【MaterialsView China】蘇州納米所張智軍團(tuán)隊(duì)在pH響應(yīng)性AuNPs用于肺纖維化治療中移植干細(xì)胞的CT成像示蹤研究方面取得進(jìn)展
特發(fā)性肺纖維化(IPF)是一種死亡率高、生存期短的惡性疾病,除肺移植外,尚無(wú)有效的治療方案。近年來(lái)的研究表明,干細(xì)胞移植能夠有效緩解IPF的疾病進(jìn)展,有望成為該疾病的“突破性療法”。但是,當(dāng)前臨床上缺乏獲取移植干細(xì)胞體內(nèi)分布和遷移等信息的手段,從而無(wú)法對(duì)治療效果進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估和及時(shí)的醫(yī)學(xué)干預(yù),阻礙了干細(xì)胞治療在臨床上的應(yīng)用。因此,開發(fā)出合適的示蹤技術(shù)監(jiān)控移植干細(xì)胞在體內(nèi)的行為狀態(tài)對(duì)推動(dòng)干細(xì)胞用于IPF的臨床治療具有重要的意義。CT成像技術(shù)由于時(shí)空分辨率高、臨床普及率廣以及在肺部疾病診斷中的優(yōu)勢(shì),成為IPF治療中移植干細(xì)胞示蹤的首選。但是目前基于CT的干細(xì)胞的示蹤技術(shù)普遍存在著示蹤信號(hào)弱、圖像對(duì)比度差、示蹤時(shí)間短等問(wèn)題,因此亟需開發(fā)出合適的干細(xì)胞CT示蹤劑。
基于此,中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張智軍研究員團(tuán)隊(duì)在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目支持下,通過(guò)研制外界刺激響應(yīng)性CT納米示蹤劑,期望實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)程、高靈敏度的干細(xì)胞體內(nèi)示蹤。團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)溫度調(diào)控納米粒子的表面性質(zhì)來(lái)促進(jìn)細(xì)胞標(biāo)記,實(shí)現(xiàn)了移植干細(xì)胞的體內(nèi)CT成像示蹤(J. Mater. Chem. B, 2021, 9(12): 2854-2865)。在此基礎(chǔ)上,最近該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種pH響應(yīng)性金納米粒子,用于移植干細(xì)胞在治療IPF過(guò)程中的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)示蹤。在該策略中,通過(guò)在金納米粒子表面依次修飾pH響應(yīng)性磺酰胺聚合物PSD和細(xì)胞穿膜肽CPP構(gòu)建了一種pH響應(yīng)性金納米粒子示蹤劑CPP-PSD@Au(圖1)。由于CPP較強(qiáng)的跨膜能力,促使CPP-PSD@Au大量地進(jìn)入干細(xì)胞胞內(nèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)干細(xì)胞的有效標(biāo)記,最大標(biāo)記量可達(dá)480 pg Au/細(xì)胞,顯著增強(qiáng)了移植干細(xì)胞的CT成像對(duì)比度。CPP-PSD@Au在細(xì)胞攝取的過(guò)程中經(jīng)歷細(xì)胞內(nèi)的酸性環(huán)境(內(nèi)涵體和溶酶體)時(shí),由于PSD的質(zhì)子海綿效應(yīng)導(dǎo)致對(duì)CPP的靜電吸引減弱,使得納米示蹤劑形成聚集體,從而減緩干細(xì)胞對(duì)其的外排速度,延長(zhǎng)示蹤劑對(duì)干細(xì)胞的標(biāo)記時(shí)間,實(shí)現(xiàn)移植干細(xì)胞的長(zhǎng)期示蹤。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,研究人員將CPP-PSD@Au標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞移植到IPF模型鼠體內(nèi),采用CT成像技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控其在體內(nèi)的分布和遷移過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)移植干細(xì)胞長(zhǎng)達(dá)35天的動(dòng)態(tài)示蹤(圖2)。該工作有助于闡明干細(xì)胞在IPF治療中的作用機(jī)制,推動(dòng)干細(xì)胞療法的基礎(chǔ)研究和臨床轉(zhuǎn)化。
圖1. CPP-PSD@Au的制備和干細(xì)胞示蹤原理示意圖。
圖2. CPP-PSD@Au標(biāo)記的干細(xì)胞在IPF模型小鼠中的CT成像示蹤結(jié)果。
相關(guān)研究成果以“pH-Triggered Aggregation of Gold Nanoparticles for Enhanced Labeling and Long-Term CT Imaging Tracking of Stem Cells in Pulmonary Fibrosis Treatment”為題發(fā)表在Small(DOI:10.1002/smll.202101861)上。論文第一作者為中科院蘇州納米所虞成功博士,通訊作者為張智軍研究員和黃潔副研究員。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFA0104301)、國(guó)家自然科學(xué)基金(81801769)、中科院國(guó)際合作項(xiàng)目(121E32KYSB20200021)以及江蘇省自然科學(xué)基金(BK20180257)等項(xiàng)目的資助。
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