mr对比剂在肝干细胞移植中的应用

mr对比剂在肝干细胞移植中的应用

为了评估肝脏/干移植的效果，了解移植后肝/干的分布、活动、分工和预后的生物学行为，肝/干移植的视觉跟踪是必要的。当前肝细胞移植示踪研究的方法有病理学标记示踪、放射核素显像和报告基因,但以上方法均为有创。而磁共振显像(MRI)示踪具有安全性能高,特异性较高,时间和空间分辨率高,对比度好,有效成像时间窗长,等优点并且无创。这使MRI示踪成为肝/干细胞移植无创示踪最独特的工具。而应用MR对比剂能改变组织内部氢核系统的驰豫时间,使其与周围组织形成对比,能进一步的增加磁共振示踪的效果。且肝/干细胞移植的示踪主要应用MR对比剂做为标记物。MR对比剂主要有两类:即超顺磁性对比剂和顺磁性对比剂。超顺磁性对比剂主要为超顺磁性氧化铁(Superparamagneticironoxides,SPIO)。顺磁性对比剂主要有扎一二乙烯三胺五乙酸(Gadopentetatedimeglumin,Gd-DTPA)和新型磁对比剂钆贝葡胺(Gadobenatedimeglumine,Gd-BOPTA)。而Gd-BOPTA较Gd-DTPA在驰豫率和肝脏的特异性等方面更具优势。下面就SPIO和Gd-BOPTA两种MR对比剂的理化特性、标记方法和安全性、磁化特性和成像序列、及在肝/干细胞移植中的应用等方面进行综述。1超顺磁性氧化铁spio1.1pio和超微型超顺磁性氧化铁SPIO是由晶体氧化铁作为颗粒核心,外面常以葡聚糖包衣,颗粒直径多在纳米数量级,颗粒大小影响SPIO的磁化特性及其在体内分布的特异性。根据粒径大小可分为普通型SPIO和超微型超顺磁性氧化铁(ultrasmallSPIO,USPIO)。SPIO作为一种网状内皮系统靶向对比剂,临床主要用于肝、脾MR显像。常见制剂主要有:先灵公司开发的SHU555A:商品名Resovist;奈科明公司开发的MSM和NSP430以及美国先进磁力公司开发的AMI-25:商品名为菲立磁(Feridex或Ferumoxides)。菲立磁已商品化生产,并获美国FDA认证,是目前移植细胞示踪应用最多的超顺磁性氧化铁类MR对比剂。USPIO主要用于血池造影和淋巴结成像。1.2转铁蛋白共价产物SPIO标记细胞主要通过以下三种机制:(1)直接胞吞作用:在培养基中加入被葡聚糖包被的SPIO,与细胞共同培养,标记细胞。(2)受体介导的胞吞作用:如SHO与转铁蛋白共价结合成复合物,结合后的复合物放入培养基中和细胞共同培养,标记细胞。(3)转染试剂介导的胞吞作用:常用阳离子物质,通过静电作用,使带负电荷的氧化铁颗粒与带正电荷的转染剂形成复合物,刺激干细胞膜的内吞作用,从而将对比剂转运至细胞内。目前对于哪种方法最简单、最有效、最安全,国内外尚无统一定论。研究表明,SHO标记干细胞较安全的,与未标记细胞相比,标记细胞内的SPIO不影响干细胞的长期活性、生长率以及细胞凋亡指数,不改变干细胞的功能和分化能力。1.3spio标记在临床上加强指导了一个重要的分子SPIO的核心部分为氧化铁晶体,铁离子自旋产生自发的磁化中心,通过外加磁场可使磁化中心的粒子按磁极排列而产生磁化效应。SPIO粒子局部扩增外加磁场,造成磁场不均匀,加速了质子去相位,使组织的横向驰豫时间T2值明显缩短,信号减低。SPIO主要缩短T2值,同时也较作者单位:1.南华大学,湖南衡阳421000;2.湖南省人民医院,湖南长沙410000小程度上缩短组织的T1值。