mr對比劑在肝干細胞移植中的應用

為了評估肝臟/干移植的效果，了解移植后肝/干的分布、活動、分工和預后的生物學行為，肝/干移植的視覺跟蹤是必要的。當前肝細胞移植示蹤研究的方法有病理學標記示蹤、放射核素顯像和報告基因,但以上方法均為有創(chuàng)。而磁共振顯像(MRI)示蹤具有安全性能高,特異性較高,時間和空間分辨率高,對比度好,有效成像時間窗長,等優(yōu)點并且無創(chuàng)。這使MRI示蹤成為肝/干細胞移植無創(chuàng)示蹤最獨特的工具。而應用MR對比劑能改變組織內部氫核系統(tǒng)的馳豫時間,使其與周圍組織形成對比,能進一步的增加磁共振示蹤的效果。且肝/干細胞移植的示蹤主要應用MR對比劑做為標記物。MR對比劑主要有兩類:即超順磁性對比劑和順磁性對比劑。超順磁性對比劑主要為超順磁性氧化鐵(Superparamagneticironoxides,SPIO)。順磁性對比劑主要有扎一二乙烯三胺五乙酸(Gadopentetatedimeglumin,Gd-DTPA)和新型磁對比劑釓貝葡胺(Gadobenatedimeglumine,Gd-BOPTA)。而Gd-BOPTA較Gd-DTPA在馳豫率和肝臟的特異性等方面更具優(yōu)勢。下面就SPIO和Gd-BOPTA兩種MR對比劑的理化特性、標記方法和安全性、磁化特性和成像序列、及在肝/干細胞移植中的應用等方面進行綜述。1超順磁性氧化鐵spio1.1pio和超微型超順磁性氧化鐵SPIO是由晶體氧化鐵作為顆粒核心,外面常以葡聚糖包衣,顆粒直徑多在納米數(shù)量級,顆粒大小影響SPIO的磁化特性及其在體內分布的特異性。根據(jù)粒徑大小可分為普通型SPIO和超微型超順磁性氧化鐵(ultrasmallSPIO,USPIO)。SPIO作為一種網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)靶向對比劑,臨床主要用于肝、脾MR顯像。常見制劑主要有:先靈公司開發(fā)的SHU555A:商品名Resovist;奈科明公司開發(fā)的MSM和NSP430以及美國先進磁力公司開發(fā)的AMI-25:商品名為菲立磁(Feridex或Ferumoxides)。菲立磁已商品化生產(chǎn),并獲美國FDA認證,是目前移植細胞示蹤應用最多的超順磁性氧化鐵類MR對比劑。USPIO主要用于血池造影和淋巴結成像。1.2轉鐵蛋白共價產(chǎn)物SPIO標記細胞主要通過以下三種機制:(1)直接胞吞作用:在培養(yǎng)基中加入被葡聚糖包被的SPIO,與細胞共同培養(yǎng),標記細胞。(2)受體介導的胞吞作用:如SHO與轉鐵蛋白共價結合成復合物,結合后的復合物放入培養(yǎng)基中和細胞共同培養(yǎng),標記細胞。(3)轉染試劑介導的胞吞作用:常用陽離子物質,通過靜電作用,使帶負電荷的氧化鐵顆粒與帶正電荷的轉染劑形成復合物,刺激干細胞膜的內吞作用,從而將對比劑轉運至細胞內。目前對于哪種方法最簡單、最有效、最安全,國內外尚無統(tǒng)一定論。研究表明,SHO標記干細胞較安全的,與未標記細胞相比,標記細胞內的SPIO不影響干細胞的長期活性、生長率以及細胞凋亡指數(shù),不改變干細胞的功能和分化能力。1.3spio標記在臨床上加強指導了一個重要的分子SPIO的核心部分為氧化鐵晶體,鐵離子自旋產(chǎn)生自發(fā)的磁化中心,通過外加磁場可使磁化中心的粒子按磁極排列而產(chǎn)生磁化效應。SPIO粒子局部擴增外加磁場,造成磁場不均勻,加速了質子去相位,使組織的橫向馳豫時間T2值明顯縮短,信號減低。SPIO主要縮短T2值,同時也較作者單位:1.南華大學,湖南衡陽421000;2.湖南省人民醫(yī)院,湖南長沙410000小程度上縮短組織的T1值。