光敏剂高分子/氧化铁纳米粒复合材料用于干细胞基因传递和示踪

Stem cell therapies have had a certain degree of attention in biomedical research area. To deliver genes into stem cells is a main objective and has great potential. Real-time tracking of stem cells is crucial to determine their therapeutic efficacy and toxicological effect. In this project, we aim to design a novel photosensitizer-grafted polymer / iron oxide nanoparticle hybrid system for stem cell gene delivery and tracking. The high stability of iron oxide nanoparticle in aqueous solution is obtained by polymeric ligand. Photosensitizer is used to enhance cellular internalization of this hybrid material into stem cells through photochemical internalization. With this system, not only the therapeutic effect is guaranteed, but also the tracking of stem cells is enabled via both magnetic resonance imaging and optical imaging.

干细胞治疗在生物医药领域有重要的意义，其中对干细胞导入外源治疗基因是一个非常重要的、极具潜力的研究方向。精确追踪和监测干细胞在体内的分布和命运对评价和分析治疗效果和毒副作用也非常关键。针对上述重点问题，本项目提出构建一种基于光敏剂高分子/氧化铁纳米粒复合材料的新型基因传递和示踪系统。利用高分子作为配体来稳定氧化铁纳米粒；利用光敏剂在光诱导敏化下通过光化学内化促进该磁性纳米基因传递系统的入胞,进而提高转染效率；在提高干细胞治疗效果的同时，利用氧化铁纳米粒的磁共振造影以及光敏剂的荧光显影，进行治疗效果检测和干细胞示踪。

干细胞在多个领域显示出重大的研究意义和广阔的医学应用前景，其中对干细胞导入外源治疗基因是极具潜力的研究方向。精确监测和评价干细胞移植或注射后在体内的分布和命运,对于临床监测治疗效果和评估治疗的毒副作用具有重要意义。据此，本项目提出了一种基于磁性纳米材料的非病毒基因传递系统，同时用于高效的基因传递和准确的标记示踪。在三年的研究中，本团队成功构建了多种新型磁性纳米基因传递系统，并探索了其在干细胞基因治疗和示踪中的应用。首先，成功合成并优化了多种不同尺寸、结构和组成的新型磁性纳米基因传递系统，探究了不同基因传递体系对基因转染效率的影响，并对其机制进行了分析，为新一代临床用于基因治疗的纳米复合材料治疗系统的设计与制备提供理论基础。进一步地，将新型磁性纳米基因传递系统应用于脑缺血疾病模型的治疗，通过动物行为学评价、病理切片、磁共振成像等方式，发现该新型基因载体显示出优异的基因治疗效果。最后，初步探索了利用新型磁性纳米基因传递系统标记干细胞，通过磁共振成像的方式实现干细胞命运的体内示踪。本团队所构建的新型磁性纳米基因传递系统具有更高的安全性、稳定性，既避免了病毒引起免疫反应的风险，又可通过磁性纳米材料的引入实现后续磁共振成像监测治疗，使可视化治疗成为可能，大大拓展了干细胞在生物医学领域的应用范围，对肿瘤治疗、基因工程、组织工程等领域的研究都具有重要意义。