趋化因子受体2拮抗剂改善干细胞治疗心肌缺血微环境的分子影像研究

Myocardial infarction (MI) induced microenvironment change heavily influence the therapeutic efficiency of stem cell. Previous studies indicated that inhibition of C-C motif chemokine receptor 2 (CCR2) could enhance the curative effect of lung transplantation by improving the microenvironment. However, the role of CCR2 in MI after stem cell treatment is still remained unclear. Therefore, in this proposal, based on previous study of treating MI by transplanting human induced pluripotent stem cells derived cardiomyocytes (hiPSCs-CM), we plan to perform, by introducing CCR2 inhibitor to improve the microenvironment of MI, transplantation of hiPSCs-CM carried sr39tk reporter gene in MI rat model. Expected aims in this proposal are (1) monitor transplanted hiPSCs-CM in real time using positron emission tomography-computed tomography (PET/CT) and ultrasound to observe the expression of sr39tk reporter gene in vivo; (2) quantitatively analyze the distribution, survival, growth, migration and curative effect of transplanted hiPSCs-CM in enhanced microenvironment; (3) investigate the mechanism of CCR2 inhibitor involved in improving the microenvironment in MI. This study will be helpful to yield optimal therapeutic strategy of hiPSCs-CM.

心肌梗死造成的微环境改变是影响干细胞治疗疗效的重大挑战。研究报道抑制趋化因子受体2（CCR2）能够通过改善肺移植微环境达到提高移植疗效目的，但在其干细胞治疗心肌梗死方面亟待探索。故本项目拟在前期人源性iPSCs诱导分化的心肌细胞（hiPSCs-CM）移植修复心肌梗死的研究基础上，通过引入CCR2拮抗剂以期改善心肌梗死微环境，进一步利用转染sr39tk（突变胸苷激酶）报告基因的hiPSCs-CM，实施大鼠心肌梗死模型干细胞移植治疗；通过正电子断层显像（PET/CT）和超声成像研究，活体状态下从体外直接观察sr39tk报告基因的表达状况，实现对移植hiPSCs-CM实时监测；定量评价移植hiPSCs-CM在改善的微环境中分布、存活、生长、迁移和治疗疗效等关键信息，从整体上阐明、揭示CCR2拮抗剂改善干细胞治疗心肌缺血微环境动态变化规律，为hiPSCs-CM治疗的方案优化提供新思路和新方法。

心肌梗死是心血管疾病中死亡率最高的疾病。从上个世纪至今，心梗治疗经历了心脏移植、药物治疗、手术再通、以细胞治疗为主的心脏再生疗法等具有里程碑意义的方法技术的发展。但药物、手术等治疗手段无法再生坏死心肌，使得干细胞再生疗法在近年来成为研究的热点。尽管干细胞再生疗法发展迅速且有着良好的应用前景，但干细胞移植后在体内的存活、增殖、分化、迁移等作用机制和安全性等问题仍不明确。活体水平研究的不足以及临床转化的脱节极大地制约了干细胞再生真正推广走向临床应用。因此，移植干细胞的在体生物学行为与疗效连续评估的影像学监测至关重要。分子影像学是分子生物学和现代医学影像学相结合的前沿交叉领域，它能无创地从分子水平反映细胞在体内的生物过程并能对其进行定性定量分析。本研究通过新一代 CRISPR/Cas9基因编辑技术将携带三重融合报告基因 TF的质粒整合至人尿液来源诱导多能干细胞（human urine-derived induced pluripotent stem cells, hUiPSCs）中，构建了 TF-hUiPSCs 细胞系，并进一步将其分化为心肌细胞（TF-hUiCMs）。体外水平实验证实，经 CRISPR/Cas9 基因编辑后，TF-hUiPSCs 及 TF-hUiCMs 细胞系均分别维持干细胞和心肌细胞的基本特性，且具有良好的生物发光和 PET 分子影像成像能力；体内实验证实，报告基因成像系统成功监测了移植 TF-hUiCMs 的存活、增殖、迁移等在体生物学行为；移植细胞通过改善左心室收缩功能、微血管形成及葡萄糖代谢等发挥心脏保护作用。本研究将最新的基因工程技术与干细胞的体外、体内成像应用相结合，以实现hiPSC-CMs 治疗的临床转化潜力。