醫(yī)學(xué)影像學(xué)院博士研究生蔡雯雯利用近紅外二區(qū)熒光/光聲雙模態(tài)成像探針活體示蹤干細(xì)胞并實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞治療急性肝損傷的可視化研究
2020年9月23日醫(yī)學(xué)影像學(xué)院博士研究生蔡雯雯在Biomaterials Science雜志上發(fā)表了題為“NIR-II FL/PA dual-modal imaging long-term tracking of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells labeled with melanin nanoparticles and visible HUMSC-based liver regeneration for acute liver failure”的研究論文，通過(guò)構(gòu)建一種新型的近紅外二區(qū)熒光（NIR-II FI）/光聲（PAI）雙模態(tài)成像探針MNP-PEG-H2，將其作為一種活體干細(xì)胞示蹤劑,，在體外標(biāo)記hUMSCs后進(jìn)行長(zhǎng)期活體示蹤，并實(shí)現(xiàn)hUMSCs治療急性肝損傷過(guò)程的可視化和療效評(píng)估,。
熒光成像（FI）因其高靈敏度和特異性,，且能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)成像而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，目前廣受關(guān)注的NIR-II FI (1000-1700 nm)能夠最大限度的降低生物組織產(chǎn)生的光子散射和自發(fā)熒光,，相比于傳統(tǒng)熒光成像和近紅外一區(qū)熒光成像,，組織穿透程度（?10 mm）更深、信噪比更高,、空間分辨率更好,。光聲成像是近年來(lái)一種新興的無(wú)創(chuàng)成像手段，整合了傳統(tǒng)光學(xué)成像卓越對(duì)比度和超聲成像高時(shí)空分辨率的優(yōu)勢(shì),，已在臨床前進(jìn)行了廣泛的研究并迅速向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化,。在生物體內(nèi)，既可依賴諸如黑色素,、血紅蛋白和脂質(zhì)等內(nèi)源性色素團(tuán)產(chǎn)生的組織內(nèi)光聲信號(hào)差異進(jìn)行成像,，也可以使用外源性分子顯像劑提高靶組織或器官的對(duì)比度和分辨率成像。NIR-II FI和PAI的結(jié)合為開(kāi)發(fā)用于臨床疾病成像,、靶向治療,、療效評(píng)估以及預(yù)后監(jiān)測(cè)等功能的多模態(tài)探針提供了新策略。本研究用NIR-II小分子熒光染料H2對(duì)人體內(nèi)源性黑色素納米顆粒進(jìn)行標(biāo)記,，構(gòu)建了一種生物相容性好且集NIR-II FI和PAI為一體的多功能納米探針MNP-PEG-H2,。
圖1 MNP-PEG-H2的合成模式圖及分子結(jié)構(gòu)式
急性肝損傷以肝細(xì)胞廣泛壞死、進(jìn)展性多器官損傷和其他嚴(yán)重的并發(fā)癥為特點(diǎn),，嚴(yán)重威脅著人類生命健康,，為臨床尋求一種更實(shí)用的急性肝損傷治療方法，對(duì)于提高急性肝損傷治愈率具有重要意義,。間充質(zhì)干細(xì)胞是一類具有自我更新能力、多向分化潛能的細(xì)胞,，在急性肝損傷治療中具有巨大的潛力,。本研究通過(guò)MNP-PEG-H2在體外標(biāo)記hUMSCs后，對(duì)其在體外行NIR-II FI和PAI觀察到由細(xì)胞發(fā)出的熒光和光聲信號(hào),，而將細(xì)胞經(jīng)由皮下注射的方式移植入裸鼠活體后,，通過(guò)NIR-II FI和PAI雙模態(tài)成像長(zhǎng)期進(jìn)行移植細(xì)胞的監(jiān)測(cè)，直至第21天,，由細(xì)胞內(nèi)的MNP-PEG-H2產(chǎn)生的信號(hào)才接近消失,。在對(duì)乙酰氨基酚成功構(gòu)建小鼠急性肝損傷模型后，將標(biāo)記后的hUMSCs經(jīng)尾靜脈注射入小鼠的血液循環(huán)系統(tǒng)中,，在NIR-II熒光和PA圖像中均能夠觀察到hUMSCs在肝臟組織中發(fā)生定植,，且在注射6小時(shí)左右肝臟中聚集的hUMSCs的細(xì)胞數(shù)量最多，且發(fā)現(xiàn)一部分hUMSCs會(huì)經(jīng)肝-腸軸代謝排出體外,。同時(shí)通過(guò)對(duì)小鼠的體重變化情況,、血清中ALT和AST水平以及肝臟組織的病理學(xué)分析,，MNP-PEG-H2標(biāo)記的hUMSCs在進(jìn)入活體后發(fā)揮了很好的治療效果，能夠促進(jìn)肝臟再生和修復(fù)急性肝損傷,。
圖2 MNP-PEG-H2在hUMSCs活體長(zhǎng)期示蹤和和治療急性肝損傷的應(yīng)用示意圖
本研究所構(gòu)建的MNP-PEG-H2納米顆粒具有合成工藝簡(jiǎn)單,，生物相容性和安全性好，良好的穩(wěn)定性等優(yōu)良性能,，可作為一種NIR-II FI和PAI雙模態(tài)示蹤劑進(jìn)行干細(xì)胞活體監(jiān)測(cè),。
