Science子刊:开发出纳米颗粒显像剂追踪移植到心脏中的干细胞

apai2003

时间：2013-03-22 08:10:43 来源：生物无忧 作者：davidtower
3 V$ [( m2 m/ o5 _  y1 w7 Y. C摘要： 利用再生医学---将干细胞灌注到心脏中---修复受损心脏大有希望,但是迄今为止,它还没有取得临床成功.如今,斯坦福大学医学院科学家们开发出的一种高度敏感性的可视化技术可能有助于加快它变成现实.相关研究结果于2013年3月20日发表在Science Translational Medicine期刊上. ; _8 Z1 C' X: ]2 p: z+ l
利用再生医学---将干细胞灌注到心脏中---修复受损心脏大有希望,但是迄今为止,它还没有取得临床成功.如今,斯坦福大学医学院科学家们开发出的一种高度敏感性的可视化技术可能有助于加快它变成现实.相关研究结果于2013年3月20日发表在Science Translational Medicine期刊上,论文标题为"Intracellular Aggregation of Multimodal Silica Nanoparticles for Ultrasound-Guided Stem Cell Implantation".测试这种技术可能需要三到五年的时间.
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    论文通信作者、放射学教授Sam Gambhir博士说,"在人体和动物临床试验中,将干细胞注射到心脏组织中来治疗严重性心脏病或心力衰竭的疗效在很大程度上较差.我们一直声称这种失败至少部分上是由于初始植入存在缺陷.人们能够使用超声波来可视化用来运送干细胞到心脏中的针头.但是一旦这些干细胞离开针头时,人们就不再能够追踪它们."* C' r$ k4 F1 L( g1 J- p
    Gambhir说,"所有干细胞研究人员都想让这些干细胞到达靶位点,但是在此之前,他们不得不进行盲目地注射.利用这种新的技术,他们就不会这样了.他们将首次能够实时地观察他们注射的干细胞确切地前往何处,和监控它们随后的行为.如果将干细胞注射到一个人体内而没有观察到症状好转,那么这种技术可能能够有助于找出原因出于何处,从而调整这种方法以便产生更好的疗法."" h  U! G" k8 M
    治疗性干细胞的初始注射位点不明确指示问题的一部分.一旦干细胞从针头上释放出来后,由于没有"标记"将这些干细胞与病人体内的其他细胞区分开来,所以人们不能够进一步追踪它们.这种注射位点不明确,再加上缺乏正式的成像工具,就使得研究人烟不能够优化他们的治疗方法.
- b$ {% `; w7 U/ Q* B# j) ]    这种新技术能够标记干细胞,因此当它们从针头中被挤出来后,利用标准的超声波就能够追踪这些干细胞,从而允许更加准确地引导它们到达想要到达的位点,在随后的几周内就可利用核磁共振成像来监控它们.0 M! t4 L5 o1 o& a- n
    为了做到这一点,Gambhir实验室设计和制造出一种纳米颗粒形式的特殊显像剂.这种纳米颗粒主要组分硅胶的声学特征允许它们被超声波可视化观察；它们也被掺杂一种稀土金属钆,其中钆是一种核磁共振成像造影剂(MRI contrast agent).
* ]. M  k( ~; J6 N' u    在这项研究中,研究人员证实一种经常被用于心脏再生研究的干细胞,即间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs),能够摄入和储存这些纳米颗粒,同时也不会丧失存活、增殖和分化活的心脏细胞的能力.这些纳米颗粒与一种荧光材料孵育在一起,这样他们就能够确定MSCs吞噬它们.MSCs能够分化为跳动的心脏细胞,有时能够从即将接受治疗的病人体内收集到.原则上,这会减轻病人免疫系统对这些干细胞产生排斥的担忧.% y! T: S0 L6 N: R( \9 T5 O# p. O
    一旦将装载着这种显像剂的小鼠、猪或人间充质干细胞(MSCs)灌注到健康小鼠的心脏之中,研究人员能够在这些干细胞从针头离开之后通过超声波观察它们,因此能够更好地指导它们到心脏壁中的特定区域.两周之后,他们仍然能够获得较强的来自这些干细胞的核磁共振成像信号.最终,这些健康的灌注到心脏之中的干细胞持续发生分裂而将这种信号稀释到核磁共振成像检测极限范围之外.: r0 r3 r' |) b8 m" {
    论文第一作者Jesse Jokerst博士说,"早期时,我们对这是否会发生作用产生一些怀疑.因为这些纳米颗粒比较小,所以我们一直没有期待获得太大的信号强度."Jokerst说,但是一旦被这些干细胞摄入,这些纳米颗粒就在细胞内堆积在一起,因而反射出更加强烈的超声波,从而提供一种显著性强的信号.2 g* Q1 U! B9 Q. b
    利用这种新的显像剂,研究人员使用超声波能够检测到少至7万个间充质干细胞(MSCs),使用核磁共振成像能够检测到少至25万个MSCs.Gambhir说,相对于如今在临床试验中灌注到人心脏中的几千万至上亿个MSCs,这两个数字还是比较小的.2 C2 c/ ?' Y8 b7 A- Y4 F) m
    他说,相比对于接受不含这种显像剂的干细胞灌注的对照小鼠,接受含这种显像剂的干细胞灌注的小鼠没有表现出中毒的迹象或行为差异.
1 R; h8 `# b3 u0 s5 P    Jokerst指出,用于这项研究中的这些小鼠都很健康.他说,接下来的一步就是在产生类似于人心脏损伤的小鼠或猪体内进行测试,以及对这些纳米颗粒进行毒性研究.% Y; u) D& n- Q9 m7 P' y

9 }3 f) h$ d3 Q% `. v) ?. b; N参照阅读:5 k$ b! e6 B. ]8 k- X$ n$ p
    Stem Cells Entering Heart Can Be Tracked With Nano-Hitchhikers
9 A) z* C, U' e原始论文:+ z/ s2 S7 A5 J7 w# z8 D7 @4 k
    Intracellular Aggregation of Multimodal Silica Nanoparticles for Ultrasound-Guided Stem Cell Implantation, Science Translational Medicine, DOI:10.1126/scitranslmed.3005228: l$ g3 Z( U' |( @+ S4 e8 L- j
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wys7416

真是好方法！如果能将检测精度精确到几十个细胞甚至几百个细胞，那就非常完美了！至少我们可在动物身上去检测注射细胞的路线和部位，特别是追踪一些较少的干细胞。

clairezy1983

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还有一篇关于在体干细胞示踪的paper，发在nature上，也用到了纳米材料，大家也可以参考。看来纳米材料在干细胞示踪方面会得到极大的发展和应用，干细胞在体的tracking可以为我们阐明干细胞的治疗机理提供更科学的依据，肯定会有更多这一类的文章发表。
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0 [6 d  K; E/ \+ l& k8 g7 uhttp://www.nature.com/nmat/journal/v12/n3/abs/nmat3525.html- ^- D3 ]/ W! P; h' b

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