肺纤维化治疗过程中移植干细胞的近红外长余辉发光/生物发光双模态成像示踪研究取得进展

2020-4-29

       肺纤维化是一种不可逆的慢性疾病，伴随有不断加重的呼吸困难和严重的肺功能损伤。由于干细胞具有多向分化和免疫调节等特性，因此在致死性炎症肺功能障碍的治疗中发挥着重要作用。但是由于对移植干细胞的迁移、分布和存活等状况无法实现实时追踪，影响了干细胞疗法的进一步发展。我们团队前期研制了一系列金基CT纳米示踪剂，利用CT成像技术对移植干细胞进行实时示踪 （ACS Appl. Bio. Mater. 2020, 3, 2489−2498; J. Mater. Chem. B, 2020, 8, 1713-1727; Small, 2019, 15, 1904314；Nanoscale, 2019, 11, 20932-20941）。但由于CT成像技术的检测灵敏度较低，标记干细胞只有通过肺部原位注射的方式才能达到CT成像所需的有效浓度，利用这种注射方式很难观察到移植干细胞的归巢和动态迁移情况。因此，发展一种具有较高灵敏度的成像技术，能对尾静脉注射的移植干细胞进行示踪，将会获得移植干细胞的归巢和迁移等更为丰富的信息。

       据此，最近我们与华南理工大学王海水教授合作，设计、制备了近红外长余辉纳米材料（Zn1.1Ga1.8Ge0.1O4:Cr3+,Eu3+，LPLNP），然后在其表面修饰一层聚赖氨酸，获得LPLNP@PLL纳米示踪剂。我们研制的长余辉材料具有较高的检测灵敏度和信噪比。实验发现，LPLNP@PLL能有效地被干细胞吞噬，但又不会影响干细胞的活力及增殖分化潜能。我们将LPLNP@PLL示踪剂与能识别干细胞死活的荧光素酶报告基因结合，共同标记移植干细胞，并通过尾静脉注射的方式将标记干细胞移植入肺纤维化模型鼠体内，实现了对移植干细胞的位置、迁移、分布以及存活状态长达30天的示踪。该研究有助于我们理解移植干细胞在肺纤维化治疗过程中的作用，进而推进干细胞疗法和再生医学向临床转化。

       上述成果近期在英国化学会学术刊物Biomaterials Science在线发表。课题组硕士生夏育阳为第一作者，课题组张智军研究员，黄洁副研究员以及华南理工大学王海水教授为共同通讯作者。相关工作是在国家重点研发计划“干细胞转化专项”以及国家自然科学基金等项目支持下完成的。

Yuyang Xia, Hongying Bao, Jie Huang,* Xiaodi Li, Chenggong Yu, Zhijun Zhang* and Haishui Wang*, Near-Infrared-Persistent Luminescence/Bioluminescence Imaging Tracking of Transplanted Mesenchymal Stem Cells in Pulmonary Fibrosis, Biomaterials Science, published online, April 15, 2020. DOI: 10.1039/d0bm00063a.

图1.移植干细胞的近红外长余辉发光/生物发光双模态成像示踪示意图。