基于光学-核医学-磁共振多模态分子影像监测干细胞结合功能化自组装多肽纳米支架治疗心肌梗死的实验研究

Stem cell therapy has showed great potential in acute myocardial infarction (AMI) treatment. Molecular imaging is one of the most important techniques to study distribution of stem cells and efficacy of the treatment. In our study, we will transplant tri-labeled mice BMSCs cultured in self-assembling peptide nanofiber hydrogels into AMI mice myocardium, and monitor stem cells by optical imaging, MRI and radionuclide imaging. Firstly, through a series of study both in vitro and in vivo, we aim to evaluate the impacts of tri-labeling on stem cells survival and differentiation. Secondly, combining the high spatial resolution of MRI, and high sensitivity of optical imaging and radionuclide imaging, biological behavior of stem cells including survival, distribution and apoptosis will be monitored. Thirdly, additional benefits of self-assembling peptide nanofiber hydrogels to stem cells survival will be evaluated. Finally, cardiac function and metabolism will be measured by MRI and radionuclide imaging to assess efficacy of stem cell therapy. Our study will provide a solid base for clinical study of stem cell therapy of AMI.

干细胞移植治疗急性心肌梗死是一项非常具有积极意义的治疗手段。分子影像技术是研究移植干细胞在体内分布、评估干细胞治疗效果的重要技术手段。本研究采用带有荧光、核医学及磁共振多重标记的小鼠骨髓间充质干细胞，在功能化自组装多肽纳米纤维辅助下，移植治疗急性心梗。通过体外、体内一系列研究：评估多重标记对干细胞存活、分化的影响；结合磁共振空间分辨率高、荧光及核医学敏感性高的优势，对移植干细胞进行在体多模态示踪，研究细胞在体内的分布、存活及凋亡情况；评估自组装多肽纳米纤维支架对于提高干细胞存活的价值；同时利用磁共振及核医学成像，测定心功能及心肌代谢情况，评估干细胞及自组装多肽纳米纤维支架的治疗效果。通过本项目的研究，实现多模态在体示踪干细胞的存活及凋亡，评估干细胞在不同辅助环境下的治疗效果，为今后临床心肌梗死的细胞疗法研究提供重要参考。

急性心肌梗死是严重威胁国民健康的疾病之一，严重者将进展为心力衰竭，最终危及生命。心肌细胞为不可再生细胞，临床现有的治疗方法并不能着眼于心肌的修复再生，干细胞具有自我更新、增殖、分化的能力，干细胞移植治疗急性心肌梗死是一项非常具有积极意义的治疗手段。本研究通过体外、体内一系列研究，评估多重标记对干细胞存活、分化的影响，并通过多模态成像对干细进行在体示踪、心功能监测及疗效评估，主要内容包括：1. 设计并筛选出功能化自组装多肽纳米纤维支架，将其与Luci标记的骨髓间充质干细胞（BMSCs）共同移植至小鼠梗死心肌周围，成功利用生物发光成像在体示踪移植后干细胞的定位和存活，并利用磁共振成像评估心功能的变化；2. 采用纳米材料ZGO进行大鼠BMSCs的标记，并联合联合RADA-SKP功能化自组装纳米多肽支架修复小鼠心肌梗死模型，成功利用荧光、核医学和超声心动对移植干细胞进行在体多模态示踪及心功能进行监测；3. 利用细胞的糖代谢反应，将特异性基团-N3标记在大鼠BMSCs的细胞膜上，利用生物正交反应，对BMSCs进行多模态在体示踪。通过本项目的研究，尝试了不同的干细胞标记方法，实现多模态在体示踪干细胞的存活及凋亡，评估干细胞在不同辅助环境下的治疗效果，为今后临床心肌梗死的细胞疗法研究提供重要参考，推动细胞治疗的临床转化及应用，具有巨大的社会效益。