Dokument: Visualisierung spezifischer Zelltypen mittels nicht-invasiver 19F-MR-Bildgebung

Titel:	Visualisierung spezifischer Zelltypen mittels nicht-invasiver 19F-MR-Bildgebung
Weiterer Titel:	Visualization of specific cell types by non-invasive 19F-MR-imaging
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=48232
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190109-132134-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Bouvain, Pascal [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 32,45 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.01.2019 / geändert 09.01.2019
Beitragende:	Prof. Dr. Ulrich Flögel [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Ulrich Rüther [Gutachter]
Stichwörter:	19F-MRT, Granulozyten, Zelltargeting
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Innerhalb dieser Arbeit sollte ein aktives Targeting von Perfluorkarbon-Nanoemulsionen (PFCs) zur Visualisierung spezifischer Zelltypen mittels nicht-invasiver 19F-MRT etabliert werden. Die 19F-MRT hat den Vorteil, das Fluor normalerweise nicht im Organismus vorkommt und somit als komplett hintergrundfreies Kontrastmittel dienen kann. Bisher finden PFCs für die passive Detektion von entzündlichen Prozessen Verwendung. Dazu werden PFCs intravenös in den Organismus injiziert, wo sie daraufhin von phagozytotisch aktiven Zellen, insbesondere den Blutmonozyten, aufgenommen werden. Im Falle einer Entzündung migrieren diese Zellen in den entzündeten Bereich und können so mittels 19F-MRT visualisiert werden. Da hier keine spezifische Immunzellfraktion, sondern alle zur Phagozytose befähigten Zellen mit den PFCs beladen werden, handelt es sich um ein rein passives Targeting. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die Eigenschaften der PFCs für ein aktives Targeting optimiert. Hierzu wurden zum einen der Einfluss einer PEGylierung als auch der Größe von PFCs auf deren zelluläre Internalisierung untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich für ein aktives Targeting insbesondere große PFCs > 250 nm mit einem hohen PEG-Anteil eignen. Darauf aufbauend wurde im zweiten Teil dieser Arbeit die Basis für das aktive Targeting von individuellen Zellpopulationen mittels Liganden-gekoppelter PFCs gelegt. Zum einen wurde ein Targeting von humanen neutrophilen Granulozyten über ein spezifisches Peptid (NG2) etabliert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass dieses Peptid an eine Subpopulation (ca. 50%) von humanen neutrophilen Granulozyten bindet, die CD177 exprimiert und dieses im Zuge eines Myokardinfarktes hochreguliert. Durch Kopplung des NG2 an PFCs (NG2PFCs) war es schließlich möglich, diese Subpopulation von Granulozyten eindeutig mittels 19F-MRT zu visualisieren. Zum anderen wurde ein artifizielles Rezeptorsystem (CIR, Cargo-Internalisierungs-Rezeptor) etabliert, welches über einen GFP-Nanobody hochspezifisch GFP bindet. Durch Kopplung von GFP an PFCs (GFPPFCs) lassen sich dadurch CIR+-Zellen unverwechselbar mittels 19F-MRT nachweisen, da nach Bindung des GFP an den Rezeptor, dieser samt GFPPFCs internalisiert wird und somit das Fluor in der Zelle akkumuliert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass selbst in einer Ko-Kultur aus CIR+-Zellen und Immunzellen, erstere eine vielfach höhere Affinität für die GFPPFCs aufweisen. Des Weiteren konnte final die in vivo Tauglichkeit dieses Ansatzes innerhalb eines milden Inflammationsmodells demonstriert werden. The present work aimed at establishing an active targeting of perfluorocarbon nanoemulsions (PFCs) for visualization of specific cell types by non-invasive 19F MRI (magnetic resonance imaging). 19F MRI has a sensitivity close to 1H MRI, but offers the benefit that fluorine is nearly absent from biological tissue and thus, fluorine-containing compounds can serve as MRI contrast agents completely free of endogenous background signals. So far, PFCs have been exploited for detection of inflammatory processes taking advantage of the avid uptake of intravenously injected PFCs by phagocytic immune cells, in particular monocytes and macrophages. These PFC-loaded cells migrate into the inflamed area and, subsequently, can readily be detected by 19F MRI. Importantly, the fluorine-based contrast agent does not interfere with anatomical 1H images and merging of 1H and 19F data enables the precise localization of the inflammatory hot spot. Although monocytes and macrophages are the cell types which are predominantly loaded with PFCs, under certain circumstances other phagocytic cells can be labelled with PFCs. The first part of this work focused on optimizing the physicochemical properties of PFCs for an active targeting. To this end, it was systematically investigated how PEGylation and size of PFCs impact on their cellular internalization and it was found that large PFCs (> 250 nm) with a high amount of PEGylation should be particularly suited for the specific targeting of individual cells. In the second part, individual cell populations were targeted using ligand-coupled PFCs. On the one hand, a specific peptide (NG2) was utilized for directing PFCs to a subpopulation of human neutrophil granulocytes (approximately 50% of the entire population). The receptor for NG2 was identified by mass spectroscopy to be CD177. By coupling of NG2 to PFCs (NG2PFCs), it was possible to specifically label and visualize this neutrophil subpopulation by 19F MRI. Interestingly, it was also found that binding of NG2 and labelling with NG2PFCs is strongly enhanced in neutrophils isolated from patients after myocardial infarction. On the other hand, a cargo internalization receptor system (CIR) was established which is based on synthetic cell surface receptors composed of a GFP nanobody, parts of the IL6 receptor, and three different transmembrane/cytoplasmic domains that determine the endocytic properties of the respective CIR. All CIRs displayed a highly specific GFP binding and coupling GFP to PFCs (GFPPFCs) enabled the detection of CIR+ cells by 19F MRI. The CIR/GFPPFC complexes are rapidly internalized from the cell surface into the endosomal system which ensures trapping of the contrast cargo within the cell type of interest. Moreover, CIR+ cells were able to outcompete even phagocytic immune cells for GFPPFC binding, indicating that this system is suitable for the in vivo tracking of specific CIR+ cell types.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Bezug:	02.2015 - 12.2018
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	09.01.2019
Dateien geändert am:	09.01.2019
Promotionsantrag am:	21.09.2018
Datum der Promotion:	20.12.2018