磁性纳米载体靶向体内干细胞归巢治疗心肌梗死的研究

Project aim is at the key scientific issues of ex vivo expansion of stem cells and then perfusion them into the circulating blood for treatment myocardial infarction that inefficient homing of stem cell in vivo and time consuming and the unsafety of ex-vivo expansion of stem cells, for example, are thought to limit the application of stem cells. We will therefore develop a new method that could capture stem cells in vivo and deliver them to infarct for homing. First, a new magnetic targeting nano-carrier (MNP), which has good blood-compatibility and immunological tolerance and long blood circulation time and could selectively target stem cell, will be prepared by modifing Fe3O4 with poly(ethylene glycol) (PEG) and anti-CD34. Then, MNP will target stem cells and deliver them to infarct where an applied magnetic field is added to repair heart muscle. The characteristic of MNP containing blood coagulation time, hemolysis, immunological tolerance and the ability to selectively target stem cell and to deliver stem cell will be evaluated ex vivo. Subsequent in vivo studies will be used to assess the effectiveness of stem cell homing with the help of the MNP. The project is valuable and significant in the field of stem cell research & therapy and regenerative medicine

项目针对目前干细胞治疗心肌梗死采用体外培养扩增病人成体干细胞，然后回输体内的治疗策略所存在干细胞在心梗区归巢数量不足，及体外培养存在费时、安全性等问题，提出捕获体内干细胞，运输其到心梗区归巢的体内干细胞治疗新策略。本策略首先获得包裹"生物除污剂"聚乙二醇（PEG）羧基化衍生物、且表面接枝干细胞膜蛋白抗体(CD34 Ab)的一定尺寸的磁性纳米载体（Fe3O4@PEG-CD34），其具有良好分散性、耐受免疫清除、较长的血液循环时间、特异性结合循环血中干细胞。然后，在心梗区施加磁场，通过磁导作用，纳米载体将其结合的干细胞运输到病损区归巢，修复受损心肌组织。体外评价磁性纳米载体的血液相容性、免疫耐受性、特异性结合干细胞及运载干细胞到局部粘附的能力。通过兔心梗模型，评价其在血液中的循环时间、运载体内干细胞在心梗区归巢和对梗死心肌治疗的效果。本课题为干细胞治疗及再生医学的研究提供了新的思路和技术体系。

目前干细胞治疗心肌梗死采用体外培养扩增病人成体干细胞，然后回输体内，通过提高体内干细胞数量，增加干细胞归巢到心梗部位的数量，来实现干细胞对心肌梗死区域的修复，此方法存在干细胞在心梗区归巢数量不足及体内安全性质疑等一系列问题。本项目提出通过磁性纳米载体特异性捕获体内干细胞，并在外磁场作用下促进捕获的干细胞在心梗区富集并归巢，完成心梗区修复的干细胞治疗心肌梗死新策略。本项目在Fe3O4磁核表面包裹具有生物除污能力的聚乙二醇（PEG）羧基化衍生物，再缩合偶联干细胞膜蛋白抗体(CD34 Ab)，SEM、TEM、激光粒度仪结果显示纳米载体具有良好的分散性且平均粒径在190nm；红外和热失重分析证明PEG和抗体成功结合到磁性载体上；磁性检测显示其具有良好的顺磁性；免疫荧光检测证明抗体连接成功，以上结果证明磁性纳米载体构建成功。凝血时间和溶血率表明该纳米载体不会导致凝血和溶血具有良好的血液相容性；通过与内皮细胞、平滑肌细胞、干细胞、巨噬细胞共培养，证明其具有特异性识别干细胞能力和免疫耐受能力；细胞毒性评价显示纳米载体使用浓度越高细胞毒性越大；细胞捕获结果说明磁场强度与捕获细胞数量成正相关；通过对细胞毒性和细胞的磁响应能力综合分析，优化纳米载体使用浓度为100µg/mL。体内结果证明其在体内可以结合干细胞且具有良好的磁响应性。以上结果证明通过磁性纳米载体特异性捕获体内干细胞，并在外磁场作用下促进捕获的干细胞在心梗区富集并归巢具有可行性。另外，由于磁场强度会随着体内深度增加而迅速减弱，在心脏部位难以维持足够的磁场强度，故采用具有铁磁性、可降解性的铁基血管支架加强局部磁场，结果显示，铁支架会加强磁场施加部位的干细胞捕获量。.由于固定抗体活性对细胞捕获具有重要影响，本研究研究了定向固定和随机固定，并研究了其生物相容性，结果显示定向固定表面具有良好的血液相容性，且在流动体系中，对干细胞的捕获能力远强于随机固定。该研究为抗体固定提供了又有价值的参考。