双模式分子影像监测诱导多功能干细胞(iPSC)治疗缺血性脑损伤的实验研究

体外诱导多功能干细胞（iPSC）是一种万能干细胞，具有类似胚胎干细胞（ES）的发育成任何组织或器官的潜力, 有可能成为安全、有效、可控地解决人类面临的大多数医学难题的重要方法。开发和构建活体、无创、反复、长期、实时动态监测iPSC治疗的可视化技术将成为深化研究iPSC的关键技术。本研究利用转染sr39tk-I-Fluc（突变胸苷激酶与荧光素酶）双报告基因的iPSC，实施大鼠脑缺血模型的干细胞移植治疗；通过微型正电子断层显像（microPET）和光学分子成像，活体状态下从体外直接观察sr39tk-I-Fluc双基因的表达状况，实现对移植iPSC实时监测；定量评价移植iPSC在体内的分布、存活、生长、迁移和治疗疗效等关键信息，实现对iPSC治疗的精确、活体、无创、动态、双模式分子影像监测。从整体上阐明、揭示iPSC在活体的动态迁移变化规律和机制，为iPSC研究和治疗提供新思路、新技术和新方法。

本研究运用iPSC和ESC移植治疗大鼠大脑中动脉梗死，探讨iPSC和ESC治疗脑梗的作用，运用神经行为学、microPET、放射自显影以及组织学方法进行了动态疗效评价。结果显示，与PBS注射组相比，iPSC和ESC移植均能有效促进脑梗模型大鼠神经功能的恢复。microPET评价显示，iPSC和ESC移植能明显提高脑梗死区脑代谢，在不同时间点脑代谢增加值均高于PBS注射组，提示移植干细胞有效促进脑梗区域细胞脑代谢恢复。放射自显影确认，脑代谢变化与microPET扫描结果一致。免疫组化结果发现，iPSC和ESC治疗组的梗死脑区神经细胞数目以及新生血管生成较PBS注射组显著增加，表明iPSC和ESC能促进脑梗区域神经和血管再生， iPSC和ESC移植能有效促进脑梗大鼠神经功能恢复，且iPSC移植治疗效果优于ESC移植治疗。综上所述，本研究通过建立干细胞治疗的分子影像学在体评价手段，系统研究并揭示了iPSC、ESC对中枢神经损伤的修复作用，明确了干细胞治疗神经损伤机制，为干细胞的合理临床转化提供了确实可靠的科学依据，对干细胞生物学研究和转化应用都有重要的理论和方法学意义。研究结果发表在国际核医学分子影像领域排名第一的学术期刊：美国核医学与分子影像学会会刊J Nucl Med（2013; 54: 785-792）上，并被同期配发由国际神经影像著名学者美国华盛顿州立大学Minoshima 教授撰写的专题评述文章（J Nucl Med; 2013; 54: 668-669），正面评述了我们的研究工作。. 本项目执行期间，项目负责人应邀担任英国《柳叶刀》编辑顾问、美国核医学与分子影像学会会刊《JNM》、欧洲核医学会会刊《EJNMMI》，英国核医学会会刊《NMC》等编辑委员，日本核医学会会刊《ANM》副主编，是目前国际上唯一担任美、欧、英、日等四大权威核医学会会刊编委的学者；项目负责人应邀在国际权威学会做本项目相关特邀讲座4次，在国内会议讲座3次；项目负责人指导的研究生和青年医师在国外权威学会发表并获得包括世界分子影像大会等3项国际学术奖。总之，本项目结题取得预期研究结果，在国际上获得奖项标志在本领域该方向达到国际领先水平。.