MRI示踪超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞移植治疗股骨头缺血性坏死

背景:骨髓间充质干细胞移植是治疗股骨头坏死的发展方向之一。近年来,利用超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记靶细胞再经MRI显像的方法已成为研究的焦点。目的:观察超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞在MRI信号上的变化情况及对兔股骨头坏死的修复效果。方法:将超顺磁性氧化铁标记的兔骨髓间充质干细胞、未标记的骨髓间充质干细胞、生理盐水采用原位移植方式移植入兔股骨头坏死区,行MRI检测,观察移植入坏死区的超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞在SE T2WI、FSE T2WI、GRE T2WI三种扫描序列中信号变化情况;同时行组织学观察及高倍镜下缺损标本边缘新生骨小梁面积百分比行统计学分析。结果与结论:超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞原位移植侧,在SE T2WI、FSE T2WI、GRE T2*WI三种扫描序列中信号减低区即为实验中的靶点,MRI图像示靶点在3种扫描序列中信号强度均有不同程度的降低,而对照侧则无明显信号改变;移植后6周,超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞移植侧高倍镜下缺损标本边缘新生骨小梁面积百分比与未标记的骨髓间充质干细胞移植侧间差异无显著性意义(P0.05),均高于生理盐水移植侧,差异有显著性意义(P0.01)。结果可见超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞与未标记的骨髓间充质干细胞原位移植治疗兔股骨头坏死有着同样的效果,MRI可对超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞进行活体示踪检测。     

MRI活体示踪大鼠脑内超顺磁性氧化铁标记成人神经干细胞

背景:目前判断神经干细胞移植后向脑损伤部位的迁移需要处死受体动物行脑切片检查,且不能进行多点、动态的观察。目的:探讨用MRI活体示踪移植磁化标记成人神经干细胞在创伤性脑损伤模型大鼠脑内迁移和分布的可行性。方法:建立大鼠脑部左侧半球创伤性脑损伤模型,超顺磁性氧化铁体外标记成人神经干细胞。模型建立后2周将标记成人神经干细胞立体定向移植入大鼠脑部右侧半球。在移植后1d、3d、1周和2周分别行大鼠头部MRI。2周后处死大鼠取脑,用普鲁士蓝染色法进行染色,观察标记神经干细胞的迁移。结果与结论:超顺磁性氧化铁体外标记成人神经干细胞的成功率约为85%。移植后行头颅MRI可见位于右侧半球的移植部位FSET2WI和GRET2序列呈环形低信号。随时间推移,创伤性脑损伤后移植标记干细胞组大鼠头颅MRI可见脑内有一低信号线,指向对侧脑挫伤部位,而创伤性脑损伤后移植未标记干细胞组,正常大鼠移植标记干细胞组无信号线。MRI显像结果与脑切片普鲁士蓝染色观察到的结果是相符合的。结果提示用MRI活体示踪移植磁化标记成人神经干细胞在创伤性脑损伤模型大鼠脑内迁移和分布可行、有效。     

体外磁共振观察胎鼠神经干细胞的标记

背景：神经干细胞移植后的细胞存活、识别和迁移需动态监控。 目的：通过体外磁共振技术对胎鼠神经干细胞体外标记,为神经干细胞在神经系统修复中的应用提供依据。 方法：采用胎鼠神经干细胞的分离与培养标记、染色剂鉴定及神经干细胞的活性检测,构建大鼠脑缺血再灌注模型,采用超顺磁性氧化铁颗粒体外标记胎鼠的神经干细胞并移植至模型大鼠左侧脑内,未标记的胎鼠神经干细胞移植至右侧脑中,对标记的细胞进行普鲁士蓝染色,观察其定植和迁移情况,并通过磁共振示踪动态的监测神经干细胞在活体移植之后的信号改变情况。 结果与结论：超顺磁性氧化铁颗粒体外标记胎鼠神经干细胞的方法效率达95%以上,电镜结果显示超顺磁性氧化铁颗粒体外标记胎鼠的神经干细胞内含铁颗粒,且集中在溶酶体和内涵体当中,磁共振结果显示胎鼠标记的神经干细胞呈现低信号改变,细胞活性的影响与未标记组差异无显著性意义,但标记的胎鼠神经干细胞T2WI 与 T2*WI信号降低。证实超顺磁性氧化铁颗粒体外标记胎鼠的神经干细胞可高效表达,磁共振的监控可以用于神经干细胞的活体示踪。   中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞体外诱导分化为神经细胞

