【MaterialsView China】金納米粒子用于干細胞體內(nèi)CT示蹤研究進展
干細胞具有遷移和歸巢到損傷部位、分泌細胞因子以及分化為靶細胞的潛能,因此在再生醫(yī)學等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。然而,移植干細胞在體內(nèi)的分布、遷移、存活以及分化等生物學行為尚不清楚,嚴重影響了干細胞療法的臨床應用。因此,研發(fā)能夠準確、無創(chuàng)、動態(tài)監(jiān)測體內(nèi)移植干細胞行為狀態(tài)的可視化影像技術(shù),對于推動干細胞的基礎(chǔ)研究和臨床應用至關(guān)重要。
針對上述挑戰(zhàn)與需求,中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張智軍研究團隊近年來設計構(gòu)建了一系列新型金納米粒子CT示蹤劑,結(jié)合生物發(fā)光等示蹤技術(shù),實現(xiàn)了干細胞的長時程、高靈敏度、穩(wěn)定的活體示蹤,并初步考察了肺纖維化等疾病治療過程中移植干細胞的作用機制,取得了一些重要進展。最近該團隊應邀為View撰寫了干細胞示蹤相關(guān)綜述文章(DOI: 10.1002/VIW. 20200119),作者基于自己的相關(guān)工作積累,結(jié)合最新文獻分析,系統(tǒng)總結(jié)了近年來基于金納米粒子的CT成像技術(shù)在干細胞示蹤中的最新應用進展,重點介紹了多功能金納米粒子基CT示蹤劑的理性設計及其用于干細胞多模態(tài)示蹤策略,探討了如何提高金基納米示蹤劑的CT成像性能,闡明治療過程中干細胞的作用機制。此文最后討論了金基納米材料干細胞CT示蹤技術(shù)研究的挑戰(zhàn),并展望了其未來發(fā)展方向。
本文共同第一作者為課題組黃潔副研究員和博士生鮑紅英,通訊作者為張智軍研究員。相關(guān)工作是在國家重點研發(fā)計劃“干細胞與轉(zhuǎn)化研究”專項(2017YFA0104301)以及國家自然科學基金(81801769)等項目支持下完成的。

計算機斷層掃描(Computed Tomography, CT)成像技術(shù)具有時空分辨率高、組織穿透度深、成本低、掃描時間短等優(yōu)點,是最常見的臨床診斷手段之一。CT也被廣泛用于腫瘤、組織損傷等疾病治療過程中的干細胞示蹤研究。但是,與磁共振成像和光學影像技術(shù)相比,CT示蹤技術(shù)存在檢測靈敏度低、圖像對比度差等缺點。為了克服這些局限性,研究人員通常采用具有高X射線衰減性能的鎢、碘、金基示蹤劑來標記移植干細胞,以增強其CT顯影效果,提高干細胞在體內(nèi)的可視化效果。其中金納米粒子因具有良好的生物相容性、穩(wěn)定的理化性質(zhì)、易于化學合成和功能化等優(yōu)點,被認為是一種理想的干細胞CT示蹤劑。更重要的是,與其他示蹤劑相比,在相同濃度下金納米粒子表現(xiàn)出更高的X射線衰減能力。此外,基于金納米粒子的CT成像技術(shù)還可以與磁共振成像 (MRI)、熒光成像(FL)、生物發(fā)光(BL)和光聲成像(PA)等其他成像方式相結(jié)合,以克服單一成像技術(shù)的不足,為移植干細胞提供更豐富更精準的信息。
綜上,基于金納米粒子的干細胞CT示蹤劑研發(fā)取得了顯著進展。研究表明,通過金納米示蹤劑標記的移植干細胞的長時程、精準CT活體示蹤,并結(jié)合其他生物影像手段,有利于全面、深刻理解疾病治療過程中干細胞的作用機制,指導干細胞的有效、安全治療,加快干細胞療法在臨床的廣泛應用,為眾多患者帶來新的希望。
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