基于近红外硫化银量子点的间充质干细胞活体示踪研究

摘要

基于干细胞移植的细胞疗法是目前治疗人类组织损伤、器官缺损和病变等所引起的重大疑难疾病最具前景的方法。然而,目前对于移植干细胞在体内的命运与转归过程仍不清楚,难以界定干细胞的治疗过程和效果,这也成为干细胞疗法临床应用的主要障碍。因此,开发一种能够实时监测和精确定位移植干细胞在活体内的迁移、分布及其对组织损伤响应过程的无损影像技术对于了解移植干细胞参与组织损伤修复的机制具有至关重要作用。
　　本文利用近红外二区荧光在活体组织中低散射和低吸收的特性,以近红外硫化银量子点(Ag2S QDs)为荧光探针,建立一种无损、高时间和空间分辨的干细胞活体示踪技术。首先,通过在Ag2S QDs表面修饰穿膜肽(Tat),构建了一种高效Ag2S QDs标记干细胞策略。系统研究了Tat-Ag2S QDs标记对二维培养和三维培养人骨髓间充质干细胞(hMSCs)的增殖、活性氧产生、DNA损伤以及成脂、成骨分化和干性基因表达等的影响,结果表明基于 Tat-Ag2S QDs的细胞标记策略是一种无损的干细胞标记方法,且不会对hMSCs的增殖和分化能力造成影响。小鼠活体原位细胞灵敏度分析表明,利用123.8 mW/cm2的808 nm激发光和100 ms的曝光时间可检测到1000个皮下注射细胞,且细胞数和近红外荧光强度间具有良好的线性关系。此外,将三维胶原支架培养的hMSCs植入小鼠皮下,Ag2S QDs良好的荧光稳定性使其能够对移植hMSCs进行长达60天的持续监测,且Ag2S QDs标记并未对干细胞在体内的存活、迁移及成骨分化等产生影响。之后,将Ag2S QDs应用于原位示踪干细胞移植治疗小鼠活体皮肤损伤。由于近红外二区荧光成像良好的空间分辨率,本课题首次发现尾静脉注射移植hMSCs会逐步迁移聚集在伤口处,且大多分布在伤口边缘而不会进入伤口内部。这表明全皮肤伤口中间部分往往缺少招募而来的干细胞和修复相关的有益因子,从而导致伤口修复效果不佳。为了提高干细胞对皮肤损伤修复的效果,本研究将干细胞趋化作用的基质细胞衍生因子(SDF-1α)装载于胶原支架上来处理小鼠皮肤伤口,近红外荧光成像示踪表明SDF-1α装载的胶原能够促进皮肤伤口在更短时间内招募更多的hMSCs参与组织修复,且 hMSCs能够进入伤口内部并均匀分布于整个伤口区域。这使得负载SDF-1α胶原处理的伤口具有更快的愈合速度及更好的表皮再生和新血管形成效果。这种基于Ag2S QDs的无损、高时间和空间分辨的近红外二区荧光成像干细胞活体示踪技术能够为干细胞在活体内的行为提供一种实时监测的可视化手段,并有望在干细胞疗法的机理研究及影像指导干细胞疗法的开发等方面得到广泛应用。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2间充质干细胞及其在生物医学中的应用

1.3常见的影像探针及其在生物成像中的应用

1.4硫化银量子点研究进展及应用

1.5本课题的立题依据、意义及研究内容

参考文献

第二章 硫化银量子点的安全性分析

2.1引言

2.2材料方法

2.3结果讨论

2.4结论

参考文献

第三章 移植干细胞的活体示踪及损伤修复

3.1引言

3.2材料方法

3.3结果讨论

3.4结论

参考文献

第四章 总结

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