背景:一些研究者利用超顺磁性氧化铁对骨髓间充质干细胞进行标记,并利用MRI技术对标记细胞肝内、肾内移植后进行初步的活体示踪,但是,对于超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞后,对其存活、增殖以及分化是否有影响研究较少。目的:观察超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞后,对其存活、增殖以及向神经细胞的分化是否有影响。方法:使用超顺磁性氧化铁标记大鼠骨髓间充质干细胞,采用普鲁士蓝染色法鉴定其标记率、锥虫蓝染色法检测细胞活力、MTT法检测标记干细胞的细胞增殖活力、以1mmol/Lβ-巯基乙醇及无血清DMEM培养液体外诱导标记细胞向神经细胞分化并用免疫组织化学奠定诱导后细胞、再次使用普鲁士蓝染色法鉴定神经细胞内的铁颗粒。结果与结论:普鲁士蓝染色对干细胞的标记率接近100%,锥虫蓝染色显示标记细胞的存活率为97%;MTT法检测发现标记干细胞的增殖活力与未标记干细胞相比差异无显著性意义(P0.05);以β-巯基乙醇诱导后大部分骨髓间充质干细胞分化为神经元样细胞、免疫组织化学阳性,再次普鲁士蓝染色显示铁颗粒位于神经细胞的细胞浆内。提示超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞后,对于干细胞的存活、增殖以及向神经细胞的分化无影响。     

纳米生物探针双标大鼠骨髓间充质干细胞的成活及生长

背景:超顺磁性氧化铁标记可以活体示踪干细胞在动物体内迁徙情况,荧光活性染料DiI对细胞活力和增殖分化影响较小,适合标记和示踪细胞。目的:观察超顺磁性氧化铁及DiI双标骨髓间充质干细胞的效果和安全性。方法:无菌条件下分离大鼠双下肢,低糖DMEM培养液冲出骨髓,运用全骨髓贴壁法体外分离骨髓间充质干细胞,利用差速贴壁原理对细胞进行纯化扩增。对分离纯化并传代培养的大鼠骨髓间充质干细胞标记超顺磁性氧化铁,细胞移植前进行DiI标记。结果与结论:原代培养8-10 d后可分离得到骨髓间质干细胞,传代周期为三四天,超顺磁性氧化铁-DiI标记率近100%,普鲁士蓝染色显示蓝色铁颗粒位于骨髓间质干细胞胞质内,荧光显微镜下胞浆内示红色荧光,锥虫蓝拒染法检测标记和未标记活细胞数目均在95%左右,说明在含超顺磁性氧化铁-DiI的培养基中骨髓间充质干细胞可继续增殖,细胞形态无明显变化。以上结果显示超顺磁性氧化铁-DiI可安全有效地标记骨髓间质干细胞。     

