Bildgebende Darstellung des Zellverhaltens nach Zelltherapie
Das wachsende Interesse an der Zelltherapie beruht auf der Erkenntnis, dass sich transplantierte Zellen für regenative Therapien, als aktiver Wirkstoff oder auch Wirkstofftransporter eignen. Unabhängig vom Einsatzbereich müssen diese Zellen jedoch auf effizientem Wege ihr Zielorgan erreichen, und nur eine genaue Überwachung kann Aufschluss über den Erfolg einer Zelltherapie geben. In der biologischen Forschung und Diagnostik ist die Magnetresonanztomographie (MRT) ein gängiges Verfahren – das Verhalten einzelner Zellen lässt sich so aber kaum darstellen. In diesem Sinne befasste sich das EU-finanzierte Projekt ENCITE (European network for cell imaging and tracking expertise) mit der Erweiterung existierender und der Entwicklung neuer Magnetresonanz- (MR) und optischer Bildgebungsverfahren, um einzelne Zellen zu beobachten. Diese Verfahren sollten in der klinischen Praxis etabliert und für die Behandlung von Schlaganfällen, neurologischen, kardiovaskulären und Skelettmuskelerkrankungen sowie Diabetes und Krebs optimiert werden. Weitere Projektvorhaben waren die Herstellung neuer Reportergene für die MRT und die Entwicklung nicht-invasiver Bildgebungsmethoden für Prozesse wie Zellmigration, Differenzierung, Proliferation und Apoptose. Der Schwerpunkt der Partner lag auf neuen Reagenzien wie Eisenoxid-Nanopartikeln, paramagnetischen Metallkomplexen und Fluorverbindungen, die die Sensitivität und Spezifität bei der Markierung von Zellen verbessern. Ein für die Bildgebung entwickeltes neues Kontrastmittel (Gadolinium, Gd) verbesserte die Sensitivität verglichen mit kommerziellen Substanzen um das Siebenfache. Entwickelt wurden zudem neue Methoden für die Markierung von Zellen, u.a. die photochemische Internalisierung (PCI), die Zellmigration und funktionale Eigenschaften nur minimal beeinträchtigt. Formuliert wurden bahnbrechende nichtlineare optische Effekte bei der Multiphotonenmikroskopie, um Gewebestrukturen und –funktionen darzustellen. Das von Kollagenfasern und Aktomyosinbündeln (zweite harmonische Erzeugung) erzeugte Licht wurde mit Licht einer dritten harmonischen Erzeugung aus Adipozyten, Nervenbahnen, Erythrozyten und Kollagenbündleoberflächen kombiniert und dann mit Multiphotonenmiskroskopie detektiert. Zum ersten Nal wurde diese Technik erfolgreich von ENCITE-Forschern eingesetzt, um die Invasionsrouten von Krebszellen bei der Metastasenbildung darzustellen. Für die präklinische Prüfung der Bildgebungsverfahren wurden Methoden zur Überwachung der Migration, Integration, des funktionellen Status und der Differenzierung der transplantierten Stammzellen entwickelt. Durch Markierung von Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse mit superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln konnten diese Zellen mittels MRT im Tiermodell dargestellt werden, was möglicherweise auch zur Überwachung von Typ-2-Diabetes geeignet ist. Mit den von ENCITE entwickelten Werkzeugen können der Erfolg von Zelltherapien sowie Organfunktionen überwacht werden, aber auch Immunreaktionen nach einer Krebsimmuntherapie.
