基于稀土纳米材料的原位细胞探针新技术研究

Aiming at elucidating the mechanism of cell therapy especially for tissue regeneration and cancer therapy, and pushing the translation and regulation of stem cell therapy from lab to clinic. In our preliminary work, we found that a series of NaLnF4 nanoparticles simultaneously possess near infrared fluorescent, spectrum imaging and capabilities of both MRI and CT imaging. In this proposal, we would develop an in situ multifunctional nanoprobe with the capabilities of both clinical imaging and histological analysis. The systematic researches will be detailedly studied, including the labeling capability of NaLnF4 nanoparticles for stem cells, the influence of nanoparticles on cells functions, cell differentiation and propagation. Furthermore, the histological analysis based on near infrared fluorescence and spectra will be connected with the clinical imaging with MRI and CT capabilities of nanoparticles for illustration of the cell therapy. The changing of the number, position, differentiation of stem cells will therefore be correlated with the clinical imaging signals, according to which a novel strategy for tracking the distribution, moving and differentiation of therapeutic cells will be established. This project will provide an efficient tool for the study of the mechanism and for the clinical treatment of cell therapy.

为了更准确的揭示细胞治疗对于组织修复和癌症治疗的作用机制，推动其临床治疗的规范和创新，本项目拟在前期NaLnF4纳米颗粒(Ln:镧系元素)及其应用技术（具有近红外荧光/光谱成像/MRI/CT的多重造影能力）的基础上，将发展一种兼具临床影像和组织学分析能力的原位多功能纳米探针及其应用技术，即系统地研究该纳米颗粒对干细胞的标记能力、对干细胞功能的影响、以及标记量与细胞繁殖、分化之间关系,系统评价纳米颗粒的MRI、近红 外荧光、CT、双源CT等多重造影信号与干细胞数量、位置和种类发生变化之间的关系规律。并且运用现代影像学和组织学检测相互印证的方法，研究并建立一种对干细胞的分布、 迁移、分化、繁殖情况进行示踪的新型方法。本研究将为干细胞在疾病治疗、组织工程等领域潜在机制的基础研究和临床治疗提供有效工具。

目前细胞治疗领域的重要瓶颈问题在于其治疗疾病或修复组织的机制不清楚，而造成这一问题的关键在于缺乏一种对移植细胞的多功能原位标记纳米材料和技术，使得临床影像方法能够在体辨别与观察其数量、演变和移动等状况。本项目提出采用稀土纳米材料稳定标记植入细胞、再通过CT、MRI等临床常规影像设备对细胞的迁移进行示踪，从而为上述瓶颈问题提供了一种可能的解决方案。具体研究中，项目围绕四个方面的内容开展：1）设计、合成NaLnF4纳米颗粒，研究其CT造影能力的影响；2）纳米颗粒与干细胞如骨髓间充质干细胞、脂肪干细胞、软骨细胞等的相互作用研究；3）标记细胞的NaLnF4纳米颗粒造影能力研究；以及4）动物体内骨缺损、软骨缺损和神经损伤的干细胞植入为模型的影像示踪研究。研究取得了如下进展：1）通过纳米材料的成分设计，实现了多重造影能力；2）通过纳米材料的表面修饰，实现了对细胞的大量、稳定的标记能力，证实其无明显细胞毒性，对干细胞多向分化能力无明显影响；3）体内实验证明可以采用临床影像设备对标记细胞进行实时、长期（>14天）的示踪监控，并同时可以利用材料的上转换荧光性质进行离体观察，与体内观察监测结果进行相互印证。研究提出了植入细胞的有效示踪手段，为干细胞的进一步研究提供了有价值的工具。在项目的支持下发表SCI论文6篇，参加国际学术会议2次，培养博士2名。