MRI活体示踪心肌梗死大鼠骨髓间充质干细胞的移植

背景：干细胞移植的疗效和安全性评估均需要对体内干细胞的存活、分布、迁徙、增殖及分化进行连续监测。 目的：观察MRI示踪超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞在缺血心肌组织的分布、迁徙情况。 方法：直接贴壁法分离和培养大鼠骨髓间充质干细胞,获得的细胞进行免疫鉴定。以新型超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞,体外MRI成像确定其体内示踪的可行性。标记后锥虫蓝拒染试验、MTT比色试验分别检测标记细胞的活力、增殖情况。60只SD大鼠随机分为3组,制备大鼠心肌梗死模型2周后再次开胸移植含标记骨髓间充质干细胞的PBS混合液、含未标记骨髓间充质干细胞的PBS混合液和等量PBS。于移植后第1天、第3周行MRI检查,动态观察移植细胞的分布、迁徙,并根据MRI图像定位选择性行CD90免疫组化检查。 结果与结论：骨髓间充质干细胞标记后,普鲁士蓝染色见胞浆内蓝色铁颗粒,标记效率为99%,标记细胞与未标记细胞间锥虫蓝拒染率、MTT吸光度差异无显著性意义。体外MRI可检测到标记细胞,并在T2WI及T2W/FFE序列上呈低信号。细胞移植1 d后,在T2WI及T2W/FFE序列上可见标记细胞在梗死心肌边缘呈类圆形低信号;移植3周后,移植区域信号边界模糊,范围扩大,对比度降低。CD90免疫组化检测证实移植细胞可由梗死边缘向梗死区域迁徙。结果可见新型超顺磁性氧化铁可成功对大鼠骨髓间充质干细胞进行标记,细胞标记后可被MRI检测。     

超顺磁性氧化铁标记脐带间充质干细胞后的活体MRI示踪

背景：核磁成像以其有效成像时间长,空间、时间分辨率高,对比度好的优点,在细胞活体示踪中显现出其独有的优势。 目的：观察超顺磁性氧化铁标记人脐带间充质干细胞的适宜浓度,及标记后干细胞移植入心肌梗死实验犬体内的MRI示踪成像。 方法：无菌条件下留取健康新生儿脐带,分离培养间充质干细胞并进行细胞表面标志检测。不同质量浓度的超顺磁性氧化铁标记第3代人脐带间充质干细胞,采用开胸冠状动脉结扎法建立犬心肌梗死模型并经心电图和病理对模型进行鉴定。56 mg/L超顺磁性氧化铁标记干细胞后移植实验组,相同质量浓度超顺磁性氧化铁注射对照组,分别于移植前、移植后第7,28天行核磁显像,第14,28天进行心肌病理检测。 结果与结论：分离得到的人脐带间充质干细胞表达间充质干细胞表面标记CD29,CD44及CD105均在90%以上,不表达造血细胞系的特征CD14,CD34与CD45。超顺磁性氧化铁质量浓度在14-84 mg/L时,对细胞增殖与活性无明显影响,标记率接近100%。心电图及组织病理检测均显示心肌梗死模型制作成功。56 mg/L的超顺磁性氧化铁标记细胞并移植后,核磁可对移植细胞清晰显像;病理检测可见普鲁士蓝染色阳性的细胞,生长方向同心肌细胞一致。提示14-84 mg/L范围的超顺磁性氧化铁可有效标记人脐带间充质干细胞,且核磁可以对超顺磁性氧化铁标记的人脐带间充质干细胞进行活体示踪。     

5-氮胞苷体外诱导骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化:超顺磁性氧化铁颗粒的标记

背景:骨髓间充质干细胞体外经多种诱导剂均可成功转化为心肌样细胞,目前国内外报道中普遍采用的诱导剂为5-氮胞苷。超顺磁性氧化铁颗粒直径小,可被干细胞吞噬,加上其顺磁性可被MRI探测到信号,因而成为目前广泛应用于活体检测干细胞移植的理想示踪剂。目的:与未经标记的干细胞相比,观察超顺磁性氧化铁颗粒标记方式对干细胞体外经5-氮胞苷诱导向心肌样细胞分化效应的影响。方法:分离培养猪骨髓间充质干细胞,实验组采用P3代细胞经超顺磁性氧化铁颗粒标记,标记后细胞经5-氮胞苷体外诱导24h后继续培养,对照组直接经5-氮胞苷诱导。2周后用抗结蛋白、肌球蛋白重链、心肌特异性肌钙蛋白I、连接蛋白43进行免疫细胞化学染色鉴定,经普鲁士蓝染色观察细胞内铁颗粒。结果与结论:5-氮胞苷诱导分化后细胞表达抗结蛋白、肌球蛋白重链、心肌特异性肌钙蛋白I和连接蛋白43,且超顺磁性氧化铁颗粒标记诱导细胞内普鲁士蓝染色呈阳性。提示超顺磁性氧化铁颗粒标记骨髓间充质干细胞经5-氮胞苷体外诱导后可以分化为心肌样细胞。     

