2018年11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

干细胞体内示踪的生物机制

发布时间:2020-05-07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;南京大学  唐明亮研究员;姚红红教授;巢杰教授;王婷婷教授

SPIO对原代螺旋神经元(SGN)的影响

东南大学 唐明亮 研究员

初步以原代螺旋神经元细胞(一种双极性神经元)为研究对象,研究了SPIO进入螺旋神经元的情况,发现SPIO也能内吞进入螺旋神经元,并且含量随着孵育浓度提高而增加,同时发现孵育时间越长其含量也越高,具有时间和浓度依赖性,数据显示100μg/ml 的PLL-SPIO与SGN共孵育24h,平均每个细胞中铁的含量为25pg左右,与此同时原代螺旋神经元细胞在空培养一个月之后依旧可以检测到铁的含量。随后通过CCK8、台盼蓝染色、mito-SOX、流式分析等发现低浓度的PLL-SPIO对SGN的细胞活性没有影响,且低浓度SPIO在细胞体内滞留7天左右也没有显著影响。紧接着,在静磁场和电磁场两种外源磁场模型下,观察SGN在摄入PLL-SPIO之后的1天、3天、7天时神经元长度以及方向的影响,初步发现单纯SPIO、单纯磁场、SPIO和磁场联合作用均能够促进SGN神经突长度的生长,且发现SGN在SPIO和磁场的共同作用下,趋向于磁场的方向生长,该部分结果要继续重复确认。此外通过划痕实验发现,初步结果显示SGN在摄入SPIO后其迁移速度会变慢,但外加磁场能够消除SPIO对SGN迁移的抑制作用。


裸鼠尾静脉注射EGFP荧光神经干细胞的近红外示踪

溶胀标记法和新型材料Fe2O3@DMSA的初步研究

东南大学 姚红红 教授

(1)EGFP荧光神经干细胞近红外-活体成像

裸鼠尾静脉注射EGFP-NSC活体近红外成像在1h、24h和72h仰卧位/右卧位/左卧位/仰卧位均没有观察到明显信号。

(2)EGFP荧光神经干细胞近红外-离体组织器官成像

裸鼠尾静脉注射EGFP-NSC,NSC主要进入肾脏、肺、肝脏等组织,72h时,仅少量NSC进入脑组织。

(3)EGFP荧光神经干细胞荧光成像-离体组织切片

尾静脉注射EGFP-NSC,脑组织中无法观察到EGFP荧光,1h时,心室壁观察到少量EGFP信号,24h和72h时EGFP信号增强,近红外成像和荧光成像均表明24h和72h时肾脏信号最强,肺部EGFP信号随着时间增加而增强,72h时肝脏中心有较多类似点状样EGFP信号,各时间点均无法观察到脾脏EGFP信号。

(4)溶胀法标记SPIO材料

神经干细胞溶胀法标记SPIO标记效率低,标记后的细胞含铁量均低于0.2pg/cell。增大SPIO浓度能提高标记效率,但胞严重受损萎缩,难以恢复外加磁场检测发现溶胀标记SPIO后的神经干细胞几乎不运动,含铁量依然低。间充质干细胞溶胀法标记SPIO标记率低于10%,增大SPIO浓度会损伤细胞,细胞死亡增多。

(5)溶胀法标记Fe2O3@DMSA材料

标记率在95%以上,平均3pg/cell。在外磁场作用下,Fe2O3@DMSA标记的间充质干细胞向磁场方向移动的速率更快。


示踪剂标记的干细胞治疗SiO2诱导肺纤维化的机制研

SPIO nanoparticle-labeled bone marrow mesenchymal stem cellsinhibit pulmonary EndoMT induced by SiO2

东南大学 巢杰 教授

探寻SPIO标记骨髓间充质干细胞的有效性和安全性,并利用构建的SiO2的体外和体内刺激模型,探寻标记的BMSC在体内的归巢、分化等现象,初步探讨干细胞的治疗作用和机制,结果发现,SPIO标记后对干细胞可以在肺内存在至少14天,且对SiO2引起的内皮间质转化具有抑制作用。

内皮间质转化(EndoMT)是SiO2引起肺纤维化的重要机制。前期研究发现,骨髓间充质干细胞(BMSCs)可以抑制由SiO2引起的肺纤维化,但是否对EndoMT具有抑制作用不甚清楚。本课题针对SPIO标记的BMSCs在SiO2引起的EndoMT中的作用及机制进行了研究。本部分采用TIE2-GFP转基因小鼠,结合离体培养的内皮细胞系-HUVEC,综合利用药理学和分子生物学手段,结合影像学手段(CT),对SPIO标记的BMSCs的疗效和归巢等进行了初步探索。结果发现,SPIO标记后,对BMSCs无显著毒性效应,对其疗效无显著影响,BMSCs对SiO2引起的EndoMT具有抑制作用。结果提示,干细胞治疗肺纤维化可能通过EndoMT发挥效应,SPIO标记后可示踪干细胞的归巢。

Abstract: 1) Background: Theendothelial-mesenchymal transition (EndoMT) is a key fibroblast resource duringlung fibrosis induced by SiO2. Studies have shown that bone marrow mesenchymalstem cells (BMSCs) may act as therapeutic candidates for lung fibrosis.However, the effects of BMSCs on EndoMT have not been elucidated, and materialsto label and track grafted cells are urgently needed. Therefore, the currentstudy explored whether BMSCs regulate EndoMT and analyzed the distribution ofMSCs labeled with SPIO nanoparticles during lung fibrosis treatment; 2)Methods: TIE2-GFP mice, human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), andBMSCs labeled with SPIO were used to explore the distributions and therapeuticeffects of BMSCs in vivo and in vitro; 3) Results: SPIOs were transfected intoBMSCs without adverse effects and could be detected immediately via CT imaging;Conditioned medium from BMSCs labeled with or without SPIO attenuated theincreased functional changes and reversed EndoMT induced by SiO2; CT imagingand immunohistochemistry analysis confirmed the distribution and treatmenteffects of BMSCs; 4) Conclusions: Our findings revealed that BMSCs exertedtherapeutic effects on EndoMT and represent a theoretical basis for using SPIOas a promising tracer of MSCs to treat lung fibrosis.

本部分研究结果已投稿。


间充质干细胞(MSCs)对SPIO的动态摄取及分泌作用

南京大学 侯亚义 王婷婷 教授

明确了SPIO对巨噬细胞的激活作用及其缓解脓毒症诱导的肝脏损伤的作用:向巨噬细胞加入不同浓度0μm/mL、50μm/mL、100μm/mL、200μm/mL SPIO培养,采用免疫印迹和免疫荧光检测自噬相关基因。结果显示不同浓度SPIO可以引起巨噬细胞发生自噬。给小鼠5mg/kg的LPS制造脓毒症模型,2小时后给小鼠注射4mg/kg的SPIO,在24h获取小鼠。结果显示LPS诱导的脓毒症模型中4mg/kg的SPIO治疗组降低脓毒症炎症水平。SPIO治疗组能够高表达自噬及通路相关蛋白,SPIO治疗组中高表达抗炎因子IL-10,在动物模型中验证了SPIO缓解脓毒症引起肝损伤的作用。该结果阐明了巨噬细胞可以吞噬SPIO,以及SPIO可以调节巨噬细胞功能的变化,对炎症环境具有缓解作用。