细胞疗法已彻底改变了某些血液癌症的治疗方法，并在自身免疫性疾病和神经系统疾病方面展现出巨大潜力，但它们面临一个根本性问题：一旦将治疗性细胞注射到患者体内，临床医生几乎无法知晓这些细胞的去向。包括磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT)在内的传统成像技术无法可靠地可视化这些治疗中涉及的少量细胞，导致研究人员无法了解疗法是否到达目标部位、有多少细胞到达，以及为何有些患者有反应而其他患者没有。
约翰霍普金斯医学院研究人员在《科学进展》杂志上发表的一项研究描述了解决这一问题的潜在途径。研究团队使用磁粒子成像(MPI)——一种新型成像技术，能够高灵敏度地检测磁性标记的细胞且无组织背景信号——在活体小鼠体内追踪两种类型的治疗性细胞，比较了注射途径、细胞大小、剂量和疾病状态如何影响细胞在体内的分布。结果表明，MPI最终可能提供细胞疗法开发至今缺乏的实时、定量细胞追踪能力。
在新闻稿中，资深作者、约翰霍普金斯细胞工程研究所放射学和放射科学教授兼细胞成像主任杰夫·布尔特(Jeff Bulte)表示，这项工作指向使用MPI来确定针对个体患者的更精确细胞疗法剂量。
成像技术揭示的关键发现
研究团队使用超顺磁性氧化铁(SPIO)纳米粒子标记了两种不同大小的细胞类型——约25微米的间充质干细胞(MSCs)和约10微米的源自诱导多能干细胞的神经前体细胞(NPCs)，然后将它们注射到正常小鼠和实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)小鼠体内。EAE是一种广泛认可的多发性硬化症(MS)临床前模型。
MPI生成的信号与存在的标记细胞数量成正比，且不受周围组织的衰减——这与MRI不同，后者产生容易受到伪影和干扰的低信号。这种定量、全身读数使研究团队能够同时评估多个器官的细胞分布，无需电离辐射或牺牲动物。
最显著的发现与给药途径有关。与静脉注射相比，动脉内注射使更多细胞到达目标器官——大脑和脾脏。在EAE小鼠中，治疗性细胞在脾脏中积聚，而脾脏是MS病理学中涉及的器官。在新闻稿中，主要作者、约翰霍普金斯放射学和放射科学助理教授阿里·沙克里-扎德(Ali Shakeri-Zadeh)指出，脾脏被认为是MS中有害免疫T细胞的来源，治疗性细胞在那里的积聚表明它们可以在该部位直接参与疾病活动。
成像还揭示了肺部和肝脏中的非靶向积聚——这对生物分布安全性评估具有重要意义。在正常小鼠中，细胞到达肺部、肝脏和大脑，但在脾脏中无法检测到，这凸显了疾病状态如何以健康动物数据无法单独预测的方式影响器官分布。
这对细胞疗法开发的意义
目前，细胞疗法的剂量决策是在对实际到达目标部位的细胞数量了解有限的情况下做出的，这将递送的可变性与反应的可变性混为一谈。能够区分这两者的定量成像读数将使开发者能够优化注射途径、精确定位剂量范围，并识别导致细胞疗法结果难以预测或复制的可变性来源。
先前的研究已经证实MPI在脑肿瘤模型中追踪过继转移T细胞的效用，表明磁性标记不会损害细胞功能，并且MPI可以在静脉或脑室内给药后检测标记细胞。约翰霍普金斯的研究将这一先例扩展到更广泛的细胞类型、给药途径和疾病背景。
近期文献中已经开发并验证了能够进行脑部成像的人体规模MPI系统。随着该技术向临床应用迈进，此处生成的临床前数据集对于解释人类MPI图像中治疗性细胞分布的实际意义至关重要——以及在给药点进行实时成像是否能将细胞疗法剂量推向精准医学所需的个体化模式。
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