【MaterialsView China】蘇州納米所張智軍團隊在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,尚無有效的治療方案。近年來的研究表明,干細(xì)胞移植能夠有效緩解IPF的疾病進展,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,從而無法對治療效果進行實時評估和及時的醫(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)對推動干細(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,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弱、圖像對比度差、示蹤時間短等問題,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隊在國家重點研發(fā)計劃等項目支持下,通過研制外界刺激響應(yīng)性CT納米示蹤劑,期望實現(xiàn)長時程、高靈敏度的干細(xì)胞體內(nèi)示蹤。團隊前期通過溫度調(diào)控納米粒子的表面性質(zhì)來促進細(xì)胞標(biāo)記,實現(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,最近該團隊開發(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過程中的長期動態(tài)示蹤。在該策略中,通過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較強的跨膜能力,促使CPP-PSD@Au大量地進入干細(xì)胞胞內(nèi),實現(xiàn)對干細(xì)胞的有效標(biāo)記,最大標(biāo)記量可達480 pg Au/細(xì)胞,顯著增強了移植干細(xì)胞的CT成像對比度。CPP-PSD@Au在細(xì)胞攝取的過程中經(jīng)歷細(xì)胞內(nèi)的酸性環(huán)境(內(nèi)涵體和溶酶體)時,由于PSD的質(zhì)子海綿效應(yīng)導(dǎo)致對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)胞對其的外排速度,延長示蹤劑對干細(xì)胞的標(biāo)記時間,實現(xiàn)移植干細(xì)胞的長期示蹤。在體內(nèi)實驗中,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)實時監(jiān)控其在體內(nèi)的分布和遷移過程,實現(xiàn)了對移植干細(xì)胞長達35天的動態(tài)示蹤(圖2)。該工作有助于闡明干細(xì)胞在IPF治療中的作用機制,推動干細(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。該工作得到國家重點研發(fā)計劃(2017YFA0104301)、國家自然科學(xué)基金(81801769)、中科院國際合作項目(121E32KYSB20200021)以及江蘇省自然科學(xué)基金(BK20180257)等項目的資助。
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