磁性納米顆粒標(biāo)記間充質(zhì)干細胞及對其功能的調(diào)控

馬思雨，王 鵬，楊玉志，孫劍飛，顧 寧

(1.東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 江蘇省生物材料與器件重點實驗室 生物電子學(xué)國家重點實驗室，江蘇 南京 210096)(2.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 臨床醫(yī)學(xué)工程處，江蘇 南京 210008)(3.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 運動醫(yī)學(xué)與成人重建外科，江蘇 南京 210008)(4.蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 蘇州 215123)

1 前 言

干細胞是一類具有自我更新能力并能夠進行分化的多功能細胞，將干細胞移植到體內(nèi)后可以實現(xiàn)組織或器官的再生[1]。干細胞主要通過分化成為目標(biāo)組織、用于基因治療、通過旁分泌改善微環(huán)境等幾種方式進行組織修復(fù)或器官再生[1]。干細胞治療是目前組織修復(fù)領(lǐng)域最有前景的治療方法之一，但是對干細胞移植后分布、活性、分化方向、作用機制等認知的缺乏，成為制約干細胞治療進一步研究的主要瓶頸。目前運用一些方法可以對移植到體內(nèi)的干細胞的分布、活性等情況進行檢測，例如用磁性納米顆粒標(biāo)記干細胞后，利用磁共振成像技術(shù)(magnetic resonance imaging,MRI)有望實現(xiàn)體外無創(chuàng)、實時、安全、有效的長期示蹤觀察和檢測。磁性納米顆粒具有生物可降解、溫和無毒的性質(zhì)，并且可以通過調(diào)節(jié)粒徑調(diào)控磁性[2]，磁性納米顆粒在干細胞研究中主要作為磁共振比對劑，應(yīng)用于干細胞示蹤，且磁性納米顆粒的MRI成像技術(shù)具有靈敏度高、副作用較少、可降解、體內(nèi)留存時間長、毒性低等優(yōu)點[3]。但目前標(biāo)記的干細胞在體內(nèi)死亡、裂解后釋放的氧化鐵納米顆粒能否造成非特異成像目前尚未定論；且由于氧化鐵納米顆粒不能隨細胞的分裂而進行自體復(fù)制，所以在監(jiān)測移植后干細胞的增殖和分化方面存在一定不足[4]。常見的納米顆粒標(biāo)記干細胞的方式有兩種，一種是將納米顆粒依附于細胞表面，另一種是細胞將納米顆粒內(nèi)在化，主要包括直接胞吞作用、受體介導(dǎo)的胞吞作用及轉(zhuǎn)染劑介導(dǎo)的胞吞作用[5,6]。此外，還可以通過外加電磁場、在磁性納米顆粒表面修飾能與靶細胞膜上受體結(jié)合的配體等方法調(diào)控磁性納米顆粒標(biāo)記干細胞。本文對間充質(zhì)干細胞的組織修復(fù)原理、磁性納米顆粒參與協(xié)助間充質(zhì)干細胞的組織修復(fù)以及現(xiàn)有的磁性納米顆粒標(biāo)記干細胞的技術(shù)進行了系統(tǒng)綜述。

2 間充質(zhì)干細胞用于組織修復(fù)

間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是最早在骨髓中被發(fā)現(xiàn)的一種多能干細胞，隨后在骨骼、肌肉、脂肪、肝、肺、臍帶血、羊水中陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)[1]。MSCs不僅具有干細胞獨特的自我更新的能力，還可以在不同的誘導(dǎo)條件下分化為不同的組織，如肌肉組織、骨組織、軟骨組織、神經(jīng)組織、脂肪組織、內(nèi)皮組織、上皮組織等[7]。而且，移植到體內(nèi)后可以遷移到受損組織部位，抑制促炎性細胞因子的釋放，從而提高受損細胞的存活率[1]。一般MSCs的分離方法相對其他細胞而言較為簡單，并且分離后能夠在體外迅速擴增，這使得其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛[8]。MSCs主要通過分化成目標(biāo)組織、用于基因治療、通過旁分泌改善微環(huán)境等幾種方式進行組織修復(fù)。

