2017年9月- 间充质和神经干细胞的体内动态示踪技术与临床转化研究

干细胞纳米示踪剂的研制

发布时间:2020-05-06发件人:消息来源:江苏省生物材料与器件重点实验室

国家重点研发计划项目“间充质和神经干细胞的体内动态示踪技术与临床转化研究”工作进展

东南大学,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所  孙剑飞,张志军,索广力


一、研发并调试了一台频率可调的脉冲磁场发生装置,并利用外部脉冲磁场调控干细胞吞噬磁性纳米颗粒。

东南大学 孙剑飞教授


脉冲磁场的原理是通过单片机控制MOS管有规律的开关,使负载上产生脉冲电流,并在负载(磁环)中产生脉冲磁场。图1中所示为脉冲磁场模拟电路图及各参数。当线圈电感为78μH,频率为5kHz时,负载电流约为15A,磁场峰值为35Gs左右(约为3.5mT),由于电感存在,所以磁场不能回零。

图1 脉冲磁场参数


图2为脉冲磁场调试干细胞吞噬纳米颗粒示意图。将细胞消化后接种到培养板或培养皿上,在培养板外部施加一个脉冲磁场,通过外加的脉冲磁场调控细胞吞噬磁性纳米颗粒的量。刺激方式分为两种,一种为间隔刺激,磁场刺激一段时间后间隔一段时间再对细胞进行刺激,共刺激三次,每次间隔3分钟,设置了五组,分别刺激20秒,40秒,60秒,90秒,120秒;另一种为连续刺激,设置了四组,分别刺激5分钟、10分钟、15分钟、30分钟。


图2脉冲磁场调试干细胞吞噬纳米颗粒示意图

在脉冲磁场刺激过后,我们检测了干细胞的活性及细胞个数,发现脉冲磁场对干细胞的活性及细胞个数均无明显影响,说明利用脉冲磁场调节细胞吞噬磁性纳米颗粒是安全可靠的。图3为脉冲磁场刺激后细胞的活性及细胞个数表征。


图3 脉冲磁场刺激后细胞的活性及细胞个数表征


在3.5mT脉冲磁场刺激后,无论哪种刺激方式,发现细胞内铁含量均呈现下降趋势。脉冲磁场刺激时,细胞为贴壁状态或悬浮状态,细胞内铁含量均呈现下降趋势;脉冲磁场刺激前加入磁性纳米颗粒共孵育,脉冲磁场刺激后再加入磁性纳米颗粒共孵育,细胞内铁含量均呈现下降趋势;脉冲磁场刺激后,不同浓度的磁性纳米颗粒与细胞共孵育,细胞内铁含量均呈现下降趋势;脉冲磁场刺激后,磁性纳米颗粒与细胞共孵育不同,细胞内铁含量均呈现下降趋势。综上实验我们发现,脉冲磁场刺激后,细胞吞噬磁性纳米颗粒的量呈现减少趋势。

图4 脉冲磁场刺激后细胞内铁含量表征


将脉冲磁场刺激后的细胞进行固定脱水处理后对其细胞膜表面进行扫电表征,发现脉冲磁场与磁性纳米颗粒共同刺激后细胞膜表面变粗糙。图5为脉冲磁场刺激后细胞膜表面扫电表征。

图5 脉冲磁场刺激后细胞膜表面扫电表征



将脉冲磁场刺激后的细胞进行固定脱水处理后对其细胞进行透电表征,发现脉冲磁场与磁性纳米颗粒共同刺激后细胞质内磁性纳米颗粒增多。图6为脉冲磁场刺激后细胞透电表征。


图6 脉冲磁场刺激后细胞膜表面透电表征


二、设计、制备了基于金纳米材料的Au/GdNC@SiO2 CT示踪剂

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张智军研究员


利用原位还原的方法在牛血清白蛋白(BSA)上生长金-钆纳米簇(Au-GdNC),并用二氧化硅(SiO2)对其进行包覆,获得Au/GdNC@SiO2纳米材料(图7)。测得的Au/GdNC和Au/GdNC@SiO2的粒径分别为14.7 nm和90.6 nm(图8)。

Au/GdNCAu/GdNC@SiO2

图7 Au/GdNC和Au/GdNC@SiO2纳米材料的扫描电镜图



Au/GdNC                                 Au/GdNC@SiO2

图8 Au/GdNC和Au/GdNC@SiO2纳米材料的水合粒径



与单独的AuNC和GdNC相比,Au/GdNC@SiO2的CT成像效果提高了5倍(图8)。


9 Au/GdNC和Au/GdNC@SiO2纳米材料的CT性能


三、建立了单细胞芯片的方法,实现了高通量的单细胞的3D培养。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所索广力研究员


我们将用单细胞芯片的方法方法进行间充质干细胞(MSC)的单细胞来源的细胞球3D培养,通过对干细胞的自我更新能力的筛选,获得大量的MSC的单细胞球,以此优化和纯化原代培养的MSC,为临床干细胞示踪提供高质量的干细胞。