【MaterialsView China】干细胞命运示踪:一种新型近红外二区荧光/生物发光双模活体光学影像技术

  干细胞再生医学的发展正在为现代医学带来一场变革,并被认为是治疗人类组织、器官缺损和病变所等重大疾病最具前景的方法。具有高度自我更新和多向分化潜能的干细胞是组织和器官再生所不可或缺的,是再生医学的基础。对于干细胞移植疗法,如何让移植干细胞准确分布到损伤部位并维持其高的存活率以保障干细胞疗法的疗效,以及如何保障干细胞疗法的安全性,是目前干细胞疗法及其临床转化亟需解决的关键问题。因此,发展可以对移植干细胞在活体内的命运进行原位示踪的活体影像技术,了解移植干细胞在体内的迁移、分布、存活及其最终命运,这对于干细胞的基础研究及其临床转化都具有重要意义。

  在众多影像技术中,活体光学成像技术具有成像速度快、灵敏度高、可以进行多通道成像以及经济快捷等特点,已被广泛应用于干细胞示踪研究。然而,传统的荧光成像的波长大多集中在可见光到近红外一区波段(400-900 nm),存在组织穿透深度低和空间分辨率低的缺点,这大大限制了荧光成像方法的应用。最新的研究表明近红外二区荧光(NIR-II, 1000-1700 nm)在活体组织中具有更少的组织吸收和散射以及更低组织自发荧光特性,可以大大提高荧光成像的组织穿透深度和空间分辨率,在生物医学影像中具有广阔的应用前景。

  近期,中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌研究员课题组开发了一种新型的近红外二区荧光/生物发光双模式光学成像技术,并以急性肝损伤小鼠为模型,实现对移植干细胞在活体内的动态迁移、存活和免疫清除的一体化分析。该影像技术具有以下优势:首先,以Ag2S量子点(荧光峰1200 nm)为探针的高时空分辨的近红外二区荧光成像,可以对干细胞移植全过程实现100 ms时间分辨的实时荧光监测;其次,通过近红外二区荧光成像和可特异指示干细胞活性的生物发光(荧光峰620 nm)成像的共定位和定量分析,可以在活体水平上对活细胞、死细胞的分布及其动态变化进行原位成像分析。从而可以帮助人们了解移植干细胞在活体内的实时动态分布、存活和免疫清除过程,以揭示干细胞的活体命运。

  研究人员相信,该影像技术将在影像指导干细胞移植、干细胞疗法的开发以及干细胞安全性评估等领域具有广泛应用。并且,研究人员也已经开始将这种影像技术应用于临床级干细胞标准的制定研究。相关论文在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201702679)上。

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中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所

苏州纳米所在学科方向布局上坚持“应用需求牵引学科建设,学科建设支撑应用领域”的原则,主要围绕信息、能源、环境以及生命与医药四大应用领域开展研发工作。研究方向主要包括纳米器件及相关材料、纳米生物技术与纳米医学、纳米仿生技术和纳米安全技术。

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