In vivo stem cell tracking with magnetic resonance imaging using superparamagnetic iron oxide in rat genitalia

Abstract

[한글]

연구목적: 이 연구의 목적은 자기적으로 표지된 간엽줄기세포를 백서의 근치전립샘절재술모델에 주입하였을 때 생체내에서 자기공명영상 (MRI)을 이용하여 주입된 세포를 영상화하고 생식기의 섬유화 차이를 알아보기 위해서이다.연구대상 및 방법: 36마리 수컷 백서(SD rat)를 4주, 8주, 16주 군으로 나눈 후의 양측 해면 신경 (cavernos nerve)을 절단한 후 초자기적 산화철 입자인 Feridex로 표지된 인간간엽줄기세포를 18 마리 백서의 음경 해면체에 주입하였고 18마리 대조군에는 세포가 포함되지 않은 배지를 같은 방법으로 주입하였다. 1.5 테슬라 MRI기계와 47mm 의 미세코일을 이용하여 16주까지 백서가 살아있는 상태에서 영상을 얻었다. 자기공명영상 촬영 후에, 음경 조직을 적출하여 transforming growth factor (TGF)-β1 TGF-β1 발현을 polymerase chain reaction (PCR) 방법으로 조사하였다.연구결과: Feridex로 표지된 간엽줄기세포는 생체 내 MRI에서 주입 후 신호감소영역으로 관찰되었다. 신호감소영역은 시간이 경과함에 따라 크기가 작아짐을 보였다. PCR 검사 결과 간엽줄기세포 4주군에서 주입군에 비해 비교군의 TGF-β1 발현이 통계적으로 유의하게 높게 나타났다.결론: MRI는 근치전립샘절재술 백서 모델에서 음경에 주입된 세포를 생체 내에서 용이하게 추적할 수 있음을 보여주었으며, 이 방법은 이러한 발기부전 백서 음경에 주입된 간엽줄기세포의 운명을 조사하는데 유용한 방법으로 생각된다.

[영문]Purpose: The purpose of this study was to determine the feasibility of in vivo stem cell tracking using magnetic resonance (MR) imaging in the rat genitalia after radical prostatectomy and in the analysis of fibrosis of external genitalia.Methods and Materials: We studied 36 male 5 weeks-old Sprague-Dawley rats (SLC, Tokyo, Japan). They are divided into 4 weeks, 8 weeks, and 16 weeks group and each group included 12 rats. Also, 12 rats of each group were divided into control and stem cell group and each group included 6 rats. Human mesenchymal stem cells (MSC) were labeled with superparamagnetic iron oxide particle (Feridex, Berlex Laboratories, Wayne, NJ, USA). In the stem cell group (n=6), 1x106 cells were injected into the corpus cavernosum after transaction of bilateral cavernous nerves. In control group (n=6), 0.02cc of cell-free media was injected in the same manner. In vivo MRI was serially performed up to 16 weeks using 47mm microcoil and 1.5 T clinical scanner. After MR imaging, the penile specimens were collected and prepared for detecting the expression of transforming growth factor (TGF)-β1 by polymerase chain reaction (PCR).Results: Magnetic resonance imaging showed a drop in signal intensity at the site of injection in the stem cell injected group. On serial MR imaging up to 16 weeks, the size of low signal intensity area showed decreased. There was no change in signal intensity at the injection site in the control group. PCR analyses revealed a significantly higher expression of TGF-β1 in the penile tissues of the control group than that in stem cell group in 4 weeks group.Conclusion: Our results showed that in vivo stem cell tracking using MR imaging in a rat model of radical prostatectomy was feasible. This may be a viable method for evaluating the fate of stem cells after injection into the rat penis.