超声联合载SDF-1α微泡促CXCR-4基因修饰的BMSCs归巢修复糖尿病肾病的实验研究

Bone mesenchymal stem cells (BMSCs) transplantation is an effective mean for the treatment of diabetic nephropathy (DN), but the low transplantation efficiency and poor homing capacity are two unsolved problems. SDF-1 alpha /CXCR-4 axis is involved in the most important molecular pathways of stem cell homing, can inhibit MSCs apoptosis and increase the survival rate and homing ability. But the study found that SDF-1 levels were decreased in DN Patients, the specific CXCR-4 receptor was also also decreased with the passage number cultured in vitro. Our previous study increased CXCR-4 gene modification in BMSCs with the application of UTMD technology combined with liposome. The results were shown to increase the migration ability in vitro of SDF-1alpha specific. , but its homing efficiency in the DN kidney is still not satisfied, the poor expression efficiency in DN renal tissues is the main reasons. To improve MSC homing to DN kidneys, we present a strategy to increase SDF-1 via ultrasound-targeted SDF-1-loaded microbubble (MBSDF-1) via covalent conjugation destruction. Target release in the targeted kidneys was triggered with diagnostic ultrasound in combination with MBSDF-1, in order to increase CXCR-4 gene modified BMSC homing efficiency.

外周静脉注射骨髓间充质干细胞（BMSCs）能控制糖尿病肾病（DN）的发展，但BMSCs在慢性损伤组织存在移植效率低下的问题，提高BMSCs归巢能力是干细胞治疗的重要策略。SDF-1α/CXCR-4轴是参与干细胞归巢最重要的分子通路，能抑制移植MSCs凋亡、增加存活率和归巢能力。但研究发现DN患者体内SDF-1α水平减低，体外培养的BMSCs特异性受体CXCR-4随着传代次数增加而较少。课题组前期研究使用超声靶向破坏微泡技术（UTMD）联合脂质体提高CXCR-4基因在BMSCs的转染，能增加体外对SDF-1α特异性迁移能力，但其在DN肾脏中靶向归巢效率仍不满意，DN肾脏组织表达SDF-1α不足是其主要原因。本研究拟制备载SDF-1α微泡，通过UTMD技术使SDF-1α在DN大鼠肾脏靶区高表达，同时使用微泡增加的超声生物学效应，使肾靶区微环境改变，以提高CXCR-4基因修饰BMSCs归巢效率。

项目背景：外周静脉注射骨髓间充质干细胞（BMSCs）虽能控制糖尿病肾病（DN）的发展，但存在移植效率低下的问题，故提高BMSCs归巢能力对提高干细胞疗效具有显著意义。SDF-1α/CXCR-4轴是参与干细胞归巢最重要的分子通路，能抑制移植MSCs凋亡、增加存活率和归巢能力。但前期课题组研究发现DN患者体内SDF-1α水平减低，体外培养的BMSCs细胞膜表面特异性受体CXCR-4随着传代次数增加而较少，严重减弱了BMSCs肾性归巢效率。. 研究内容及重要研究结果：课题组研究使用超声靶向破坏微泡技术（UTMD）联合脂质体提高CXCR-4基因在BMSCs的转染，可以显著增加CXCR-4 基因在BMSCs中的转染效率，从而使BMSCs 细胞膜表面表达CXCR-4 蛋白效率增加，与对照组相比显著增加体外BMSCs对SDF-1α特异性迁移能力；同时课题组通过共价连接的方法将SDF-1整合在微泡膜上，使其跟随微泡经外周静脉注入体循环，超声辐照肾脏，使循环至肾脏的携带SDF-1的微泡破裂，靶向释放出SDF-1使其在肾脏形成高浓度水平；课题组使用链脲佐菌素(STZ)诱导建立1型糖尿病肾病大鼠模型，通过制备载SDF-1α微泡，使用UTMD技术对DN大鼠肾脏区域进行靶向辐照，尝试利用微泡增强的生物学效应改变肾脏局部微环境，增加靶区粘附因子、归巢因子（特别是SDF-1）的特异性表达，使CXCR-4基因修饰BMSCs靶向归巢DN肾组织效率得到提高，为静脉注射BMSCs靶向归巢创造条件。. 项目科学意义：研究结果显示UTMD联合脂质体能够显著提高CXCR-4基因在体外培养BMSCs的转染效率，进而增加靶向SDF-1的体外迁移能力，这对提高BMSCs靶向归巢能力、增加临床治疗效果有重要意义；超声靶向击破载SDF-1微泡可提高肾脏SDF-1浓度水平，联合移植外源性BMSCs，可以有效地延缓糖尿病肾病的进展，对肾脏的修复作用优于单纯的MSCs 移植；使用诊断超声介导的微泡破坏技术能够增加CXCR-4 修饰BMSCs 靶向归巢DN 大鼠肾脏的效率，通过抑制促纤维化因子TGF-β1 和炎症因子TNF-α 的表达从而抑制肾小球、肾间质纤维化进展，促进糖尿病肾病大鼠肾功能的改善。