因为SPIO粒子缩短T2的效应占优势,所以多选用T2*WI序列来观察SPIO标记的肝/干细胞。在大量实验中应用SE、FSE和GRE序列进行扫描,证实了GRET2*WI序列最为敏感。其次是SET2W1序列。1.4肝干移植1.4.1mri表现大鼠脑梗死超早期感染的大鼠脑梗死超早期神经功能SPIO在神经系统细胞移植中的应用比较广,主要用于追踪移植细胞在体内的分布、迁移等。如陈长青等成功的应用SPIO标记脂肪干细胞,用于观察脂肪干细胞对大鼠脑梗死后神经行为功能恢复疗效,并通过MRI示踪,可见移植区低信号及标记脂肪干细胞移植后通过胼胝体向损伤灶迁移。Anderson等应用SPIO标记骨髓来源的内皮祖细胞(EPCs)注入脑胶质瘤模型鼠体内,通过MRI示踪发现EPCs可以扩散到肿瘤血循环中,进一步整合到肿瘤血管内且分化为内皮样细胞。1.4.2小鼠骨髓中mscs的表达心血管系统干细胞移植主要用于治疗心肌梗死,目前多为动物实验,SPIO标记能在无创的情况下通过MRI观察移植的干细胞是否“归巢”到心肌梗死区域,及迁移等情况。2005年Bulte等应用SPIO标记MSCs,观察其对梗死杂种犬心肌的分化能力。MR影像表明在犬心肌梗死区域可见低信号影,并于8周后仍可追踪到标记的MSCs信号。Katritsis等应用SPIO标记MSCs用治疗猪心肌梗死,证实MRI可有效检测MSCs的定位及迁徙。1.4.3急性肝损伤大鼠mscs的表达肝干细胞移植主要用于治疗急性肝衰、肝脏代谢性疾病、帮助肝衰病人度过肝源等待期等,其作用越来越被引起重视。目前多数学者应用SPIO对肝干细胞移植进行定位示踪。如Choi等应用纳米级USPIO颗粒标记的MSCs经门静脉移植入大鼠肝脏,MRI监测2h、3d、7d及2周肝脏信号变化。在肝脏内检测出弥漫性的结节性低信号影,组织学切片显示信号缺失部位与USPIO颗粒标记细胞相一致。方亮等用SPIO标记MSCs细胞移植入急性肝损伤猪模型内,并用MRI示踪,MRI可见门静脉主干及分支内有明显的低信号改变,随时间延长,低信号强度逐渐减弱,且可观察到低信号影随血流向远端分支迁移,7d后则无明显低信号改变。Bos等用SPIO标记了大鼠骨髓MSCs,通过门静脉将5×106个细胞注入大鼠损伤肝脏,肝脏在1.5TMR上均有信号降低,信号降低的持续时间12d,动态观察显示,MR信号降低的幅度随时间延长而逐渐减弱。1.4.4细胞注入后细胞的mr成像SPIO在其他各系统细胞移植中均有应用。如Daldrup—Link等应用SPIO标记人造血干细胞,经静脉注入(1~3)×107个标记细胞,以1.5TMR成像。结果显示肝脏和脾脏在细胞注入后1、4、24、48h均有明显的信号降低,而骨髓在24和48h信号降低明显,且骨髓信号降低程度明显强于单纯SPIO对比剂注射组。Ahrens等利用SPIO与CDllc单克隆抗体共扼标记抗原提呈的树突状细胞,将标记后的细胞注入小鼠股四头肌,利用11.7TMR进行显微成像,发现磁标记细胞引起的信号改变可持续至少24h。2滨河胺sd-bopa2.1dd-bopta和3g-dtpa钆贝葡胺(Gd-BOPTA,商品名莫迪司,Multihance)是一种由顺磁性钆离子和螯合剂BOPTA结合的新型对比剂,Gd-BOPTA在分子结构上比Gd-DTPA多一个苯环。理化性质与Gd-DTPA基本相似。而Gd-BOPTA中含有苯环,属于芳香环类化合物,具亲脂性,可与血浆蛋白尤其是白蛋白发生可逆性结合,从而使Gd-BOPTA的弛豫率明显高于其他钆类顺磁性对比剂,故Gd-BOPTA对组织的强化程度明显高于相同剂量的Gd-DTPA。