因為SPIO粒子縮短T2的效應占優(yōu)勢,所以多選用T2*WI序列來觀察SPIO標記的肝/干細胞。在大量實驗中應用SE、FSE和GRE序列進行掃描,證實了GRET2*WI序列最為敏感。其次是SET2W1序列。1.4肝干移植1.4.1mri表現(xiàn)大鼠腦梗死超早期感染的大鼠腦梗死超早期神經(jīng)功能SPIO在神經(jīng)系統(tǒng)細胞移植中的應用比較廣,主要用于追蹤移植細胞在體內的分布、遷移等。如陳長青等成功的應用SPIO標記脂肪干細胞,用于觀察脂肪干細胞對大鼠腦梗死后神經(jīng)行為功能恢復療效,并通過MRI示蹤,可見移植區(qū)低信號及標記脂肪干細胞移植后通過胼胝體向損傷灶遷移。Anderson等應用SPIO標記骨髓來源的內皮祖細胞(EPCs)注入腦膠質瘤模型鼠體內,通過MRI示蹤發(fā)現(xiàn)EPCs可以擴散到腫瘤血循環(huán)中,進一步整合到腫瘤血管內且分化為內皮樣細胞。1.4.2小鼠骨髓中mscs的表達心血管系統(tǒng)干細胞移植主要用于治療心肌梗死,目前多為動物實驗,SPIO標記能在無創(chuàng)的情況下通過MRI觀察移植的干細胞是否“歸巢”到心肌梗死區(qū)域,及遷移等情況。2005年Bulte等應用SPIO標記MSCs,觀察其對梗死雜種犬心肌的分化能力。MR影像表明在犬心肌梗死區(qū)域可見低信號影,并于8周后仍可追蹤到標記的MSCs信號。Katritsis等應用SPIO標記MSCs用治療豬心肌梗死,證實MRI可有效檢測MSCs的定位及遷徙。1.4.3急性肝損傷大鼠mscs的表達肝干細胞移植主要用于治療急性肝衰、肝臟代謝性疾病、幫助肝衰病人度過肝源等待期等,其作用越來越被引起重視。目前多數(shù)學者應用SPIO對肝干細胞移植進行定位示蹤。如Choi等應用納米級USPIO顆粒標記的MSCs經(jīng)門靜脈移植入大鼠肝臟,MRI監(jiān)測2h、3d、7d及2周肝臟信號變化。在肝臟內檢測出彌漫性的結節(jié)性低信號影,組織學切片顯示信號缺失部位與USPIO顆粒標記細胞相一致。方亮等用SPIO標記MSCs細胞移植入急性肝損傷豬模型內,并用MRI示蹤,MRI可見門靜脈主干及分支內有明顯的低信號改變,隨時間延長,低信號強度逐漸減弱,且可觀察到低信號影隨血流向遠端分支遷移,7d后則無明顯低信號改變。Bos等用SPIO標記了大鼠骨髓MSCs,通過門靜脈將5×106個細胞注入大鼠損傷肝臟,肝臟在1.5TMR上均有信號降低,信號降低的持續(xù)時間12d,動態(tài)觀察顯示,MR信號降低的幅度隨時間延長而逐漸減弱。1.4.4細胞注入后細胞的mr成像SPIO在其他各系統(tǒng)細胞移植中均有應用。如Daldrup—Link等應用SPIO標記人造血干細胞,經(jīng)靜脈注入(1~3)×107個標記細胞,以1.5TMR成像。結果顯示肝臟和脾臟在細胞注入后1、4、24、48h均有明顯的信號降低,而骨髓在24和48h信號降低明顯,且骨髓信號降低程度明顯強于單純SPIO對比劑注射組。Ahrens等利用SPIO與CDllc單克隆抗體共扼標記抗原提呈的樹突狀細胞,將標記后的細胞注入小鼠股四頭肌,利用11.7TMR進行顯微成像,發(fā)現(xiàn)磁標記細胞引起的信號改變可持續(xù)至少24h。2濱河胺sd-bopa2.1dd-bopta和3g-dtpa釓貝葡胺(Gd-BOPTA,商品名莫迪司,Multihance)是一種由順磁性釓離子和螯合劑BOPTA結合的新型對比劑,Gd-BOPTA在分子結構上比Gd-DTPA多一個苯環(huán)。理化性質與Gd-DTPA基本相似。