超顺磁性氧化铁纳米颗粒体外标记兔骨髓间充质干细胞的安全性以及MRI成像特征*☆

背景：传统的干细胞标记方法常需要病理组织学等侵袭性手段检测,无法动态观察整个实验过程,也不适合临床研究。 目的：观察超顺磁性氧化铁纳米颗粒体外标记对兔骨髓间充质干细胞生物学特性的影响以及标记兔骨髓间充质干细胞的体外MRI成像特征。 方法：采用红细胞裂解贴壁法培养扩增兔骨髓间充质干细胞。采用不同浓度超顺磁性氧化铁纳米颗粒(100,50,25,12.5 mg/L)联合多聚赖氨酸(0.75 mg/L)标记兔骨髓间充质干细胞。对标记兔骨髓间充质干细胞进行MRI检测,观察其成像特征。 结果与结论：25 mg/L的超顺磁性氧化铁纳米颗粒联合0.75 mg/L多聚赖氨酸标记兔骨髓间充质干细胞具有较好的安全性和有效性。此浓度对细胞的生长活性没有影响,不影响骨髓间充质干细胞的成骨成脂分化能力。MRI扫描在T2*WI序列上能明显有效地显像超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记的兔骨髓间充质干细胞。 关键词：超顺磁性氧化铁纳米颗粒;骨髓间充质干细胞;标记;磁共振;安全性 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.06.001     

In vivo and in vitro tracking of bone marrow mesenchymal stem cells delivered to infarcted myocardium by superparamagnetic iron oxide nanoparticles

背景：活体示踪移植干细胞,影像学评估移植细胞动态变化的趋势是目前的热点研究方向。 目的：探讨MRI活体示踪超顺磁性氧化铁标记的骨髓间充质干细胞移植修复心肌的可行性及有效性。 方法：经导管应用球囊封堵前降支动脉建立家猪心肌梗死模型,造模成功的动物随机分为2组：实验组在造模2周后于梗死区中央及梗死边缘区共5个点注射超顺磁性氧化铁-多聚赖氨酸混合物标记的骨髓间充质干细胞悬液1 mL,对照组以同样方法注入等量的生理盐水。 结果与结论：细胞移植后1 h,2周,实验组中4只动物(100%)移植区在磁共振上呈明显的低信号改变,移植后4周示3只动物(75%)细胞移植区有低信号改变。移植后4周,心肌组织荧光免疫组化检测心脏结蛋白、心脏连接蛋白和心肌早期转录蛋白均有表达。结果可见应用MRI技术活体示踪动态观察移植的骨髓间充质干细胞是可行有效的。     

Hepatocyte-like cells from human mesenchymal stem cells engrafted in regenerating rat liver tracked with in vivo magnetic resonance imaging