同时,该苯环可使肝细胞选择性地吸收Gd-BOPTA分子,并将其从胆系排泄,因而Gd-BOPTA亦可作为肝脏特异性对比剂。Gd-BOPTA已经完成临床I、II、III期试验,进入了临床应用阶段。2.2不同处理对肝组织的影响Gd-BOPTA标记一般采用即时注射,注射后大部分Gd-BOPTA快速从血浆中清除,少量Gd-BOPTA(3%~5%)被肝细胞摄取,再次强化肝组织,并于40~120min达第2次强化高峰,而非肝细胞性组织不强化,二者形成鲜明的信号对比,从而达到标记肝细胞的目的。I、II、III期临床试验及临床应用检测显示,Gd-BOPTA的副反应发生率低,是一种安全的对比剂。初步研究发现,Gd-BOPTA不仅可用于肝、肾功能正常者,而且还可用于肝肾功能不全者,从而拓展了其应用范围。2.3pta的成像Gd-BOPTA是钆类螯合剂,可以缩短氢质子的纵向弛豫时间(T1),也能在较小程度上缩短横向弛豫时间(T2)。Gd-BOPTA在人类血浆组织中的纵向弛豫率为Gd-DTPA的二倍。Gd-BOPTA主要缩短的纵向弛豫时间(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等也认为:增强后SET2WI序列与增强后(GRE)T1WI序列所获得的C/N相近,认为增强后SET2WI序列无价值。2.4肝/干细胞标记Gd-BOPTA在肝/干细胞移植方面应用的文献报道较少。目前主要应用在国内成熟肝细胞移植示踪方面。Gd-BOPTA具肝脏特异性,能够被肝细胞选择性的吸收,且能持续40~120min,在MRI延迟期仍能持续强化显影,在肝细胞移植中具有独特的优势。石詠中等利用成熟肝细胞移植入兔脾内后,在不同时间段注入Gd-BOPTA后观察,采集MR延迟期图像,可见脾脏内肝细胞增强信号,信号在7d时最强,以后逐渐衰退并持续14d以上。但上面实验示踪方法有一定的局限性,Gd-BOPTA标记的肝细胞在肝脏内不具有特异性,不能于原来肝脏的肝细胞区分,所以这种方法只能用于除肝脏以外的其他器官(如脾、腹腔)肝细胞移植的示踪。如何把Gd-BOPTA预先标记到预移植的肝细胞上有待进一步的研究。一些文献将Gd-DTPA与右旋糖酐聚合物连接,并与荧光染料若丹明颗粒结合,制成扎-若丹明-右旋糖酐复合物(GRID),用这种复合物通过细胞内吞作用标记永生化小鼠神经干细胞后,可同时提供MR成像和组织荧光显像。为Gd-BOPTA提供了可借鉴的标记方法。杨永平等应用2×109肝细胞体内移植治疗重型肝炎患者,注射Gd-BOPTA后进行MR示踪,在术后80d及270d均检测到脾脏内存在肝细胞信号。Gd-BOPTA标记肝细胞不会随时间延长、细胞的分裂、增生而信号减弱,其信号强度只与有活性的肝细胞数目有关。Gd-BOPTA注射后的动态期,MR很难分辨出脾内移植肝细胞的信号,但在延迟期,脾内其他组织信号已降低,而肝细胞信号仍处于增强状态。固肝细胞移植Gd-BOPTA注射后示踪是采用延迟期信号。如周霖等应用分离后的成熟人肝细胞行脾动脉超选择灌注移植,于移植后80d注射Gd-BOPTA后行MR检查,提示延迟期脾脏内存在肝细胞信号。综上所述,SPIO与Gd-BOPTA标记肝/干细胞各具优点:SPIO标记稳定、标记时间长;Gd-BOPTA标记强化程度高、具有肝脏组织特异性、较宽的成像时间窗以及安全性极高。但这些标记仍有