Serial MR Imaging of Magnetically Labeled Humen Umbilical Vein Endothelial Cells in Acute Renal Failure Rat Model

Purpose : To evaluate the usefulness of in vivo magnetic resonance (MR) imaging for tracking intravenously injected superparamagnetic iron oxide (SPIO)-labeled human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) in an acute renal failure (ARF) rat model. Materials and Methods: HUVECs were labeled with SPIO and poly-L-lysine (PLL) complex. Relaxation rates at 1.5-T MR, cell viability, and labeling stability were assessed. HUVECs were injected into the tail vein of ARF rats (labeled cells in 10 rats, unlabeled cells in 2 rats). Follow-up serial $T2^*$-weighted gradient-echo MR imaging was performed at 1, 3, 5 and 7 days after injection, and the MR findings were compared with histologic findings. Results: There was an average of $98.4{\pm}2.4%$ Prussian blue stain-positive cells after labeling with SPIOPLL complex. Relaxation rates ($R2^*$) of all cultured HUVECs at day 3 and 5 were not markedly decreased compared with that at day 1. The stability of SPIO in HUVECs was maintained during the proliferation of HUVECs in culture media. In the presence of left unilateral renal artery ischemia, $T2^*$-weighted MR imaging performed 1 day after the intravenous injection of labeled HUVECs revealed a significant signal intensity (SI) loss exclusively in the left renal outer medulla regions, but not in the right kidney. The MR imaging findings at days 3, 5 and 7 after intravenous injection of HUVECs showed a SI loss in the outer medulla regions of the ischemically injured kidney, but the SI progressively recovered with time and the right kidney did not have a significant change in SI in the same period. Upon histologic analysis, the SI loss on MR images was correspondent to the presence of Prussian blue stained cells, primarily in the renal outer medulla. Conclusion: MR imaging appears to be useful for in vivo monitoring of intravenously injected SPIO-labeled HUVECs in an ischemically injured rat kidney.

급성 신부전 쥐 모델에서 자기 표지된 인간 제대정맥 내피세포의 연속 자기공명영상

목적: 급성 신부전 쥐 모델에서 상자성 철 산화물 (superparamagnetic iron oxide(SPIO)로 표지한 인간탯줄혈관내피 세포를 자기공명영상으로 추적할 수 있는지 그 유용성을 평가하고자 하였다. 대상과 방법: 인간탯줄혈관내피 세포를 SPIO와 poly-L-lysine (PLL) 혼합물로 표지 하였다. SPIO 농도에 따라서 이완율, 세포 생존율, 표지 안정성을 SPIO 농도의 변화에 따라 평가하였다. 인간탯줄혈관내피 세포를 급성 신부전 쥐 모델에서 꼬리정맥을 통하여 주사하였다. MR을 이용한 추적 검사는 $T2^*$ 경사에코 MR 영상을 이용하였다. 1, 3, 5, 7일째 추적한 MR 영상 소견을 조직 소견과 서로 견주어 보았다. 결과: SPIO-PLL 혼합물을 표지 한 후 Prussian blue 염색에서 평균 $98.4{\pm}2.4%$ 세포가 양성반응을 보였다. 3일과 5일 후 측정한 이완율은 1일에 비해 큰 차이가 없었다. 인간탯줄혈관내피 세포를 SPIO로 표지 한 후 안정성이 유지됨을 알 수 있었다. 추적 MR 영상에서 급성신부전을 유도한 왼쪽 신장 외곽 신 수질에서 신호강도 소실을 보였으나 오른쪽은 정상이었다. 3, 5, 7일 후 촬영한 영상에서 왼쪽 신 수질에서 보인 신호강도 소실이 점차 사라졌으나 오른쪽 신장에서는 여전히 특별한 변화를 보이지 않았다. 조직학 검사에서도 MR 영상의 신호강도 소실이 Prussian blue 염색을 보인 부분과 일치하였다. 면역화학적 분석에서 신 수질에서 보인 세포들이 인간탯줄혈관내피 세포임을 확인하였다. 결론: MR 영상은 급성 신부전 치료의 한 방법인 세포 치료의 경우 세포 추적 검사에 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다.