温度响应性金纳米粒子用于肺纤维化治疗中移植干细胞的示踪研究取得进展

2021-03-23

       近年来我们课题组一直致力于移植干细胞在肺纤维化疾病治疗过程中的作用机理的研究。我们前期研制了一系列金基CT示踪剂，利用CT成像技术深入考察了移植干细胞在体内的分布、位置，迁移等，并实现了长时程活体示踪 (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)。以上工作主要是通过示踪剂的结构设计，改善生物相容性或提高示踪剂对干细胞的标记量，实现增强的CT成像示踪。但是，细胞的增殖以及对示踪剂的胞吐作用会减少细胞内示踪剂浓度，缩短体内成像时间，同时所产生的游离示踪剂也会对CT信号产生严重干扰。

        据此，我们设计、制备了温度敏感性聚合物TSP(37)，利用其与PEG分子对金纳米粒子(AuNPs)进行表面功能化修饰，获得一种新型温度响应性金纳米粒子示踪剂TRAuNPs (图1)。 首先，我们通过体外实验考察了该温敏型金基示踪剂的干细胞标记示踪性能。TRAuNPs在细胞标记温度39 °C下，显示出小尺寸和疏水的特性，有利于细胞膜黏附、穿透，因而能增强对细胞的标记和CT成像。而TRAuNPs进入细胞内部之后，恢复到正常的生理温度(37 °C)，其发生相变，呈现亲水性增强、且体积变大，有效减缓细胞的胞吐过程，达到延长示踪时间、减少胞外游离示踪剂的效果。在此基础上，我们将TRAuNPs标记的人间充质干细胞移植到肺纤维化小鼠模型的肺部，利用高分辨率的CT信号和小动物荧光成像，实现了对移植干细胞的定位、分布和迁移过程长达10天的示踪，并且验证了期间干细胞在体内依然保持存活状态，有利于干细胞对肺损伤的修复治疗。

       上述成果近期在线发表在国际学术期刊Journal of Materials Chemistry B上。课题组博士生虞成功为第一作者，课题组张智军研究员，黄洁副研究员为共同通讯作者。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。

C. Yu, H. Bao, Z. Chen, X. Li, X. Liu, W. Wang, J. Huang* and Z. Zhang*. Enhanced and Long-Term CT Imaging Tracking of Transplanted Stem Cells Labeled with Temperature-Responsive Gold Nanoparticles J. Mater. Chem. B, 2021, DOI: 10.1039/D0TB02997A.

                           图 1. TRAuNPs纳米示踪剂的制备及其用于肺纤维化治疗过程中移植间充质干细胞的标记与示踪示意图。