(1)MSCs分化為目標(biāo)組織治療疾病

通過系統(tǒng)性移植MSCs可以治療一些全身性疾病或局部組織、器官的病變，如血液系統(tǒng)疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病、腫瘤以及糖尿病胰島功能缺陷等[1,9]。體外培養(yǎng)大鼠骨髓MSCs并誘導(dǎo)其分化，發(fā)現(xiàn)骨髓MSCs分化的細胞呈典型的胰島樣細胞增殖。已經(jīng)分化的細胞內(nèi)胰島素mRNA蛋白呈陽性表達，而且分泌到細胞外的胰島素水平明顯高于分化前的細胞。將其注入糖尿病大鼠體內(nèi)可以顯著調(diào)節(jié)血糖水平，這對利用干細胞治療糖尿病提供了新的思路[9-11]。

MSCs在進行系統(tǒng)移植時，還可以通過細胞因子誘導(dǎo)和局部環(huán)境定位到特定的組織和器官。在多項臨床前的動物實驗中，MSCs通過誘導(dǎo)分化為心肌細胞，重建心血管及肌肉功能，參與恢復(fù)心肌梗死后充血性心力衰竭。此外，將MSCs經(jīng)靜脈注射或直接注射到梗死區(qū)域后，MSCs均可以定位聚集于損傷區(qū)，定向分化為心肌細胞，從而改善心功能[12-14]。

(2)MSCs用于基因治療

MSCs在基因治療中是一種極為理想的靶細胞，在移植前可以將多種外源性目的基因整合至MSCs基因組DNA，移植后能夠長期表達。MSCs不僅能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)染外源性的基因，而且表達的外源基因具有生物活性。研究表明，構(gòu)建B區(qū)缺失的VIII因子cDNA逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，以人的MSCs為靶細胞，在優(yōu)化的轉(zhuǎn)導(dǎo)條件下可以使MSCs表達VIII因子[15,16]。

(3)MSCs通過自身旁分泌改善微環(huán)境

除了利用干細胞移植治療疾病外，一些疾病還能夠利用MSCs分泌的某些細胞活性因子進行治療。例如成體大腦損傷后很難治愈，原因在于成體大腦很少會出現(xiàn)神經(jīng)和軸突的再生，受到損傷后中樞神經(jīng)自發(fā)修復(fù)很有限，因此可以嘗試用干細胞分泌的細胞活性因子治療中樞神經(jīng)損傷。Wimpenny等[17]發(fā)現(xiàn)移植的MSCs可以釋放活性軟骨形成蛋白BMP-4，該蛋白能夠促進神經(jīng)祖細胞和干細胞內(nèi)的星型膠質(zhì)細胞的生長。

骨髓MSCs是目前常用于細胞移植治療的組織工程種子細胞，很多研究都致力于利用骨髓MSCs修復(fù)各種缺血梗死的機體組織[18-21]。骨髓MSCs可以通過旁分泌生成血管生成因子及分化為血管內(nèi)皮細胞等途徑來促進血管再生，從而改善組織供血情況。Schumann等[22]將乳酸乙醇酸支架結(jié)合成骨樣細胞的生成血管能力與骨髓MSCs的進行對比，發(fā)現(xiàn)成骨樣細胞與骨髓MSCs分泌的血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)相當(dāng)，血管密度基本一致。近年來有學(xué)者提出，骨髓MSCs的旁分泌機制是促進血管再生的主要機制，骨髓中的MSCs主要功能是支持造血、改善造血環(huán)境；造血干細胞和祖細胞與MSCs、細胞外基質(zhì)以及血管組成的微環(huán)境的接觸可以促進骨髓中的紅細胞、血小板、巨噬細胞、粒細胞等細胞的分化和成熟[23]。造血祖細胞與MSCs的直接接觸是通過表面黏附的相關(guān)分子實現(xiàn)的，這種接觸能夠定位造血祖細胞。血管的形成過程需要許多生長因子的參與，通過MSCs分泌的多種細胞因子，如促血管內(nèi)皮生長因子和促動脈生成長因子等，可以以旁分泌的方式調(diào)控造血細胞的分化與成熟，進而促進新血管的形成，圖1為新血管形成機制示意圖[24]。

圖1 新生血管形成機制示意圖[24]Fig.1 Schematic diagram of angiogenesis mechanism[24]

爆發(fā)性肝衰竭是一種死亡率極高的疾病，Shi等[25]利用骨髓MSCs的肝內(nèi)移植成功治療了患有爆發(fā)性肝衰竭的大動物(豬)。利用多組學(xué)功能關(guān)聯(lián)分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)移植的干細胞主要是通過抑制炎癥介質(zhì)分泌、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)等旁分泌作用，來改變宿主對爆發(fā)性肝衰竭損傷的響應(yīng)，最終促進宿主自身肝臟再生修復(fù)。

