基于超小氧化石墨烯-钆络合物的T₁ MRI造影剂用于间充质干细胞的体内外标记

2017-4-5

    间充质干细胞因来源广泛、获取容易等优点，成为再生医学和细胞疗法使用的主要种子细胞。在疾病治疗中，为评价细胞治疗效果，采用灵敏、无损的成像方式，对干细胞体内移植后的分布、迁移、归巢、增殖与分化等行为进行示踪十分必要。磁共振成像（MRI）具有空间分辨率高，无创、无电离辐射、可在任意方位断层扫描等优点，为干细胞的活体移植提供了安全、实时的监测手段。

   在前期的研究中，本课题组曾设计、制备了基于氧化石墨烯（GO）的纳米诊疗剂GO-DTPA-Gd，其中GO尺寸为100-300 nm，r₁弛豫率为10.8 mM^-1S^-1（ACS Appl. Mater. & Interfaces, 2013, 5, 13325-32.）。在此基础上，我们进一步设计、制备了基于超小尺寸GO的GO-DOTA-Gd纳米示踪剂（图1）。与前期制备的GO-DTPA-Gd造影剂相比，本工作采用了尺寸为20-50 nm的超小GO，其生物安全性较大尺寸GO更高，且环状分子DOTA对Gd的络合性能也优于线状分子DTPA，更适合对安全性要求更高的干细胞示踪。本研究发现，GO-DOTA-Gd造影剂具有良好的生物相容性，未表现出显著的细胞毒性。该新型干细胞造影剂的r₁弛豫率为14.2 mM^-1S^-1，是目前临床上常用的商业化造影剂马根维显的3倍，表现出良好的T₁增强加权成像效果和标记干细胞的效果（图2）。更重要的是，经GO-DOTA-Gd标记的干细胞依然维持其细胞干性以及多向分化潜能（图3）。在体内MRI成像实验中，通过GO-DOTA-Gd标记实现了对5×10⁵个的hMSCs的有效检测。该工作为干细胞治疗过程中体内移植干细胞的功能检测评估提供了一种新的手段。

该论文近期被国际纳米医学学术刊物Nanomedicine: NBM接受发表，本课题组博士生张萌欣、硕士生刘晓云为共同第一作者。

图1 基于超小氧化石墨烯的MRI造影剂应用于间充质干细胞体内外标记的示意图。

                     图2  经GO-DOTA-Gd标记的间充质干细胞的体外MRI成像图（A）和信号强度变化（B）。

图3 GO-DOTA-Gd的标记行为未对间充质干细胞的分化潜能产生显著影响。