心肌干细胞移植中MRI的应用价值 - 国内文献区干细胞之家



免疫细胞治疗专区	欢迎关注干细胞微信公众号

12 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 24 下一页

返回列表

查看: 579906\|回复: 238	go 心肌干细胞移植中MRI的应用价值 [复制链接]

文献管理员

版主

Rank: 7 Rank: 7 Rank: 7

积分: 8
威望: 8
包包: 898

楼主

发表于 2009-3-3 12:22 |只看该作者 |倒序浏览 |打印

作者：彭卫斌　刘蓉　王虹作者单位：江苏大学医学技术学院,江苏镇江 212001

   7 J6 l# m2 M3 N4 z# G, J# Q" ]
      ! l* ^# V4 y3 {' X
                     0 I5 N* g" r2 B" l/ t, [: D
         + ^( j. M' J# o% h- {


                  ! R1 F- }1 d+ J) m* }1 q9 ^6 f! m
      . S: r& V7 k1 S( Y
      9 x/ ~' [8 h: x. k+ s9 I


      【关键词】间质干细胞　 MRI　心肌/ {  m8 v; ?3 V- u5 Q9 c
   　　随着生活水平的提高，我国冠心病的发病率逐年提高。积极的介入和药物治疗虽然能降低心肌梗死急性期病死率, 但梗死后心力衰竭的发生率仍在不断增高，心脏移植又受到手术技术、供体来源、术后免疫排斥反应及经费昂贵等多种限制而无法广泛应用。有研究认为细胞移植可改善急性心肌梗死的心功能［1］,但也有研究认为在心肌梗死后数月已出现心力衰竭, 梗死局部仍可见部分存活心肌［2］。, Y' u6 N( d/ z* r. U. _( p; d+ U0 H

% ?. }1 u; A  [  w# N' T' ]
! t3 }  y2 u4 ]7 Z
　　骨髓中存在两种干细胞即成血干细胞和间质干细胞，前者在体外各种细胞集落刺激因子的作用下，向红系、粒系、淋巴系细胞分化，维持体内的造血功能，后者存在于骨髓网状间质内，具有分化成各种间叶细胞的功能。近年来研究表明，间质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）体外分离培养后，在一定的诱导条件下具有向成骨细胞、软骨细胞、神经细胞、脂肪细胞、心肌细胞等定向分化的能力。其优点为：①自体来源，取材方便，无免疫排斥反应；②在体内外有良好的增殖能力，快速修复损伤区；③能在体内外分化为心肌细胞，并与宿主细胞形成润盘连接，形成正常电生理耦合［3］。为此，MSC成为目前备受关注的细胞及组织工程的干细胞材料。将MSC诱导成上述目的细胞后，用于临床骨损伤、神经细胞损伤、心肌细胞损伤及基因治疗是一个非常有临床应用前景的研究课题。体外成功分离MSC及诱导成功是其应用的前提。3 ?+ M( t4 n- a3 D2 o1 ^# |- K4 Y

　　1干细胞移植的心肌靶向性. ]- T/ t, B( I" H; ?
- f; F7 I1 G( _7 e1 _" F/ D9 h! z- t+ k
　　1.1心肌局部注射
3 \; {: `/ M5 ^  t  e2 c
8 C/ x- w. S8 }- X2 D; `

　　目前为止，此方法为常用注射方法。采用心肌组织冷冻损伤-瘢痕形成模型和冠状动脉结扎或栓塞模型，直接多点注射到心肌疤痕中及（或）周围。可方便应用于开胸手术，定位和操作明确，在缺血性心肌病患者行冠脉搭桥术中可同时进行。PET发现其改善局部侧支循环效果明显。但是，手术风险大，创伤重，操作难度大，注射范围和深浅不易掌握。
) u9 }/ C3 P9 E; z1 R9 Z
　　1.2冠脉输注
; g( w" g" M' @# B6 Z- J