而Gd-BOPTA中含有苯環(huán),屬于芳香環(huán)類化合物,具親脂性,可與血漿蛋白尤其是白蛋白發(fā)生可逆性結合,從而使Gd-BOPTA的弛豫率明顯高于其他釓類順磁性對比劑,故Gd-BOPTA對組織的強化程度明顯高于相同劑量的Gd-DTPA。同時,該苯環(huán)可使肝細胞選擇性地吸收Gd-BOPTA分子,并將其從膽系排泄,因而Gd-BOPTA亦可作為肝臟特異性對比劑。Gd-BOPTA已經(jīng)完成臨床I、II、III期試驗,進入了臨床應用階段。2.2不同處理對肝組織的影響Gd-BOPTA標記一般采用即時注射,注射后大部分Gd-BOPTA快速從血漿中清除,少量Gd-BOPTA(3%~5%)被肝細胞攝取,再次強化肝組織,并于40~120min達第2次強化高峰,而非肝細胞性組織不強化,二者形成鮮明的信號對比,從而達到標記肝細胞的目的。I、II、III期臨床試驗及臨床應用檢測顯示,Gd-BOPTA的副反應發(fā)生率低,是一種安全的對比劑。初步研究發(fā)現(xiàn),Gd-BOPTA不僅可用于肝、腎功能正常者,而且還可用于肝腎功能不全者,從而拓展了其應用范圍。2.3pta的成像Gd-BOPTA是釓類螯合劑,可以縮短氫質子的縱向弛豫時間(T1),也能在較小程度上縮短橫向弛豫時間(T2)。Gd-BOPTA在人類血漿組織中的縱向弛豫率為Gd-DTPA的二倍。Gd-BOPTA主要縮短的縱向弛豫時間(T1),所以成像序列主要采用SET1WI序列和梯度回波(GRE)T1WI序列,也可采用SET2WI序列及SET1抑脂等序列。但Caudana等也認為:增強后SET2WI序列與增強后(GRE)T1WI序列所獲得的C/N相近,認為增強后SET2WI序列無價值。2.4肝/干細胞標記Gd-BOPTA在肝/干細胞移植方面應用的文獻報道較少。目前主要應用在國內成熟肝細胞移植示蹤方面。Gd-BOPTA具肝臟特異性,能夠被肝細胞選擇性的吸收,且能持續(xù)40~120min,在MRI延遲期仍能持續(xù)強化顯影,在肝細胞移植中具有獨特的優(yōu)勢。石詠中等利用成熟肝細胞移植入兔脾內后,在不同時間段注入Gd-BOPTA后觀察,采集MR延遲期圖像,可見脾臟內肝細胞增強信號,信號在7d時最強,以后逐漸衰退并持續(xù)14d以上。但上面實驗示蹤方法有一定的局限性,Gd-BOPTA標記的肝細胞在肝臟內不具有特異性,不能于原來肝臟的肝細胞區(qū)分,所以這種方法只能用于除肝臟以外的其他器官(如脾、腹腔)肝細胞移植的示蹤。如何把Gd-BOPTA預先標記到預移植的肝細胞上有待進一步的研究。一些文獻將Gd-DTPA與右旋糖酐聚合物連接,并與熒光染料若丹明顆粒結合,制成扎-若丹明-右旋糖酐復合物(GRID),用這種復合物通過細胞內吞作用標記永生化小鼠神經(jīng)干細胞后,可同時提供MR成像和組織熒光顯像。為Gd-BOPTA提供了可借鑒的標記方法。楊永平等應用2×109肝細胞體內移植治療重型肝炎患者,注射Gd-BOPTA后進行MR示蹤,在術后80d及270d均檢測到脾臟內存在肝細胞信號。Gd-BOPTA標記肝細胞不會隨時間延長、細胞的分裂、增生而信號減弱,其信號強度只與有活性的肝細胞數(shù)目有關。Gd-BOPTA注射后的動態(tài)期,MR很難分辨出脾內移植肝細胞的信號,但在延遲期,脾內其他組織信號已降低,而肝細胞信號仍處于增強狀態(tài)。固肝細胞移植Gd-BOPTA注射后示蹤是采用延遲期信號。如周霖等應用分離后的成熟人肝細胞行脾動脈超選擇灌注移植,于移植后80d注射Gd-BOPTA后行MR檢查,提示延遲期脾臟內存在肝細胞信號。綜上所述,SPIO與Gd-BOPTA標記肝/干細胞各具優(yōu)點:SPIO標記穩(wěn)定、標記時間長;Gd-BOPTA標記強化程度高、具有肝臟組織特異性、較寬的成像時間窗以及安全性極高。但這些標記仍有