深度聚集磁標記細胞的磁引導的研究

《深度聚集磁標記細胞的磁引導的研究》是依託上海大學，由裴寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：深度聚集磁標記細胞的磁引導的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：裴寧
• 依託單位：上海大學

中文摘要

在幹細胞移植治療心血管疾病中，人們發現不管採用何種移植途徑，真正分布到心臟的移植細胞數量都極其有限。如何提高細胞的心臟歸巢效率已成為幹細胞療法的難點。由於磁引導可以有效增加磁性微粒在組織的分布,為提高幹細胞心臟歸巢率，本課題組提出了磁引導磁標記幹細胞歸巢到心臟的方法。 由於常規的永磁鐵或電磁鐵產生的磁場具有遠離磁極後磁場的強度迅速減少的特點，造成目前磁靶向治療無法深度聚集磁性微粒。對較深的部位（心臟或肝等），傳統的磁引導只能採用有創性手術將磁性材料植入組織。這極大增加了手術的風險。為克服傳統磁導向的局限性，本課題組在自行研發的空間深度聚磁磁場裝置的基礎上設計出了空間深度聚集磁性微粒實驗系統。本項目擬利用空間深度聚集磁性微粒實驗系統全面研究磁場對磁標記骨髓間充質幹細胞的深度聚集作用，獲得磁引導磁標記細胞的規律。理論分析磁標記細胞在磁場作用下的動力學過程，完善磁引導磁標記細胞歸巢心肌的機理。

結題摘要

本項目針對磁靶向研究中的深度無創引導磁性微粒的難點問題展開了系統研究，屬於磁靶向研究中的前沿課題。 首先研究了骨髓間充質幹細胞(MSCs)的最佳磁性處理方案和磁標記MSCs的磁學性質。發現權衡標記效率和標記毒性， “25:0.75 μg/ml Resovist-PLL 24h標記方案”是比較合適的。研究發現磁標記骨髓間充質幹細胞中超順磁性氧化鐵納米微粒（Superparamagnetic Iron Oxide, SPIO）比較均勻地聚集在胞漿中，形成SPIO球殼。導致在很弱磁場下，磁標記骨髓間充質幹細胞內SPIO的磁化強度能達到飽和，磁標記骨髓間充質幹細胞具有很強磁回響能力。 其次,利用有限元模擬結果和實驗結論，確定了深度聚集磁性微粒的最佳磁極結構參數。通過實驗研究了深度聚磁磁場吸附磁性微粒的引導率與流體參數、磁場參數及旋轉台轉速的規律並從理論上解釋了磁性微粒在空間深度聚集磁性微粒實驗系統中流動時的動力學過程。研究發現磁性微粒的聚集量隨著磁場的增強而逐漸增多，隨著流速、轉速或旋轉半徑的增大而逐漸減少。旋轉方法不僅影響磁性微粒的吸附量而且影響磁性微粒的平均吸附直徑，從而改變磁性微粒的吸附形態。 隨後,研究了磁性微粒在磁場中的團聚規律及利用數值模擬解釋團聚規律。發現氧化鐵微粒總是沿著磁感應強度的方向發生吸附，並且隨著磁感應強度的增加，平均吸附長度逐漸增大。隨著流體流速的增加，氧化鐵微粒的平均吸附長度逐漸減小；當流體流速超過一定值時，氧化鐵微粒的平均吸附長度將維持在單個氧化鐵微粒的平均直徑左右，即氧化鐵微粒不會發生吸附聚集。 最後研究了磁標記MSCs的心肌歸巢率及心功能改善療效與磁場的磁感應強度、移植方式的關係, 並且在空間深度聚集磁性微粒實驗系統中實現了磁標記MSCs在大鼠心臟的無創傷性的磁引導。研究發現雖然無論採用冠狀動脈順向移植磁標記MSCs或冠狀靜脈逆向移植MSCs, MSCs的停留都與磁場的強度成正相關，但是在採用冠狀動脈順向移植磁標記MSCs時，過強的磁場會引發細胞的微栓塞，從而消減細胞療效。在深度聚集磁性微粒實驗系統中，尾靜脈注射干細胞治療缺血再灌注大鼠的實驗研究的結果顯示磁靶向提高了受損心肌的細胞停留數量及心功能改善，這表明深度聚磁磁場實現了磁標記MSCs在大鼠心臟的無創傷性的磁引導。