3 磁性納米顆粒在干細胞研究中的應(yīng)用

納米尺度的磁性材料(即磁性納米材料)，因其具有良好的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和獨特的磁性效應(yīng)，引起了研究人員的極大興趣[26]。尤其是磁性氧化鐵納米顆粒，如Fe3O4納米材料(磁鐵礦)和γ-Fe2O3納米材料(磁赤鐵礦)，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[27,28]。磁性納米材料并不只有人工合成的，很早之前人們就在大自然和一些生命體中發(fā)現(xiàn)了磁性納米材料，尤其是氧化鐵納米顆粒，人們在趨磁細菌[29]、魚類[30]、昆蟲[31]和鳥類[32]體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了氧化鐵納米顆粒的存在。生命體可以利用自身的氧化鐵納米顆粒感知地球磁場，從而進行導(dǎo)航。氧化鐵納米顆粒具有生物可降解、溫和無毒的性質(zhì)，并且可以通過調(diào)節(jié)粒徑調(diào)控磁性[2]，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中展示出了巨大的應(yīng)用價值。氧化鐵磁性納米顆粒由氧化鐵顆粒、生物相容性外衣、間隔臂及活性分子構(gòu)成，其核心顆粒大小及表面修飾均會影響磁性氧化鐵納米顆粒的磁性及其他性能[33]。最初用于MRI和貧血治療的氧化鐵納米顆粒Ferumoxytol，是目前美國食品和藥物管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)批準的唯一可用于臨床的無機納米材料，因其具有良好的安全性，已被作為藥物廣泛用于炎癥和腫瘤成像的臨床實驗[34]。目前，藥用氧化鐵納米材料主要應(yīng)用于核磁共振造影、體外生物分離、腫瘤磁流體熱療3大領(lǐng)域。氧化鐵磁性納米顆粒在干細胞研究中主要作為磁共振比對劑，應(yīng)用于干細胞示蹤。

3.1 磁共振對比劑

水占了人體質(zhì)量的2/3左右，人體中各個器官和組織中水含量不同，當(dāng)器官或組織發(fā)生病變時，其水含量也會發(fā)生改變。MRI的原理就是利用生物體內(nèi)水分子質(zhì)子在外加磁場作用下產(chǎn)生不同的射頻信號，經(jīng)計算機處理后轉(zhuǎn)化成圖像信息，其信號的強弱取決于生物體組織內(nèi)含水量的多少。與計算機斷層掃描(computed tomography，CT)等成像技術(shù)相比，MRI無放射性，不會對人體組織細胞產(chǎn)生電離輻射，同時還可以通過不同的掃描序列和參數(shù)獲得大量反映體內(nèi)正常組織和各種病變的信息，從而能夠準確地定位病變部位，判斷病變性質(zhì)[35]。

對于病變的組織或器官，其含水量雖然與正常組織不同，但有時利用這種固有的組織特性產(chǎn)生的對比度不能精準地確定某些病變的性質(zhì)，這就需要特殊制備的藥物，經(jīng)腸胃給藥或靜脈注射的方式分布到生物體的病變組織，引起病變組織和正常組織的明顯不同，從而快速準確地診斷出病變部位。這種特殊制備的藥物就是MRI對比度增強劑，簡稱對比劑。對比劑本身并不產(chǎn)生信號，它是通過改變組織內(nèi)的水含量，也就是氫核系統(tǒng)的弛豫時間，使病變組織與周圍組織形成明顯對比[36]。

