结合多模态分子影像技术监测心梗模型中干细胞的归巢及其作用机制研究

对于心肌梗死而言，干细胞移植是一个非常有潜力的治疗手段。目前尚待解决的核心问题是移植细胞在体内的最终命运。对移植干细胞的分布、迁移、增殖及分化等进行高效、无创的在体示踪，是研究干细胞移植的疗效和作用机制的重要环节。本研究采用红色荧光蛋白（RFP）和超小超顺磁性纳米氧化铁颗粒（USPIO）双重标记大鼠脂肪间充质干细胞来移植治疗大鼠急性心梗模型，进行磁共振和荧光在体成像多模态监测干细胞分布及归巢。以病理、免疫组化及电镜等结果做对照，研究USPIO磁共振成像和RFP荧光成像在体监测干细胞分布、迁移和分化的能力，探讨干细胞作用的机制，随访干细胞移植治疗急性心梗的长期疗效及RFP/USPIO长期标记的价值。通过本研究，将推动在活体水平对干细胞移植治疗心梗进行监测，为干细胞作用的疗效和机制提供有力证据，对心肌梗死的治疗具有重要指导意义。

急性心肌梗死是威胁人类生命健康的重要威胁之一，干细胞移植治疗对心梗后心肌的修复与再生有重要意义，但干细胞心肌移植后的生物学行为及其治疗机制仍有许多需要探索之处。本项目在监测干细胞植入后的生物学行为、作用机制及疗效方面进行一系列研究，在双标干细胞制备和活体成像示踪方面获得一定成果。.项目实施过程中，我们首先对干细胞进行高效、安全地纳米铁颗粒标记，完成了体内、体外条件下的磁共振成像。通过共孵育培养，实现USPIO对干细胞的标记。标记后行普鲁士蓝染色、透射电镜观察，证实USPIO标记的阳性率大于99%；台盼蓝染色和MTS细胞活性实验证实标记的安全性；ELISA检测证实USPIO标记对干细胞分泌血管内皮生长因子(VEGF)的水平没有影响。体外条件下，通过T2 map和T2* map序列研究不同数量标记细胞与MR信号参数之间呈线性相关，为细胞定量或半定量的研究奠定了良好基础。通过反复试验和摸索，成功掌握气管插管辅助下，开胸结扎冠脉前降支构建大鼠及小鼠急性心梗模型的要点，为项目的顺利开展创造了必备条件。.项目组在光学成像方面进行了一系列探索。通过基因转染的方式，先后分别构建了转染红色荧光蛋白(RFP)、绿色荧光蛋白(GFP)、萤火虫荧光素酶(Flu)的干细胞和一种花菁染料CyI标记的干细胞。对于四种不同的光学基团，本实验组在体外和体内均进行了大量实验，通过对皮内、皮下及心脏等不同部位的光学成像研究，结果发现只有将萤火虫荧光素酶基因转染的干细胞直接注射至Bal b/c小鼠心肌内，才能实现对干细胞的活体成像示踪，其他类型的光学基团活体光学成像均未成功。因此，本项目组最终选用转染萤火虫荧光素酶基因的干细胞，构建USPIO-Fluc/BMSCs双标干细胞，通过体内、体外的成像研究证实，体外磁共振和光学信号强度均与细胞数量线性相关；活体磁共振成像可见左心室前壁低信号区域，与术中注射位置一致，病理结果显示USPIO与移植干细胞在心肌的分布一致，活体光学成像显示Bal b/c小鼠心梗模型心肌组织中荧光强度逐渐减少。.本项目通过大量实验研究，成功构建了安全、有效的USPIO-Fluc/BMSCs双标干细胞，成功实现磁共振和光学活体示踪成像，并且掌握了短期内图像信号变化特点，磁共振、光学图像及病理切片相互印证，显示了活体示踪的准确性。