
干細(xì)胞具有遷移和歸巢到損傷部位、分泌細(xì)胞因子以及分化為靶細(xì)胞的潛能,因此在再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,移植干細(xì)胞在體內(nèi)的分布、遷移、存活以及分化等生物學(xué)行為尚不清楚,嚴(yán)重影響了干細(xì)胞療法的臨床應(yīng)用。因此,研發(fā)能夠準(zhǔn)確、無創(chuàng)、動態(tài)監(jiān)測體內(nèi)移植干細(xì)胞行為狀態(tài)的可視化影像技術(shù),對于推動干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用至關(guān)重要。
針對上述挑戰(zhàn)與需求,中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張智軍研究團(tuán)隊(duì)近年來設(shè)計(jì)構(gòu)建了一系列新型金納米粒子CT示蹤劑,結(jié)合生物發(fā)光等示蹤技術(shù),實(shí)現(xiàn)了干細(xì)胞的長時程、高靈敏度、穩(wěn)定的活體示蹤,并初步考察了肺纖維化等疾病治療過程中移植干細(xì)胞的作用機(jī)制,取得了一些重要進(jìn)展(Nanomed.: Nanotechnol. Biol. Med. 2018, 14, 2475-2483; Nanoscale, 2019, 11, 20932-20941; Small, 2019, 15, 1904314; ACS Appl. Bio Mater. 2020,3, 2489-2498; J. Mater. Chem. B, 2020, 8, 1713-1727; Biomater. Sci. 2020, 8, 3095-3105; J. Mater. Chem. B, 2021, 9, 2854-2865; Small, 2021, 2101861)。最近該團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)邀為VIEW撰寫了題為“In vivo CT imaging tracking of stem cells labeled with Au nanoparticles”的綜述文章(DOI: 10.1002/VIW. 20200119),作者基于自己的相關(guān)工作積累,結(jié)合最新文獻(xiàn)分析,系統(tǒng)總結(jié)了近年來基于金納米粒子的CT成像技術(shù)在干細(xì)胞示蹤中的最新應(yīng)用進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了多功能金納米粒子基CT示蹤劑的理性設(shè)計(jì)及其用于干細(xì)胞多模態(tài)示蹤策略,探討了如何提高金基納米示蹤劑的CT成像性能,闡明治療過程中干細(xì)胞的作用機(jī)制。此文最后討論了金基納米材料干細(xì)胞CT示蹤技術(shù)研究的挑戰(zhàn),并展望了其未來發(fā)展方向。
本文共同第一作者為課題組黃潔副研究員和博士生鮑紅英,通訊作者為張智軍研究員。相關(guān)工作是在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“干細(xì)胞與轉(zhuǎn)化研究”專項(xiàng)(2017YFA0104301)以及國家自然科學(xué)基金(81801769)等項(xiàng)目支持下完成的。
計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography, CT)成像技術(shù)具有時空分辨率高、組織穿透度深、成本低、掃描時間短等優(yōu)點(diǎn),是最常見的臨床診斷手段之一。CT也被廣泛用于腫瘤、組織損傷等疾病治療過程中的干細(xì)胞示蹤研究。但是,與磁共振成像和光學(xué)影像技術(shù)相比,CT示蹤技術(shù)存在檢測靈敏度低、圖像對比度差等缺點(diǎn)。為了克服這些局限性,研究人員通常采用具有高X射線衰減性能的鎢、碘、金基示蹤劑來標(biāo)記移植干細(xì)胞,以增強(qiáng)其CT顯影效果,提高干細(xì)胞在體內(nèi)的可視化效果。其中金納米粒子因具有良好的生物相容性、穩(wěn)定的理化性質(zhì)、易于化學(xué)合成和功能化等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種理想的干細(xì)胞CT示蹤劑。更重要的是,與其他示蹤劑相比,在相同濃度下金納米粒子表現(xiàn)出更高的X射線衰減能力。此外,基于金納米粒子的CT成像技術(shù)還可以與磁共振成像 (MRI)、熒光成像(FL)、生物發(fā)光(BL)、和光聲成像(PA)等其他成像方式相結(jié)合,以克服單一成像技術(shù)的不足,為移植干細(xì)胞提供更豐富更精準(zhǔn)的信息。
綜上,基于金納米粒子的干細(xì)胞CT示蹤劑研發(fā)取得了顯著進(jìn)展。研究表明,通過金納米示蹤劑標(biāo)記的移植干細(xì)胞的長時程、精準(zhǔn)CT活體示蹤,并結(jié)合其他生物影像手段,有利于全面、深刻理解疾病治療過程中干細(xì)胞的作用機(jī)制,指導(dǎo)干細(xì)胞的有效、安全治療,加快干細(xì)胞療法在臨床的廣泛應(yīng)用,為眾多患者帶來新的希望。
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https://doi.org/10.1002/VIW.20200119
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