目前臨床中廣泛使用的是順磁性金屬釓離子(Gd3+)的各種配合物和超順磁性氧化鐵納米顆粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPIONs)作為MRI對比劑[37]。Gd3+對人體的毒性很高，在體內(nèi)沉積后，影響Ca2+、Zn2+等離子的代謝，并對心臟和神經(jīng)有很大的毒性[38]。雖然Gd3+可以與螯合分子形成穩(wěn)定的配合物降低其毒性，但是臨床許可的安全用量仍然很低。最近一些研究表明，Gd3+對比劑的使用會造成肝腎功能不全的患者形成腎源性系統(tǒng)性纖維化，從而使得該類對比劑的安全性遭到質(zhì)疑[39,40]。然而，相較于Gd3+，SPIONs的MRI成像靈敏度高、副作用較少、可降解、體內(nèi)留存時間長且毒性低[3]。此外，鐵是人體所需的必須微量元素之一，成年人體內(nèi)鐵含量高達3～4 g，氧化鐵納米顆粒進入人體后半個月之內(nèi)可以被人體降解吸收，安全性遠高于釓配合物[41]。圖2為Gd3+對比劑與氧化鐵納米顆粒對比劑在神經(jīng)膠質(zhì)瘤假性進展方面的成像效果對比圖。圖2顯示氧化鐵納米顆粒對比劑沒有外泄，但Gd3+對比劑有明顯的泄露情況，如圖2中箭頭所示[42]。與Gd3+對比劑不同，對氧化鐵納米顆粒不需要進行泄露校正[40]。而且，氧化鐵納米顆粒作為對比劑時能夠區(qū)分腫瘤進展和假性進展，是良好的預(yù)后生物標(biāo)志物。當(dāng)有SPIONs存在時，會干擾固有磁場的均勻性，使其所在部位與周圍組織產(chǎn)生不同的磁場敏感性，造成周圍質(zhì)子的快速移相，導(dǎo)致在T2和T1成像的弛豫時間減少[38]。SPIONs作為T2磁共振對比劑的主要作用是改變MRI的R2弛豫，縮短T2時間，減弱T2加權(quán)信號。其在納米范圍內(nèi)穿透能力強，弛豫率為等濃度Gd3+的7～10倍，能在很低濃度下引起MRI成像，表現(xiàn)為信號減低區(qū)域，能與周圍組織形成對比。

但是，利用磁性氧化鐵納米顆粒標(biāo)記干細胞進行MRI示蹤也存在一些問題，例如靈敏度相對不足，且標(biāo)記的干細胞在體內(nèi)死亡、裂解后釋放的氧化鐵納米顆粒能否造成非特異成像目前尚未定論；由于氧化鐵納米顆粒不能隨細胞的分裂而進行自體復(fù)制，所以在監(jiān)測移植后干細胞的增殖和分化方面存在一定不足[4]。

圖2 Gd3+對比劑與氧化鐵納米顆粒對比劑成像效果對比圖[42]Fig.2 Comparison of imaging effects between Gd3+ contrast agent and iron oxide nanoparticle contrast agent[42]

3.2 體內(nèi)細胞示蹤

細胞治療中的一個重要問題是細胞移植進入體內(nèi)后如何對其進行區(qū)分和示蹤，以監(jiān)視它們的遷移、增殖、活性、凋亡等情況。目前，在臨床應(yīng)用和實驗室中多采用組織分析或病理活檢等有創(chuàng)檢查方法來評價細胞的遷移、分化、增殖以及存活數(shù)量等具體情況。這兩種方法都只能對所取出的部分進行檢查，并不能完全反映移植細胞的動態(tài)遷移及在體內(nèi)的生存情況。要闡明治療效果的潛在機制，就必須全面評價移植到體內(nèi)的MSCs的生存狀態(tài)及遷移情況。因此，細胞水平的MRI無疑為無創(chuàng)觀察體內(nèi)細胞遷移和實施細胞追蹤提供了一種新的思路[43]。

MRI一般需要將移植細胞標(biāo)記對比劑，以加強正常組織與移植細胞之間的明暗對比，但目前對細胞進行納米材料的標(biāo)記尚無一套標(biāo)準化流程。一般將待標(biāo)記細胞與納米材料在體外進行共孵育，待納米材料進入細胞后，收集、清洗已標(biāo)記的細胞，然后將標(biāo)記細胞移植入動物或人體內(nèi)，借助MRI技術(shù)觀察細胞的遷移和分布。細胞示蹤常用于免疫細胞示蹤和干細胞示蹤。由于順磁性金屬離子，如Gd3+、Mn2+標(biāo)記細胞的靈敏度較低，需要大量的標(biāo)記細胞，而納米顆?；慕饘匐x子如SPIONs在磁共振掃描儀中可以產(chǎn)生很強的局部磁場，加速周圍水質(zhì)子的弛豫速率從而產(chǎn)生很強的陰影對比效果，在超順磁性納米顆粒標(biāo)記細胞存在的區(qū)域明顯變暗，因此常用磁性納米顆粒標(biāo)記細胞進行細胞示蹤[44]。