　　理论上操作方便、创伤小、选择性强、效果好，对于累及整个心脏的心力衰竭更适合，同位素SPECT发现心梗面积减小，短期效果良好。目前已经有多项临床应用报道,多数报道都证实了其可行性和有效性［4-6］。
& D2 H5 G$ F! [9 {" h" T, P; N
　　1.3静脉系统性输注, n, U5 e. O, Z4 ?2 K7 c
# P! I8 R, V( B

; E2 M4 y3 u0 P6 o+ k
　　对于不能耐受介入性手术的患者更方便、更安全，而且扩大临床应用范围。近年来，通过静脉应用干细胞因子（SCF）和粒细胞集落刺激因子（GCSF）混合物，能动员C57BL/6小鼠中骨髓细胞（BMC）向急性心梗心肌靶向性迁移，复制、分化，促进心梗区域修复［7］。

　　1.4通过导管在心腔内进行心肌干细胞注射% b" P0 m% f% y/ X# T* N2 X5 }" L4 C
, `2 f$ U& Y5 @: B  ?
% j+ \3 e6 \. F
+ X" h6 {; ^+ f0 {
　　该法目前已有相关报道［8］。
5 M$ t2 V4 V1 h: J+ W
　　2MRI的应用价值4 _5 j6 [+ R8 q3 f% t2 {4 D

　　心肌干细胞移植需要在体成像技术的支持,目的在于追踪干细胞的分布、心肌对干细胞的嫁接、移植后心肌的灌注与收缩等功能的变化。目前用于此的影像学方法主要包括超声、CT、单光子发射型计算机体层( SPECT),正电子发射型计算机体层( PET)以及MRI等。基于无创、经济、效果多方面因素的考虑，MRI是较为理想的影像学手段，其不受单一成像因素等诸多限制，拥有优良的空间与时间分辨率,能较好显示心肌细胞形态、结构、功能，同时可以示踪被移植的干细胞,达到治疗与监测同步的目的。

　　2.1解剖与功能评价' H0 t. w3 x0 J1 ^" z

　　心脏三维结构能否清晰显示对于了解心肌细胞的分布非常重要,MRI在此有较大优势，心脏射血分数同样重要，它是衡量移植前后左室收缩功能的重要指标，可以通过测量舒张末期容积与收缩末期容积来精确计算。在经冠状动脉进行心肌骨髓干细胞移植的临床实验中,通过半年的随访发现干细胞移植后的心脏射血分数明显改善［9］。左室节段性室壁厚度和收缩增厚率也是非常重要的指标,尤其是后者更能够客观地反映出干细胞移植后心肌功能区域性变化。心肌干细胞移植成功后常伴随相应新生血管的形成,MRI心肌灌注在一定程度上反映了新生血管的情况,也是评价疗效的一项有用指标。  T, \% z0 v/ P
5 q% Y6 q8 ?; k% L* \. p$ J
　　2.2干细胞靶向标记

: \  g5 S* D; U/ y
　　要得到好的效果，光利用细胞自身的结构对比是远远不够的,更需要合适的对比剂。通常临床上经静脉直接注射所使用的对比剂,而现在是要在体外利用某些特异性对比剂标记干细胞,然后再将其移植入梗死心肌内,从而达到在体MRI检测干细胞的目的，随着途经改变，相应的对比剂也要调整。目前标记干细胞的MR对比剂主要分为2大类,一类是主要产生较强的T2 负性对比效应以单(多)晶体氧化铁为基础的对比剂;另一类是主要产生T1正性对比效应以钆(Gd3 )为基础的对比剂。/ ?, {( A# @% j

