干细胞与荧光碳纳米材料相互作用的物理化学实验研究

Although stem cells hold great potential for the treatment of many injuries and degenerative, several obstavles must be overcome before their therapeutic application can be realized. These include the develepment of efficient nanomaterials to label and track transplanted stem cells. This project proposes that the fluorescent graphene quantum dots will be investigated first, which have been proved to be able to transfer into stem cells succesfully. We will use physical chemistry techniques, including electrochemistry,spectroscopy and dielectric relaxation spectroscopy to study the interactions between the stem cells and graphene quantum dots. Then we will establish the theoretical modles for this interaction, which will be used to design and prepare new carbon nanomaterials for the stem cells. The realization of this project will radically address the challenges of stem cells, tracking the migration and differentition of the stem cells in vivo, and facilitating the quick development of biological medicine.

干细胞的深入研究将推动再生医学的快速发展，对其理论的完善和技术的发展将为疾病治疗产生划时代的成果。但是，真正实现干细胞的移植治疗和再生医学的应用还面临许多困难和挑战。由于干细胞不同于普通或肿瘤细胞，选择可行和兼容的标记物对其检测和跟踪是目前直接面临和急需解决的问题。本项目提出首先以能够对干细胞进行标记的荧光石墨烯量子点为基础，利用电化学、光谱及介电弛豫谱等物理化学实验技术手段研究其与干细胞之间的相互作用。进一步深入研究碳纳米材料与干细胞之间相互作用的规律，指导设计、制备新型的、适合干细胞研究的碳纳米材料，从根本上解决干细胞研究所面临的问题,实现对移植的干细胞在体内的存活、分布、迁移及增殖、分化的实时跟踪，促进生物医学的快速发展。

干细胞(Stem Cells) 是一种具有自我更新和定向诱导分化潜能的细胞。这种未充分分化为成熟功能细胞的原始细胞，具有在一定条件下，再生各种组织、器官和人体的潜在功能，医学界称其为“万用细胞”。其中，肿瘤干细胞(Cancer Stem Cells, CSC)与肿瘤的彻底根治、转移和复发息息相关。传统的肿瘤治疗方法可以杀死大部分肿瘤细胞，却对肿瘤干细胞不起作用。所以，肿瘤干细胞被认为是肿瘤复发的原因，是治疗肿瘤的新目标。研究与干细胞相关的问题，首先需要选择可行和兼容的标记物和方法对所研究的干细胞进行标记、跟踪，然后对细胞在体内的存活、分布、迁移及增殖和分化等进行检测。荧光碳量子点在生物体内的毒性表现最低，同时，由于易于实现表面功能化，因此，以具有荧光特性的碳量子点被认为是一种最为理想的用于生物荧光标记、传感和载药的纳米材料。我们制备了高量子产率，荧光颜色可调(从蓝色到近红外)的碳量子点(CQDs)，用于干细胞、肿瘤干细胞的标记、检测及肿瘤的诊断和靶向性治疗等研究，取得了系列有意义成果，为干细胞的研究以及肿瘤的诊断和治疗提供了理论基础和实验参考。制备的红色荧光、近红外荧光的碳量子点可以靶向性只进入肿瘤和肿瘤干细胞核内，并且可以靶向性早期诊断和治疗肿瘤，抑制癌症复发，更重要的是证明了其机理，为癌症的诊断和靶向性治疗做出了贡献。本项目共发表论文107篇，他引次数1025多次，其中发表在J. Mater. Chem.的有关干细胞成像的文章他引312次。有多篇文章每年被评为高被引(HCP))文章。在2017年最近一期更新的ESI高被引论文中，有2篇文章的引用次数在chemistry领域同一年出版的文章中位列前1%，有2篇文章的引用次数在Materials Science领域同一年出版的文章中位列前1%，成为高被引论文。发表在Adv. Mater.的文章被选作封面，并在 “Advanced Science News”上作报道。受邀在Nano Today, RSC Advances以及Analyst method上写了综述文章。受邀为书籍“The World Scientific Encyclopedia of Nanomedicine and Bioengineeting II”写了一章内容。