primary human hepatocytes for detection via magnet resonance imaging

Die Transplantation von Leberzellen wird als alternatives Therapieverfahren zur Lebertransplantation diskutiert. Trotz zahlreicher Studien können der Verbleib und die Interaktion der Leberzellen im Empfänger während und nach der Transplantation nicht exakt beschrieben werden. Dies spielt jedoch eine wichtige Rolle für die Optimierung dieses Verfahrens sowie für die Überwachung der klinischen Applikationen. Die Magnetresonanztomographie (MRT) stellt eine nicht-invasive Methode zur Detektion einzelner zuvor mit Eisenoxidpartikel markierter Zellen dar. Die hohe Auflösung heutiger Geräte, sowie die Verfügbarkeit verschiedener spezifischer Kontrastmittel ermöglichen eine detaillierte Lokalisierung von einzelnen Zellen sowohl im Körper als auch innerhalb einzelner Organe. Im Rahmen dieser Dissertationsarbeit wurden Versuche zur in vitro Detektion primärer humaner Hepatozyten mittels klinischer MRT durchgeführt. Des Weiteren wurde eine Methode zur Bereitstellung zuvor markierter Hepatozyten für eine Transplantation untersucht. Die aus Resektaten gewonnen Zellen wurden kultiviert, markiert und mittels enzymatischer Resuspendierung wieder Verfügbar gemacht. Die Effekte der einzelnen Schritte wurden anhand standardisierter Kulturparameter in vitro untersucht. Nach einstündiger Inkubation der Hepatozyten mit Tat-Peptid- modifizierten „superparamagnetischen Eisenoxidpartikel“ (SPIO), sowie vierstündiger Inkubation mit „micron sized iron oxide particles“ (MPIO), in Adhäsion wurde die Partikelinkorporation durch mikroskopische Untersuchungsmethoden nachgewiesen. Die Untersuchungen markierter Zellen zeigten typische Signalauslöschungen in T2*-gewichteten MRT-Aufnahmen, wobei die MPIO-markierten Zellen deutlichere Signalauslöschungen zeigten. Vitalität und Integrität der humanen Hepatozyten wurden durch die MPIO-Markierung und Resuspendierung nicht beeinträchtigt und die Markierung blieb während der gesamten Kulturperiode stabil. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmals eine Methode zur Markierung primärer humaner Hepatozyten für ihre Detektion mittels klinischer MRT. Diese Methode stellt ein neuartiges Verfahren dar, welches sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Qualitätssicherung in bereits durchgeführten klinischen Anwendungen wichtige Erkenntnisse liefert und daher großes Potential hat.Transplantation of primary human hepatocytes is a promising approach in certain liver diseases. For visualisation of hepatocytes during and following cell application and the ability of a timely response to potential complications, a non-invasive modality for imaging of the transplanted cells has to be established. Magnetic resonance imaging (MRI) could enable real-time tracking and long-term detection of transplanted hepatocytes. The use of superparamagnetic iron oxide particles as cellular contrast agents should allow for the non-invasive detection of labelled cells on high-resolution magnetic resonance images. In this study, experiments were performed on primary human hepatocytes to transfer the method of detecting labelled cells via clinical MRI into human hepatocyte transplantation. Furthermore, a method for preparation of labelled primary human hepatocytes is developed - The cells were isolated, labelled and enzymaticaly resuspended. The effects of these manipulations were determined via standardised culture parameters in vitro. After the incubation of the hepatocytes with tat-modified nano-meter sized “superparamagteic iron oxide particles, and “micron sized iron oxide particles” for one hour and four hours, respectively, the incorporation or particles were determined via microscopy. The phantom samples of labelled cells showed typical hypointensity in T2*-weighted MRI. The particle load was not affected by resuspension and showed no alternations during the culture period. Compared to control groups, labelling and resuspension had no adverse effects on viability, enzyme leakage and metabolic activity of human hepatocytes. This present study describes a new method for labelling of primary human hepatocytes for their detection via clinical MRI equipment. Furthermore, it shows a novel procedure, which serves for basic research and quality control in the clinical setting of human hepatocyte transplantation