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超順磁性氧化鐵在干細胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應用

劉艷秋李金鳳王運良

解放軍第一四八中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科淄博255300

【關(guān)鍵詞】超順磁性氧化鐵；干細胞移植；神經(jīng)系統(tǒng)疾病

神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，無論是神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性脫髓鞘病為主要特點的自身免疫系統(tǒng)疾病，還是以腦缺血、腦出血為高發(fā)的急性腦血管疾病，其所造成的神經(jīng)功能缺損及嚴重認知功能障礙一直是臨床治療的難點，嚴重威脅著人類的健康和生活，且致死率和致殘率較高，給患者本人、家庭和整個社會帶來沉重的負擔[1-5]。

然而，隨著再生醫(yī)學的發(fā)展，干細胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的探討已成為當今神經(jīng)科學領(lǐng)域研究的熱點[3，6-9]。但如何示蹤植入的干細胞在活體內(nèi)的存活、遷移及分化等一直是科研工作者的研究難題。20紀90年代初即有人將超順磁性氧化鐵(superparamgnetic iron oxides，SPIO)標記的神經(jīng)前體細胞移植入鼠腦內(nèi)，在磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)的T2WI上，植入的神經(jīng)前體細胞局部顯示低信號。自此揭開了干細胞移植的新篇章，無創(chuàng)性示蹤移植細胞在活體內(nèi)的存活、遷移及分化成為現(xiàn)實。本文就近幾年SPIO與干細胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一些相關(guān)研究進行綜述。

1SPIO

1.1SPIO的基本特性SPIO是以葡聚糖等包裹氧化鐵而得的一種新型磁共振對比劑。由于其特殊的化學結(jié)構(gòu)，即使在較弱的磁場中也能產(chǎn)生較強的磁性，撤銷外加磁場后其磁性也隨之消失。不同大小的SPIO其分布、磁性與作用也不同。大的顆粒50～150 nm，可以用作肝、脾等MRI的造影劑。小的顆粒直徑約20 nm，可顯示不同器官的分布，并可改善淋巴結(jié)無創(chuàng)性評估或描繪一個潛在脆弱的動脈粥樣硬化斑塊。SPIO還可以標記細胞，檢測細胞在活體內(nèi)的遷移[10-11]。

1.2SPIO標記干細胞的機制SPIO標記干細胞的機制有多種，包括直接胞吞作用、受體介導的胞吞作用、轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染后介導的胞吞作用、電穿孔法等[12]。其中轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染后介導較為常用。王爽等[13]在國內(nèi)利用轉(zhuǎn)染試劑介導的方法首次以ferumoxides(一種SPIO)作為磁標記探針對神經(jīng)干細胞進行磁標記。其把不同濃度的ferumoxides與神經(jīng)干細胞共同孵育48 h，通過透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)SPIO可以被神經(jīng)干細胞吞噬。

1.3SPIO的安全性檢測SPIO的毒性完全取決于鐵的含量，鐵是人體必需的微量元素，正常范圍內(nèi)的鐵可被人體所吸收，但過量的鐵會對細胞產(chǎn)生一定的毒性[10-11]。Neri對SPIO標記的神經(jīng)前體細胞的研究提示，適當?shù)腟PIO濃度可使標記率達到100%，對細胞的活力和增殖能力無明顯影響，重要的是對干細胞特有的自我更新能力也不產(chǎn)生明顯影響，但隨著氧化鐵的濃度的增加，細胞的活力和增殖能力逐漸受到影響，甚至細胞凋亡壞死[14]。王爽等[14]研究也證明，SPIO的濃度在2.8～16 μg/mL時，隨著濃度的升高對神經(jīng)干細胞的存活、分化無顯著差異，但>22.4 μg/mL時，SPIO的濃度對神經(jīng)干細胞的存活、分化有影響。而對胚胎干細胞和脂肪干細胞進行SPIO標記，研究結(jié)果均證明SPIO對細胞的增殖分化無影響[15-16]。同時也有學者研究，適當濃度的SPIO是否對活體產(chǎn)生影響，結(jié)果表明，無論是局部還是全身注射SPIO，一般注射后14 d都觀察不到SPIO的殘留，更沒有SPIO激活帶來的影響[17]。

2SPIO在神經(jīng)干細胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病領(lǐng)域中的應用

干細胞是一類具有自我更新能力和高度分化潛力的細胞，在合適的條件下或給予適當?shù)恼T導可以分化為多種成體組織細胞。隨著從細胞水平、分子水平對干細胞的深入研究，使干細胞被視為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病很有希望的新途徑、新策略[6-9]。而與SPIO的結(jié)合，又進一步使干細胞的療效得到可觀的依據(jù)，使得干細胞的應用有了更加科學的依據(jù)。