超順磁性納米顆粒標(biāo)記的細胞用于MRI示蹤已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種類型的臨床前研究，例如自身免疫T細胞的器官特異性歸巢、毒性T細胞[45]和自然殺傷細胞[46]的腫瘤歸巢以及癌癥疫苗中DC細胞的遷移模式等研究[47]。當(dāng)平均每個樹突狀細胞(dendritic cell,DC)細胞內(nèi)的鐵含量為25 pg時，在磁場強度3 T下可檢測到100 cells/mm2[48]。例如，2009年的一項研究顯示，將標(biāo)記了超順磁性納米顆粒的DC注射到骨髓移植的小鼠右后腿8 d后，利用MRI觀察到在小鼠頸部的淋巴結(jié)有明顯的信號減弱，顯示出DC發(fā)生了定向的遷移[49]。

細胞標(biāo)記中很重要的一點是任何標(biāo)記都不能在本質(zhì)上改變細胞的性質(zhì)，如干細胞不能改變其分化功能，免疫細胞不能改變其免疫學(xué)性質(zhì)。細胞功能一旦發(fā)生改變，會引起治療效率的減弱甚至消失。而且，標(biāo)記細胞的磁性納米顆粒不能對細胞活力、數(shù)量有明顯影響，不能引起明顯的細胞毒性。雖然磁性納米顆粒標(biāo)記的干細胞能夠達到這些細胞安全性的要求[50]，然而也存在一些局限性，例如干細胞的分裂會稀釋細胞內(nèi)磁性納米顆粒的濃度，從而影響長時間的觀察效果；細胞的死亡會導(dǎo)致磁性納米顆粒的分散等。因此如何在保證干細胞的細胞活性、增殖能力的前提下，提高磁性納米顆粒的標(biāo)記效率是干細胞示蹤的首要問題[51]。

3.3 磁性納米顆粒對干細胞生命活動的影響

目前，磁性納米顆粒調(diào)節(jié)干細胞生命活動的研究還比較少，研究表明一些磁性納米顆粒在某些特定條件下可以促進干細胞的增殖分化，但其作用的效果及具體原因有待進一步研究，臨床應(yīng)用也有待進一步開發(fā)[52]。

一些磁性納米顆粒標(biāo)記干細胞后，可以通過促進干細胞的生長而增強其組織修復(fù)的功效，如促進骨髓MSCs的成骨分化和體內(nèi)骨再生[53]。Huang等[54]報道了一種對人骨髓MSCs無毒性的磁性氧化鐵納米顆粒，能夠促進干細胞的生長。這種磁性納米顆?？梢酝ㄟ^提高細胞內(nèi)過氧化物的活性從而減小細胞內(nèi)的過氧化氫；此外，還通過調(diào)節(jié)細胞周期蛋白調(diào)節(jié)因子的表達，加速細胞周期，從而增強干細胞的生長[55]。

Wang等[55,56]利用基因芯片和生物信息學(xué)分析，更好地解釋了磁性納米顆粒促進骨髓MSCs成骨分化的分子機制。其結(jié)果表明，干細胞的基因表達受到磁性納米顆粒的調(diào)控，經(jīng)典的MAPK信號通路被激活。因此，該通路下游的基因被調(diào)控，從而增強了成骨分化。在分子水平上，磁性納米顆粒上調(diào)了對于成骨分化至關(guān)重要的RNA INZEB2的表達，INZEB2的過表達抑制了ZEB2的表達，而ZEB2是抑制成骨轉(zhuǎn)錄的必需因子。圖3為磁性納米顆粒促進成骨分化示意圖。這些結(jié)果讓我們在分子水平上對磁性納米顆粒促進成骨分化的機制有了更加深入的理解，為促進磁性納米顆粒標(biāo)記干細胞的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[53-56]。

此外，將含有超順磁性納米顆粒的明膠海綿植入SD大鼠的門牙窩中，與對照組相比，骨再生明顯增強，成骨細胞和血管內(nèi)皮細胞具有更好的成骨和血管生成性能[53,57]。

4 磁性納米顆粒標(biāo)記干細胞的方式

納米顆粒標(biāo)記干細胞的方式主要有兩種，一種是將納米顆粒依附于細胞表面，另一種是細胞將納米顆粒內(nèi)在化，主要包括直接胞吞作用、受體介導(dǎo)的胞吞作用及轉(zhuǎn)染劑介導(dǎo)的胞吞作用[5,6]，圖4為納米顆粒進入細胞的不同途徑。體內(nèi)實驗中，第一種方式有明顯的局限性，網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)會識別并清除這些SPIONs標(biāo)記的細胞。而通過內(nèi)在化途徑，納米顆粒會留存在干細胞的細胞質(zhì)中，并具有良好的生物相容性[58]。而對于某些非吞噬性細胞，內(nèi)化納米顆粒的效率很低，可以通過在納米顆粒表面包裹病毒包膜或帶正電的高分子聚合物提高轉(zhuǎn)染效率。現(xiàn)階段可用于納米顆粒內(nèi)化的轉(zhuǎn)染劑有多聚賴氨酸、硫酸魚精蛋白和脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染胺等[59-61]。