　　2.2.1超顺磁氧化铁颗粒: 超顺磁性氧化铁颗粒( superparamagnetic iron oxide, SPIO),或超小超顺磁性氧化铁( ultrasmall superparamagnetic iron oxide, USPIO),或单晶氧化铁纳米复合物(monocrystalline iron oxide nanocompound,MION)都能够被干细胞吞噬,因此可被用于追踪探测微量的干细胞。根据超顺磁性氧化铁颗粒的大小通常可以分为纳米级和微米级。纳米级的氧化铁颗粒成为当今热点，最早被用于神经干细胞移植，并证实了其有效性［10，11］,随后有学者用相似的方法应用于心肌干细胞的移植,在动物实验中已经证实了其可行性［12，13］。双标记技术是应用含微米级氧化铁与荧光素的颗粒相结合来标记的新技术,结合了在体成像和体外组织学观察，其中有实验论证了在高场强条件下,应用该方法可以在体检测到单个干细胞的存在［14］。目前已有研究证实,磁珠法分选出的细胞能够带着磁珠一起培养,避免干细胞在体外长时间培养,减少了接触各种潜在的免疫原的几率［15］。
' x" b4 e; P! s9 d: g
　　2.2.2含Gd3 颗粒:基于技术难度,对比剂中的量要达到相当程度才能够被探测到,目前此类报道不多。另外, Gd3 潜在的毒性也是较少应用的原因之一。当然,目前也有研究成功的例子，如通过右旋糖酐聚合物连接的GdDTPA与若丹明( rhodamine)颗粒能够同时提供MR和荧光组织显像,该方法在干细胞的神经系统移植中获得成功［16，17］，在心肌干细胞移植的应用有待于进一步研究。0 b* _0 q% |4 e, n* C) u2 N

　　2.3基因靶向标记

: ~  G+ l9 ~3 h3 Y7 c2 _, X

　　基因是当今研究热点，全部基因组密码的破解更为基因治疗打下了坚实的基础，干细胞移植与基因治疗相结合必将成为未来的发展趋势。许多学者试图通过联合应用基因工程、组织工程和药物治疗等增强骨髓干细胞移植疗效。Li 等［18］将CD117 细胞转染转化生长因子( TGFβ),TGFβ可通过上调GATA4和Kx2.5 ( 心肌早期发育基因) 的表达, 促进CD117 细胞分化, 诱导治疗性血管生成, 促进功能心肌再生。Mastsumoto等［1９］将血管内皮生长因子( VEGF) 基因转染到MSCs, 可明显提高MSCs 移植效果, 显著提高左室射血分数, 进一步促进血管新生。

　　2.4MR导向介入治疗

, `, F: U6 l; D0 X) f- w9 T- ]$ g! ?
* g! g% w9 G2 @1 z; [0 s
　　微创是目前的治疗发展方向,开胸手术创伤大,而X线引导下又难以避免射线损伤,不能很好地显示心脏大血管的三维结构，许多学者尝试以MR为引导工具进行介入性检查或治疗。Razavi等［20］在X线的帮助下,应用MR引导进行介入诊治并取得成功。Dick等［21］引用导管技术对心衰的猪进行心肌内注射对比剂的研究获得成功，使应用导管技术行心肌梗死周边细胞再生治疗可行。Amado等［22］对猪进行同基因干细胞心肌内移植研究表明：①心肌梗死后3天经皮导管注入骨髓间质干细胞是安全的；②移植的细胞能长期存在，大大减少瘢痕形成；③不会产生排斥反应。

　　3MR的局限和展望; K) L! o7 q. X8 B4 d! m  m; S

　　尽管目前细胞移植治疗心肌梗死的研究已取得一定进展,但仍有许多问题需要解决,例如: ①心肌梗死面积多大进行细胞移植会更有效; ②确定最佳细胞移植的时间、数量,并进一步完善移植方法; ③如何测定移植细胞的成活率并找到提高其成活率的方法; ④如何查明从干细胞演化成心肌细胞的动态表现; ⑤弄清移植中众多作用因子的重要作用; ⑥移植细胞分化出来的心肌细胞与正常者相比是否具有同样的生物学功能,是否易引起心律失常,是否具有致癌性以及长期疗效如何，还需继续努力研究和探索［23］。
      【参考文献】: K( B( Y- j$ @( r! }0 u2 O
　　［1］  Chen SL,Fang WW, Ye F,et al. Effect on left ventricular function of intracoronary transplantation of autologous bone marrow mesenchymal stem cells in patients with acute myocardial infarction［J］. Am J Cardiol,2004,94(1):92-95.