2.1帕金森病(Parkinson′s disease，PD)PD是一種中老年人常見的運動障礙性疾病，以黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性缺失和路易小體形成為病理特征。臨床表現(xiàn)為靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢步態(tài)異常等[2，18]。傳統(tǒng)的左旋多巴等藥物治療效果不明顯且藥物不良反應較多。隨著再生醫(yī)學的發(fā)展，越來越多的人嘗試通過干細胞移植修復受損多巴胺能神經(jīng)元，重建神經(jīng)功能，且療效明顯[19]。王誠等[20]應用6-羥基多巴液直接注入SD大鼠前腦，制作PD模型。取10只成功的SD大鼠模型，通過右側(cè)頸動脈注入SPIO標記的第4代骨髓基質(zhì)細胞(Bone Marrow Stromal Cells，BMSCs)，假手術(shù)組取5只SD大鼠注入生理鹽水，對照組取5只SD大鼠未做任何處理。細胞移植后2、4、6、8周進行行為學觀察及MRI動態(tài)觀察SPIO標記的BMSCs。結(jié)果顯示，接受細胞移植的10只SD大鼠，在移植后第4、6、8周阿撲嗎啡誘發(fā)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)與假手術(shù)組、對照組及治療前相比明顯減少。在移植后第2、4、6、8周通過MRI觀察均能發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)明顯的低信號區(qū)，且隨時間延長，低信號區(qū)逐漸縮小。

2.2多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)MS是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)脫髓鞘為主要病理特點的自身免疫性疾病，此病好發(fā)于20～40歲的中青年，大多數(shù)患者表現(xiàn)為反復發(fā)作的神經(jīng)功能障礙，多次緩解復發(fā)，病情每況愈下，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。目前還未發(fā)現(xiàn)根治此病的藥物，傳統(tǒng)的激素及免疫抑制劑治療只能控制病情急性發(fā)作，在延緩病情進展方面無明顯療效，且此類藥物不良反應較多[3]。近年來，隨著對MS致病機制的不斷深入研究，對MS的治療也發(fā)生了巨大變化。利用細胞移植促進髓鞘再生被認為是治療MS的一種有效方法[3]。Franklin等[22]1999年就已進行了此方面的研究，利用SPIO標記的少突膠質(zhì)細胞前體細胞(CG-4)移植入MS得成年鼠模型，在細胞移植后第1天和第7天SPIO可以作為一種低信號通過MRI顯示出來，并且通過電鏡也可以檢測到。

2.3缺血性腦卒中(cerebral ischemic stroke，CIS)CIS是指各種原因引起的腦部血液供應障礙，使局部腦組織發(fā)生不可逆性損害，導致腦組織缺血、缺氧性壞死。缺血性腦卒中的治療關(guān)鍵在于修復損傷神經(jīng)元、減少神經(jīng)元的死亡[4]。Song等[22]通過閉塞大腦中動脈制作局灶性腦缺血的大鼠模型。在大腦中動脈閉塞24 h以后經(jīng)尾靜脈注入SPIO標記的神經(jīng)干細胞，然后用1.5T倒置MRI間斷觀察4周(缺血前1 d，細胞移植后1 d、3 d，以及以后的每1周)，在鼠的大腦組織切片上，普魯士藍和抗BrdU熒光染色可以鑒別移植細胞，且普魯士藍染色區(qū)域與MRI影像上T2加權(quán)低信號和三維梯度回波信號一致，充分證明了SPIO存在于移植細胞內(nèi)。且SPIO可以通過在MRI影像上顯示的低信號直觀反映移植細胞向損傷組織移行的過程。Rice等[24]也是通過閉塞大腦中動脈制作局灶性腦缺血的大鼠模型，不同的是他們注射的是SPIO標記的脂肪來源干細胞。移植2周后用7T倒置MRI觀察發(fā)現(xiàn)在腦梗死鄰近部位發(fā)現(xiàn)低信號，此低信號區(qū)域與大鼠腦組織普魯士藍染色區(qū)域一致，說明了SPIO可充分標記脂肪來源干細胞，并且可示蹤其在活體內(nèi)的遷移過程。

2.4脊髓損傷(spinal cord injuries，SCI)SPIO標記骨髓間充質(zhì)細胞(mesenchymal stem cells，MSC)移植入脊髓半橫斷損傷的成年鼠模型，在細胞移植后1周，通過MRI可以發(fā)現(xiàn)MSC作為一種低信號向骨髓損傷區(qū)遷移，這種低信號可持續(xù)存30 d。且細胞移植前后的模型鼠在功能恢復方面有了明顯的提高[24]。劉宇等[25]將SPIO標記的MSC通過蛛網(wǎng)膜下腔移植到脊髓損傷大鼠模型。普魯士藍染色后，倒置顯微鏡觀察可發(fā)現(xiàn)大部分移植細胞胞質(zhì)內(nèi)均可見藍色顆粒。移植后3、7、14 d通過MRI觀察，發(fā)現(xiàn)注射部位T2低信號逐漸減弱，脊髓損傷區(qū)域T2低信號逐漸增強。MRI結(jié)果與組織切片熒光檢查一致。

3展望

以往多通過光鏡識別干細胞標記物，必須用傳統(tǒng)的組織病理學檢查，從體內(nèi)取得組織才能進行細胞探測，這顯然不適合進行動態(tài)觀察，更不適用于臨床研究，尤其是神經(jīng)系統(tǒng)疾病。SPIO可以有效地進行活細胞標記，而這種標記方法不會影響細胞的活力、生長、分裂、遷移、分化等生物學功能，對細胞沒有毒性，具有良好的安全性，可以用MRI進行活體示蹤研究，為干細胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的療效帶來更直觀可靠的科學依據(jù)。而科學家們不斷的努力探討，使得SPIO標記干細胞更加高效，如納米化或特殊物質(zhì)涂層。因此，這些方法的應用會使得廣大患者充滿信心地接受干細胞移植，為疾病的治療帶來更多的希望。

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(收稿2015-10-22)

【中圖分類號】R741.05

【文獻標識碼】A

【文章編號】1673-5110(2016)02-0128-02