圖3 磁性納米顆粒促進成骨分化示意圖[55]Fig.3 Schematic illustration of iron oxide nanoparticles promoting osteogenic differentiation[55]

圖4 納米顆粒進入細胞的不同途徑[6]Fig.4 Different internalization pathways of nanoparticles[6]

目前，增強SPIONs跨膜的方法有：外加電磁場使磁性納米顆粒向照射部位靶向聚集[62,63]；在超順磁性納米顆粒表面修飾能與靶細胞膜上受體結(jié)合的配體，使得SPIONs與靶細胞特異性結(jié)合[64]；促進單核-吞噬細胞吞噬SPIONs，促進被動轉(zhuǎn)運；將納米顆粒與微氣泡共混合或?qū)⒓{米顆?；瘜W(xué)偶聯(lián)到微氣泡膜殼表面后超聲輻照，可以提高納米顆粒的標(biāo)記效率。

Yang等[48]將細胞培養(yǎng)于磁控組裝基底上時，會減少磁性納米顆粒對細胞的標(biāo)記。其原因在于組裝體可以促進前纖維蛋白基因過表達，而過表達的前纖維蛋白會抑制內(nèi)吞及膜循環(huán)，造成細胞對磁性納米顆粒攝取減少。

細胞標(biāo)記率與SPIONs濃度呈正相關(guān)，SPIONs濃度越高，細胞標(biāo)記效率越高，但過高的濃度會導(dǎo)致細胞內(nèi)鐵含量過多，影響細胞生物學(xué)活性及增殖能力。SPIONs標(biāo)記細胞的有效安全濃度為20～50 mg/L，以適量濃度標(biāo)記干細胞，不會對其生物學(xué)活性、增殖能力及多向分化能力產(chǎn)生明顯影響[57]。但無論用哪種方法進行干細胞標(biāo)記，標(biāo)記效率與細胞種類都有著密不可分的關(guān)系，在移植前需要對每種類型的細胞進行驗證。其次，在移植前必須對干細胞進行徹底的清洗以便去除過量的納米顆粒，避免殘留在細胞外的納米顆粒導(dǎo)致假陽性信號[58]。

5 結(jié) 語

干細胞治療是目前組織修復(fù)領(lǐng)域中最有潛力的治療方法，但由于缺乏有效的干細胞示蹤技術(shù)等原因，對干細胞移植后的分布、活性、分化方向、作用機制等認知較為缺乏，目前的多數(shù)研究都還停留在實驗階段。需要利用干細胞體內(nèi)示蹤技術(shù)對移植到體內(nèi)后干細胞的分布、活性、分化、凋亡情況進行檢測。MRI成像由于其無輻射、信號穿透衰減少、空間分辨率高、與組織對比度大等優(yōu)點，是現(xiàn)階段比較合適的一種干細胞示蹤方式，且磁性納米顆粒作為MRI的對比劑，有著毒性小、生物相容性好、在體內(nèi)維持循環(huán)時間長、成像質(zhì)量高等優(yōu)點。磁性納米顆粒除了作為對比劑外，還能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生多能干細胞、促進干細胞的分化。但磁性納米顆粒依然存在其應(yīng)用的一些局限性，例如干細胞移植體內(nèi)后，其活性、分化、遷移等性質(zhì)的改變可能會影響干細胞移植后在體內(nèi)的治療、安全性等問題，因此目前多數(shù)研究僅處在體外實驗及動物研究階段。目前促進納米顆粒標(biāo)記干細胞的方法中，將磁性納米顆粒進行表面修飾可以提高標(biāo)記量，物理場的作用特點在于可以實現(xiàn)快速標(biāo)記，結(jié)合兩者的優(yōu)勢將是未來標(biāo)記方式的發(fā)展趨勢。磁性納米材料作為一種新的細胞標(biāo)記途徑具有廣闊的前景，相信隨著干細胞標(biāo)記技術(shù)和分子影像技術(shù)的不斷發(fā)展，干細胞移植體內(nèi)后的治療、安全性問題得到解決，磁性納米材料將在干細胞治療這一重要領(lǐng)域大展身手。