　　［2］  Tang YL,Zhao Q,Zhang YC,et al. Autologous mesenchymal stem cell transplantation induce VEGF and neovascularization in ischemic Myocardium［J］. Regul Pept,2004,117 (1): 3-10.0 Z% ~! y5 ]. B4 J

# Y4 f  c3 ~* S6 y4 ^3 G6 |. T

　　［3］  Toma  C ，Pittenger  MF，Cahill KS，et  al.Human  mesenchymal  stem  cells  differentiate  to a cardiomyocyte  phenotype  in the  adult  murine  heart  ［J］.Circulation ，2002，105（1）：93-98.
, ]; N' A$ O+ ^( R% F% ~4 j, r6 e
1 R# F0 H$ u( L

　　［4］  Wollert KC, Meyer GP, Lotz J, et al. Intracoronary autologous bone marrow cell transfer after myocardial infarction: the BOOST randomized controlled clinical trial［J］. Lancet, 2004, 364（9249）: 141-148.& h5 x: w: ~5 D! l

　　［5］  Britten MB, Abolmaali ND, Assmus B, et al. Infarct remodeling after intracoronary progenitor cell treatment in patients with acute myocardial infarction ( TOPCARE-AMI): mechanistic insights from serial contrast-enhanced magnetic resonance imaging［J］. Circulation,2003, 108（18）: 2212-2218.3 m, S$ v$ s: t* p, f

' z* q( D) i7 i

　　［6］  Strauer BE, Brehm M, Zeus T, et al. Repair of infarcted myocardium by autologous intracoronary mononuclear bone marrow cell transp lantation in humans［J］. Circulation, 2002, 106（15）: 1913-1918.

) W1 `% p2 x. f/ ^. f+ o9 c6 M
2 P# F% J6 n. C0 B# x+ b
　　［7］  Orlic D，Kajstura  J,Chimenti S,et al.Mobilized  bone  marrow  cells  repair  the  infracted  heart ，improving funtion and  survial  ［J］.Proc  Natl  Acad  Sci  U S A，2001，98（18）：10344-10349.; J- f1 G* o$ n; n- O4 p# s, g
' u; i$ b5 E; y. \) O
8 k* h) P$ Z0 ^3 U
8 ]4 T1 ]9 j4 x
　　［8］  Garot J, Unterseeh T, Teiger E, et al. Magnetic resonance imaging of targeted catheter-based imp lantation of myogenic p recursor cells into infarcted left ventricularmyocardium［J］. J Am Coll Cardiol, 2003,41: 1841-1846

　　［9］  Wollert KC, Meyer GP, Lotz J, et al. Intracoronary autologous bone marrow cell transfer after myocardial infarction: the BOOST randomised controlled clinical trial［J］. Lancet, 2004, 364: 141-148.% W4 q- h9 A9 q! g# _8 s9 N
# O$ s: j) D# }; |1 G  x  e. E

2 p3 n/ z+ e5 W1 F) a: I
　　［10］  Bulte JW, Douglas T, Witwer B, et al. Monitoring stem cell therapy in vivo using magneto dendrimers as a new class of cellular MR contrast agents［J］. Acad Radiol, 2002，9（Supp l2): S332-S335.0 D3 @* O4 d4 [
2 M( n% L) p8 X: C

8 I/ H8 A9 ]) x3 b
　　［11］  Jendelova P, Herynek V, Urdzikova L, et al. Magnetic resonance tracking of transp lanted bone marrow and embryonic stem cells labeled by iron oxide nanoparticles in rat brain and spinal cord［J］. J Neurosci Res, 2004, 76(2): 232-243.4 u3 \$ l2 Z* j3 O# |
. |  N& |# w$ x

　　［12］  Himes N, Min JY, Lee R, et al. In vivo MRI of embryonic stem cells in a mouse model of myocardial infarction［J］. Magn Reson Med,2004, 52: 1214-1219.3 ^, Q8 E6 d1 q6 [& S9 F+ C/ t4 o. ~' d

