基于荧光素酶报告基因与近红外Ag2S量子点联合标记的干细胞活体示踪技术研究

Stem cell therapy has emerged as a novel regenerative strategy for tissue repair in the last decade. However, dynamically assessing the translocation and engraftment of transplanted stem cells in vivo remains a grand challenge for stem cell-based therapy in full understanding the function and the fate of the stem cells. Herein, a combining labeling strategy using Ag2S quantum dots and luciferase reporter gene for in vivo mesenchymal stem cells (MSCs) tracking was developed. Thus, the real-time translocation of MSCs could be monitored by in vivo near-infrared II fluorescence imaging through its high spatial resolution feature and the long-term physiological status of transplanted stem cells could be simultaneously revealed by bioluminescence imaging. Then, we will establish a mice model of acute liver failure to systematically study the translocation and engraftment of MSCs, which was injected by different methods (tail vein, portal vein or spleen). The expecting results will offer a novel strategy for tracking the translocation and engraftment of stem cells in living animals with both high spatial and temporal resolution, and will also help to the development of imaging-guided cell therapies.

干细胞是再生医学的基础，了解移植干细胞参与组织再生的过程和机理对再生医学的发展具有重要意义。从活体水平上揭示移植干细胞向目标组织迁移的动态过程以及细胞的存活规律是目前活体影像学上的一个难点。本项目结合基于Ag2S量子点的高分辨近红外二区荧光成像方法可对所有外源移植干细胞的精确分布进行实时监测的优点和基于荧光素酶报告基因的生物自发光成像方法能对活细胞进行示踪和增殖分析的优势，建立一种既能高分辨示踪干细胞的动态迁移和分布又能分析细胞存活和增殖的干细胞活体示踪技术。在此基础上，以小鼠肝损伤模型为研究对象，探讨不同干细胞移植策略下，干细胞向损伤肝部动态迁移过程以及存活和增殖情况，并结合干细胞对肝损伤的疗效分析，揭示干细胞参与肝组织再生的过程及其机制。本项目的研究将提供一种既能实时定位又能同时区分细胞存活的干细胞活体示踪技术，并为影像指导的干细胞疗法的开发提供技术支持。

基于干细胞的再生医学疗法被认为是目前治疗人类组织、器官缺损和病变所引起的重大疑难疾病最具前景的方法。了解移植干细胞在活体内的分布、迁移、存活及最终命运，对于高效干细胞疗法的开发及其临床转化具有重要意义。本课题以外源性近红外二区荧光Ag2S量子点（1200 nm）和内源性的红色荧光素酶报告基因（620 nm）为探针，建立了一种高效、安全、稳定的近红外二区荧光/生物发光联合成像方法。利用高组织穿透深度、高时空分辨的近红外二区荧光成像可以对干细胞的移植和分布实现100 ms时间分辨的实时监测。结合可特意指示干细胞活性的生物发光成像方法，就可以从活体水平上原位示踪移植干细胞向目标组织迁移的动态过程，细胞的存活规律，以及干细胞被免疫清除的过程，从而揭示干细胞活体命运。利用该影像技术，成功揭示了移植干细胞在急性肝损伤小鼠中的命运及其参与肝损伤修复的过程和机理。该影像技术的建立将有望在影像指导干细胞疗法开发以及干细胞安全评估等领域获得应用。