醫(yī)學影像學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胞并實現(xiàn)干細胞治療急性肝損傷的可視化研究
2020年9月23日醫(yī)學影像學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胞示蹤劑，在體外標記hUMSCs后進行長期活體示蹤，并實現(xiàn)hUMSCs治療急性肝損傷過程的可視化和療效評估。
熒光成像（FI）因其高靈敏度和特異性，且能實現(xiàn)實時無創(chuàng)成像而在生物醫(yī)學領(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。光聲成像是近年來一種新興的無創(chuàng)成像手段，整合了傳統(tǒng)光學成像卓越對比度和超聲成像高時空分辨率的優(yōu)勢，已在臨床前進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)源性色素團產(chǎn)生的組織內(nèi)光聲信號差異進行成像，也可以使用外源性分子顯像劑提高靶組織或器官的對比度和分辨率成像。NIR-II FI和PAI的結(jié)合為開發(fā)用于臨床疾病成像、靶向治療、療效評估以及預(yù)后監(jiān)測等功能的多模態(tài)探針提供了新策略。本研究用NIR-II小分子熒光染料H2對人體內(nèi)源性黑色素納米顆粒進行標記，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
急性肝損傷以肝細胞廣泛壞死、進展性多器官損傷和其他嚴重的并發(fā)癥為特點，嚴重威脅著人類生命健康，為臨床尋求一種更實用的急性肝損傷治療方法，對于提高急性肝損傷治愈率具有重要意義。間充質(zhì)干細胞是一類具有自我更新能力、多向分化潛能的細胞，在急性肝損傷治療中具有巨大的潛力。本研究通過MNP-PEG-H2在體外標記hUMSCs后，對其在體外行NIR-II FI和PAI觀察到由細胞發(fā)出的熒光和光聲信號，而將細胞經(jīng)由皮下注射的方式移植入裸鼠活體后，通過NIR-II FI和PAI雙模態(tài)成像長期進行移植細胞的監(jiān)測，直至第21天，由細胞內(nèi)的MNP-PEG-H2產(chǎn)生的信號才接近消失。在對乙酰氨基酚成功構(gòu)建小鼠急性肝損傷模型后，將標記后的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小時左右肝臟中聚集的hUMSCs的細胞數(shù)量最多，且發(fā)現(xiàn)一部分hUMSCs會經(jīng)肝-腸軸代謝排出體外。同時通過對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分析，MNP-PEG-H2標記的hUMSCs在進入活體后發(fā)揮了很好的治療效果，能夠促進肝臟再生和修復(fù)急性肝損傷。
圖2 MNP-PEG-H2在hUMSCs活體長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)示蹤劑進行干細胞活體監(jiān)測。