! w9 s" b: M9 s) a3 V* p+ [
　　［13］  Kraitchman DL, Heldman AW, Atalar E, et al. In vivo magnetic resonance imaging of mesenchymal stem cells in myocardial infarction［J］. Circulation, 2003, 107（18）: 2290-2293.$ E3 ^0 K! z3 C* i$ ^

: U( x4 p) I. M* P4 h

　　［14］  Hinds KA, Hill JM, Shap iro EM, et al. Highly efficient endosomal labeling of progenitor and stem cells with large magnetic particles allows magnetic resonance imaging of single cells［J］. Blood, 2003,102（3）: 867-872.
$ O8 e1 t# A& j& ?! O0 f
# N/ X3 V- X* s9 {3 }/ e

　　［15］  Weber A, Pedrosa I, Kawamoto A, et al. Magnetic resonance mapp ing of transp lanted endothelial p rogenitor cells for therapeutic neovascularization in ischemic heart disease［J］. Eur J Cardiothorac Surg, 2004, 26: 137-143.3 F" k4 V/ ^) R' B$ L5 {! J' U7 n+ D; J, f
% ~% c. k+ F- |) W+ B/ V

　　［16］  Modo M, Mellodew K, Cash D, et al. Mapp ing transp lanted stem cell migration after a stroke: a serial, in vivo magnetic resonance imaging study［J］. Neuroimage, 2004, 21（1）: 311-317.

8 Q/ u+ w: v5 J/ _( T+ j

　　［17］  Modo M, Cash D, Mellodew K, et al. Tracking transp lanted stem cellmigration using bifunctional, contrast agent-enhanced, magnetic resonance imaging［J］. Neuroimage, 2002, 17（2）: 803-811.
: a8 Z# M5 c& u4 B$ }
- z$ X9 m9 P% U. C6 N$ C. J5 ]
, L9 o; @& l0 P: A  W
　　［18］  Li TS, Hayashi M, Ito H, et al. Regeneration of infacted myocardium by intra myocardial implantation of ex vivo transforming growth factorbetapreprogrammed bone marrow stem cells［J］.Circulation,2005, 111(19):2438-2445.
4 \4 j9 ~' ~( R

　　［19］  Mastsumoto R,Omura T, Yoshiyama M, et al. Vascular endothelial growth factor-expressing enchymal stem cell transplantation for the treatment of acute myocardial infarction［J］. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2005,25(6):1168-1173.8 F  H$ y: g9 ]$ K# ^" x4 a  X
8 G0 {- M) s7 k  n; |# |+ B

　　［20］  Razavi R, Hill DL, Keevil SF, et al. Cardiac catheterisation guided by MRI in children and adultswith congenital heart disease［J］. Lancet,2003, 362: 1877-1882.
; U; k. F- }3 G' w2 ~; M

　　［21］  Dick AJ, Guttman MA, Raman VK,et al. Magnetic Resonance Fluoroscopy Allows Targeted Delivery of Mesenchymal Stem Cells to Infarct Borders in Swine［J］.Circulation,2003,108(23):2899-2904.
6 n+ ]; c- C4 X% @3 M# x0 S
" G* i+ `8 G; R& a3 _- N" Q

　　［22］  Amado LC，Saliaris AP，Schuleri KH,et al. Cardiac repair with intramyocardial injection of allogeneic mesenchymal stem cells after myocardial infarction［J］. Proc Natl Acad Sci U S A,2005,102(32): 11474-11479.
% w) m! e/ ~  H6 h8 |
" D/ z% ?5 T  o+ W5 F8 f3 {5 m0 k

　　［23］  杜  文,卢绍禹. 细胞移植治疗心肌梗死的研究与展望［J］.医学综述，2006 ，12（14）: 856.

3 w+ C  G3 \: c! H4 u+ i7 Z6 @

　　［本文编辑］  陈海林

收藏0 分享0 顶0 踩0