蘇州納米所張智軍研究員等JCR:智能型金-銅基復(fù)合納米粒子作為特發(fā)性肺纖維化治療中干細(xì)胞ROS清除劑和CT示蹤劑的研究
特發(fā)性肺纖維化(IPF)是一種以肺結(jié)構(gòu)破壞和功能損傷為特征的間質(zhì)性肺疾病,患者確診后中位生存期僅2-4年,5年生存率不足20%,因此被稱為“不是癌癥的癌癥”。近些年研究表明,體內(nèi)移植的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)可以通過(guò)分化或旁分泌功能修復(fù)受損的肺泡上皮、緩解肺部免疫環(huán)境失衡,有望成為該疾病的“突破性療法”。然而,纖維化肺部過(guò)度的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激環(huán)境會(huì)導(dǎo)致移植干細(xì)胞死亡,從而嚴(yán)重降低了其治療效果;同時(shí)干細(xì)胞治療IPF的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究,這些都阻礙了該治療方案的臨床轉(zhuǎn)化。
針對(duì)這些問(wèn)題,在前期相關(guān)工作基礎(chǔ)上(ACS Nano 2023, doi.org/10.1021/acsnano.2c11112; Chem. Eng. J. 2023, 459, 141603; Biomaterials 2022, 288, 121731; Nanomed: NBM 2022, 41, 102517),近期中科院蘇州納米所張智軍研究員等開發(fā)了一種由銅氧化物納米粒子(CuxO NPs)和金納米粒子(Au NPs)組裝形成的活性氧(ROS)響應(yīng)性復(fù)合納米粒子(RSNPs)。由于RSNPs能夠高靈敏地響應(yīng)ROS環(huán)境,因此會(huì)對(duì)處于ROS損傷狀態(tài)下的MSCs發(fā)生特異性識(shí)別,通過(guò)釋放具有高效和廣譜抗氧化物酶活性的CuxO NPs來(lái)增強(qiáng)MSCs抵御氧化損傷的能力,從而有效提高移植干細(xì)胞存活率以及IPF的治療效果。與此同時(shí),由于Au較強(qiáng)的X射線衰減系數(shù),RSNPs還可以作為CT成像示蹤劑監(jiān)測(cè)移植MSCs的分布和遷移等行為,有利于深入闡明MSCs在IPF治療中的機(jī)制(圖1)。
研究人員將RSNPs標(biāo)記的MSCs原位移植到IPF模型鼠肺部,通過(guò)CT成像實(shí)現(xiàn)了對(duì)干細(xì)胞持續(xù)21天的可視化追蹤,為闡明干細(xì)胞治療IPF的機(jī)制研究提供了重要的依據(jù)(圖2a)。同時(shí),RSNPs作為智能化的ROS清除劑,顯著提高了MSCs在IPF肺部微環(huán)境中的存活率(圖2b),從而改善了MSCs對(duì)IPF的治療效果(圖3)。
上述研究成果以ROS-activatable nanocomposites for CT imaging tracking and antioxidative protection of mesenchymal stem cells in idiopathic pulmonary fibrosis therapy為題,近期在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Controlled Release在線發(fā)表,中科院蘇州納米所與上海大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士生呂引娟為論文第一作者,中科院蘇州納米所博士后虞成功、黃潔副研究員和張智軍研究員為共同通訊作者。相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院國(guó)際合作項(xiàng)目和江蘇省卓越博士后項(xiàng)目的支持。
圖1. (a) RSNPs的制備和ROS響應(yīng)過(guò)程示意圖;(b)RSNPs在健康細(xì)胞中作為CT成像示蹤劑對(duì)MSCs進(jìn)行穩(wěn)定標(biāo)記;在ROS損傷狀態(tài)下的MSCs中啟動(dòng)崩解機(jī)制、發(fā)揮活性氧清除功能
圖2. (a)RSNPs標(biāo)記的MSCs在IPF治療中21天CT成像示蹤圖,(b)生物發(fā)光成像圖及(c)信號(hào)定量統(tǒng)計(jì)
圖3. (a)治療后IPF模型鼠肺組織CT成像圖片(藍(lán)色:正常通氣區(qū);黃色:不良通氣區(qū);紅色:完全不通氣區(qū))及(b)肺組織切片的H&E和Masson染色圖片
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