Neue MRT-Methode verfolgt transplantierte Herzstammzellen über Monate hinweg

Forscher am Institute of Biomedical Engineering der University of Toronto haben eine neue Möglichkeit zur Überwachung transplantierter, aus Stammzellen gewonnener Herzzellen mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) demonstriert. Die Methode ermöglicht es Forschern, zu visualisieren, wo transplantierte Zellen im Laufe der Zeit überleben, was Wissenschaftlern dabei helfen könnte, neue Stammzelltherapien für Herzschäden, wie sie beispielsweise durch Herzinfarkte verursacht werden, zu bewerten und zu verbessern.

Professor Hai-Ling Margaret Cheng und ihr Team haben gezeigt, dass eine Bildgebungsplattform namens „Bright Ferritin MRI“ verwendet werden kann, um transplantierte menschliche, aus pluripotenten Stammzellen gewonnene Kardiomyozyten im Herzen von Ratten bis zu acht Wochen lang zu verfolgen. Die Ergebnisse wurden in einer aktuellen Ausgabe von veröffentlicht Magnetische Resonanz in der Medizin.

Aus menschlichen pluripotenten Stammzellen gewonnene Kardiomyozyten können neuen Herzmuskel bilden und sich in bestehendes Gewebe integrieren. Allerdings überleben viele transplantierte Zellen in klinischen Studien nicht und Forschern fehlen derzeit zuverlässige Instrumente, um transplantierte Zellen über lange Zeiträume im Körper zu überwachen. Bestehende bildgebende Verfahren funktionieren entweder nur bei kleinen Tieren oder basieren auf Markierungen, die verblassen oder irreführende Signale erzeugen, wenn sich Zellen teilen oder mit dem Immunsystem interagieren.

„Die Verfolgung therapeutischer Zellen im lebenden Körper ist seit Jahrzehnten ein wissenschaftliches Unterfangen“, sagt Cheng.

„Die Lücke auf diesem Gebiet bestand jedoch darin, dass es nicht gelungen ist, überlebende Zellen ohne Signalverlust über einige Tage oder Wochen hinweg und mit ausreichendem Signal zu visualisieren. Unser Ziel ist es, diese kritischen Lücken zu schließen. Wir wollen therapeutische Zellen visualisieren und räumlich kartieren, solange sie leben, wo auch immer sie sich im Körper befinden.“

Um den Ansatz zu testen, haben Hauptautor Keyu Zhuang und Kollegen Stammzellen so manipuliert, dass sie Ferritin überexprimieren, ein Protein, das Eisen in Zellen speichert. Diese veränderten Stammzellen wurden dann in Kardiomyozyten differenziert und in Laborexperimenten untersucht, um zu bestätigen, dass sie eine normale Zellstruktur, kontraktile Proteine ​​und elektrische Eigenschaften beibehielten.

Anschließend transplantierten die Forscher die manipulierten Kardiomyozyten in den linken Herzmuskel von immundefizienten Ratten, darunter auch Tiere mit Herzverletzungen. Mithilfe von MRT-Scannern verfolgte das Team die Zellen über einen Zeitraum von acht Wochen.

Durch die Verabreichung von Manganchlorid konnten die Forscher ein helles MRT-Signal von den Ferritin-exprimierenden Zellen auslösen und so den Standort überlebender transplantierter Zellen dreidimensional kartieren. Die MRT-Befunde wurden nach den Experimenten mittels Gewebeanalyse bestätigt. Zusätzliche Echokardiographietests zeigten, dass die Manganbehandlung die allgemeine Herzfunktion nicht beeinträchtigte.

Der nächste Schritt besteht darin, die aus der Bright-Ferritin-Zell-Tracking-Technologie gewonnenen Informationen zu nutzen, um die Stammzellenforschung direkt zu optimieren.

Da wir nun zuverlässig bestimmen können, wann und wo Stammzellen überleben, sind Stammzellforscher besser in der Lage, Strategien zur Steigerung des Zellüberlebens zu entwickeln.“

Professor Hai-Ling Margaret Cheng

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