2018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:2020-05-07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

一、建立通过分析处理细胞染色图像来获得细胞内实际铁含量的新方法

东南大学 孙剑飞教授


实验已发现梯度静磁场可以有效地增强纳米示踪剂对干细胞的标记效率和标记量。我们通过提取细胞染色图中的特征信息,与实际测量得到的真实铁含量值建立映射关系,同时基于大量样品的测量从而确定映射关系。首先通过建立合理的模型来表征细胞染色的特征值,如图1所示。

图1. 分析方法模型原理


对于模型中表征蓝色深浅的T值评估其合理性,比较了三种表征蓝色光的模型,针对不同浓度的普鲁士蓝溶液进行色度表征,模型一对普鲁士蓝的颜色变换具有更高的分辨度。针对模型的光稳定性进行了表征,结果表明模型一具有很好的光稳定性。经过大量样本(脐带间充质干细胞)测量后,确定了脐带间充质干细胞的映射图谱(图2)。

 图2. 脐带间充质干细胞铁含量与图像处理的TN值之间的映射关系图


二、新型干细胞CT示踪剂的研制

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


为提高干细胞的标记浓度和标记率,我们在Au纳米粒子表面负载穿膜肽TAT(图3)。以罗丹明B为荧光标记物,从图中可以看出,Au纳米粒子标记修饰TAT(RB-Au@PEG-TAT)后,比未修饰的Au纳米粒子(RB-Au@PEG-NH2)更容易进入细胞。

RB-Au@PEG-TAT   RB-Au@PEG-NH2

图3. RB-Au@PEG-TAT及RB-Au@PEG-NH2标记hMSCs后的激光共聚焦图


进一步流式实验结果发现(图4),RB-Au@PEG-TAT对干细胞的标记率可达100%。并且RB-Au@PEG-TAT与干细胞共孵育4小时后,细胞中RB-Au@PEG-NH2含量达到最大值。

图4. hMSCs分别标记RB-Au@PEG-TAT及RB-Au@PEG-NH2后的流式检测


三、小分子Gd示踪剂的研制

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所邓宗武研究员

设计并合成了一方面可体外化学缩合自组装为Gd-NP,另一方面可被细胞凋亡过程产生的特异性剪切酶caspase-3酶切的小分子Gd基示踪剂Gd-DEVD-CBT(图5),通过酶切实现Gd-NP的解组装并释放出小分子的Gd基示踪剂,实现MRI从暗信号到亮信号的突变从而示踪干细胞在活体内的生理过程。处在合成阶段,尚未进行细胞活体的实验。

图5. Gd-DEVD-CBT


四、用于细胞治疗和示踪的脐带间充质干细胞(UCMSC)的优化研究。

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


我们结合细胞芯片和细胞3D培养技术,设计开发一种可大量生产单细胞来源细胞球(single cellderived sphere, SCDS)的方法,为临床应用和基础研究提供高质量、均一化的间充质干细胞。其细胞干性强,自我更新能力强;细胞活力和生物学特性方面较为均一;尺寸较小,可以直接用于机体注射;细胞球体表面有基质保护,使细胞更易于抵抗不利生存环境;SCDS更易进入G0期,利于细胞保持干性和抵抗不利生存环境(营养匮乏和缺氧等);与2D培养细胞相比,SCDS的离散度更高,利于细胞在机体内运输和分布,归巢能力强;在动物实验中我们发现,SCDS可以更好地促进血管生成和修复肝损伤。基于该结果的论文已投稿,并申请一项国家专利。


五、建立简便、快捷的体外定量检测细胞凋亡的新方法。

南京大学 华子春教授


建立简便、快捷的体外定量检测细胞凋亡的新方法--细胞凋亡的ELISA检测方法;对AnnexinV进行结构改造,筛选亲和力更高的Annexin V变体。建立符合体内药用要求的凋亡检测新探针--Annexin V-ICG合成方法优化、标记效率及性能研究。