苏州纳米所张智军研究员等JCR：智能型金-铜基复合纳米粒子作为特发性肺纤维化治疗中干细胞ROS清除剂和CT示踪剂的研究
2023-04-07
特发性肺纤维化（IPF）是一种以肺结构破坏和功能损伤为特征的间质性肺疾病，患者确诊后中位生存期仅2-4年，5年生存率不足20%，因此被称为“不是癌症的癌症”。近些年研究表明，体内移植的间充质干细胞（MSCs）可以通过分化或旁分泌功能修复受损的肺泡上皮、缓解肺部免疫环境失衡，有望成为该疾病的“突破性疗法”。然而，纤维化肺部过度的炎症反应和氧化应激环境会导致移植干细胞死亡，从而严重降低了其治疗效果；同时干细胞治疗IPF的作用机制有待进一步研究，这些都阻碍了该治疗方案的临床转化。
针对这些问题，在前期相关工作基础上（ACS Nano 2023, doi.org/10.1021/acsnano.2c11112; Chem. Eng. J. 2023, 459, 141603; Biomaterials 2022, 288, 121731; Nanomed: NBM 2022, 41, 102517），近期中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张智军研究员等开发了一种由铜氧化物纳米粒子（CuxO NPs）和金纳米粒子（Au NPs）组装形成的活性氧（ROS）响应性复合纳米粒子（RSNPs）。由于RSNPs能够高灵敏地响应ROS环境，因此会对处于ROS损伤状态下的MSCs发生特异性识别，通过释放具有高效和广谱抗氧化物酶活性的CuxO NPs来增强MSCs抵御氧化损伤的能力，从而有效提高移植干细胞存活率以及IPF的治疗效果。与此同时，由于Au较强的X射线衰减系数，RSNPs还可以作为CT成像示踪剂监测移植MSCs的分布和迁移等行为，有利于深入阐明MSCs在IPF治疗中的机制（图1）。
研究人员将RSNPs标记的MSCs原位移植到IPF模型鼠肺部，通过CT成像实现了对干细胞持续21天的可视化追踪，为阐明干细胞治疗IPF的机制研究提供了重要的依据（图2a）。同时，RSNPs作为智能化的ROS清除剂，显著提高了MSCs在IPF肺部微环境中的存活率（图2b），从而改善了MSCs对IPF的治疗效果（图3）。
上述研究结果以ROS-activatable nanocomposites for CT imaging tracking and antioxidative protection of mesenchymal stem cells in idiopathic pulmonary fibrosis therapy为题，近期在国际学术期刊Journal of Controlled Release在线发表，苏州纳米所与上海大学联合培养硕士生吕引娟为论文第一作者，张智军研究员、黄洁副研究员和虞成功博士后为共同通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金（32171367）、中科院国际合作项目（121E32KYSB20200021）和江苏省卓越博士后项目（2022ZB862）的支持。
论文信息：Yinjuan Lv, Chenggong Yu*, Xiaodi Li, Hongying Bao, Shaoshuai Song, Xiaoling Cao, Haixia Lin, Jie Huang*, and Zhijun Zhang* ROS-activatable nanocomposites for CT imaging tracking and antioxidative protection of mesenchymal stem cells in idiopathic pulmonary fibrosis therapy, Journal of Controlled Release, 2023, 357, 249-263.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2023.03.057
图1. （a） RSNPs的制备和ROS响应过程示意图；（b）RSNPs在健康细胞中作为CT成像示踪剂对MSCs进行稳定标记；在ROS损伤状态下的MSCs中启动崩解机制、发挥活性氧清除功能。
图2. （a）RSNPs标记的MSCs在IPF治疗中21天CT成像示踪图，（b）生物发光成像图及（c）信号定量统计。
图3. （a）治疗后IPF模型鼠肺组织CT成像图片（蓝色：正常通气区；黄色：不良通气区；红色：完全不通气区）及（b）肺组织切片的H&E和Masson染色图片。
