In Vitro Characterization of Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents for Molecular Imaging

Abstract

The aim of this work was to evaluate the biological properties of one citrate- coated and two different dextran-coated paramagnetic particles with comparable size (iron core 4-10 nm). Endothelial cells from humans and mice as well as human macrophages were incubated for different time intervals with different particle suspensions. The cellular uptake was semi-quantitatively measured using Prussian blue staining and, in addition, by cellular iron content. Furthermore, the effect of known inhibitors of endocytosis was evaluated. In addition, it was evaluated whether linking of monoclonal antibodies to dextran-coated particles can make them bind specifically to certain cell surface structures. In conclusion, it was shown that the bEnd.3 cell line, human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) and THP-1/macrophage cell lines internalize paramagnetic particles. The ranking of cellular uptake was: VSOP > CMD-coated particles >> CLIO. The different surface coating can influence not only the quantity of the internalization, but also the pathway of internalization. The binding of antibody-conjugated CLIO to the antigen- expressing cells was specific, with an affinity similar to that of the free antibody. Thus, it seems feasible to use antibody linked SPIOs for molecular imaging.

Aktuell werden zur Darstellung von Gefäßstenosen invasive Methoden wie die Herzkatheteruntersuchung verwendet. Allerdings kann mit diesen invasive Methoden nur das Lumen der Gefäße dargestellt werden und keine Aussage über die Beschaffenheit der Gefäßwand gemacht werden. Neuere Ansätze versuchen daher durch nicht-invasive Methoden wie die MRT-Untersuchung durch molekulare Bildgebung Aussagen über den Funktionszustand von Zellen zu machen. Die dazu notwendigen spezifischen Kontrastmittel können z.B. durch Kopplung von Antikörpern an das Kontrastmittel erzeugt werden. Ziel der Arbeit ist die biologische Charakterisierung verschiedener superparamagnetischer Eisenoxid- Partikel (SPIO) zur Entwicklung von MRT-kompatiblen Kontrastmitteln, die zur Darstellung atherosklerotischer Gefäßläsionen verwendet werden sollen. Wir haben drei verschiedene magnetische Eisenoxid-Nanopartikel mit unterschiedlicher Ummantelung in ähnlicher Größe auf ihre Aufnahme durch drei verschiede Zellarten untersucht. Die Aufnahme wurde erstens histochemisch mit der Berliner Blau Faurbung bestimmt und zweitens wurde der zelluläre Eisengehalt photometrisch nach Bildung eines farbigen Komplexes mit O-Phenathrolin gemessen. Nach dem wir die unspezifische Aufnahme der Partikel charakterisiert hatten und zeigen konnten, dass Dextran beschichteten Partikel nur in geringen Maße von Endothelzellen aufgenommen werden, wollten wir weiter untersuchen, ob man eine spezifische Bindung der Partikel an OberflächenEpitope von Zellen nachweisen kann. Es kann geschlossen werden, dass (1) die unspezifische zelluläre Aufnahme ist höher bei Citrat- beschichteten als bei Dextran-beschichteten Partikeln, dieser Unterschied ist wahrscheinlich auf die unterschiedliche Beschichtung der Partikel zurückzuführen, (2) die Oberflächebeschaffenheit der Partikel beeinflusst nicht nur die Menge der internalisierten Partikel sondern auch die Aufnahmemechanismen, (3) die Bindung von Antikörper-gekoppelten CLIO-Partikeln an das entsprechende zelluläre Antigen ist spezifisch und zeigte eine vergleichbare Affinität wie der freie Antikörper. Aufgrund dieser Ergebnisse erscheint eine Verwendung von Antikörper-gekoppelten paramagnetischen Partikeln für die Darstellung von atherosklerotischen Plaques mittels MRT möglich.