Cell transplantation using hepatocytes derived from stem cells has been regarded as a possible alternative treatment for various hepatic disorders. Recently, mesenchymal stem cells (MSCs) from the bone marrow have shown the potential to differentiate into hepatocytes in in vitro and in vivo conditions. Noninvasive imaging techniques allowing in vivo assessment of the location of cells are of great value for experimental studies in which these cells are transplanted. We labeled human mesenchymal stem cells (hMSCs) with green fluorescence protein (GFP) and superparamagnetic iron oxide (SPIO) using a transfection agent (GenePORTER). Cellular labeling was evaluated with magnetic resonance (MR) imaging of labeled suspensions, and Prussian blue staining for iron assessment. hMSCs labeled with SPIO and GFP were injected into the portal veins of immunosuppressed, hepatic-damaged rats. MR imaging findings were compared histologically. To identify the differentiation of hMSCs into hepatocytes and to trace the hepatocytes with molecular imaging, we observed the potential of SPIO and GFP double-labeled hMSCs to differentiate into hepatocyte-like cells in the regenerating rat liver. Serial MR imaging showed the possible detection of transplanted cells in the early period of transplantation. Our results indicate that magnetic labeling of hMSCs with SPIO may enable cellular MR imaging and tracking in experimental in vivo settings.     

蛛网膜下腔移植磁标骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤

背景：干细胞移植可以重建中枢神经系统的结构和功能,近年来引起了广泛的关注。 目的：探讨超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞对兔脊髓损伤神经功能恢复的作用。 方法：采用密度梯度离心法和贴壁法体外分离培养兔骨髓间充质干细胞。制作兔脊髓损伤模型,并在蛛 网膜下腔置管以备移植。将实验白兔随机分为3组：标记组移植超顺磁性氧化铁标记细胞;未标记组移植未标记细胞;对照组不移植细胞只注射PBS液。 结果与结论：两移植组在细胞移植14 d后运动功能BBB评分高于对照组,差异有显著性意义(P < 0.05);但两组间差异无显著性意义(P > 0.05)。细胞移植后1,7,14,21,28,35 d,脊髓损伤区域局部组织上出现大量含蓝色铁颗粒的细胞。经蛛网膜下腔移植标记骨髓间充质干细胞可定向迁移到脊髓损伤区域,并能促进脊髓损伤神经功能恢复。     

In vivo Tracking of Mesenchymal Stem Cells Labeled with a Novel Chitosan-coated Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles using 3.0T MRI

This study aimed to characterize and MRI track the mesenchymal stem cells labeled with chitosan-coated superparamagnetic iron oxide (Chitosan-SPIO). Chitosan-SPIO was synthesized from a mixture of FeCl₂ and FeCl₃. The human bone marrow derived mesenchymal stem cells (hBM-MSC) were labeled with 50 µg Fe/mL chitosan-SPIO and Resovist. The labeling efficiency was assessed by iron content, Prussian blue staining, electron microscopy and in vitro MR imaging. The labeled cells were also analyzed for cytotoxicity, phenotype and differentiation potential. Electron microscopic observations and Prussian blue staining revealed 100% of cells were labeled with iron particles. MR imaging was able to detect the labeled MSC successfully. Chitosan-SPIO did not show any cytotoxicity up to 200 µg Fe/mL concentration. The labeled stem cells did not exhibit any significant alterations in the surface markers expression or adipo/osteo/chondrogenic differentiation potential when compared to unlabeled control cells. After contralateral injection into rabbit ischemic brain, the iron labeled stem cells were tracked by periodical in vivo MR images. The migration of cells was also confirmed by histological studies. The novel chitosan-SPIO enables to label and track MSC for in vivo MRI without cellular alteration.     

Highly efficient magnetic stem cell labeling with citrate-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles for MRI tracking

Tracking of transplanted stem cells is essential to monitor safety and efficiency of cell-based therapies. Magnetic resonance imaging (MRI) offers a very sensitive, repetitive and non-invasive in vivo detection of magnetically labeled cells but labeling with commercial superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) is still problematic because of low labeling efficiencies and the need of potentially toxic transfection agents. In this study, new experimental citrate-coated SPIONs and commercial Endorem and Resovist SPIONs were investigated comparatively in terms of in vitro labeling efficiency, effects on stem cell functionality and in vivo MRI visualization. Efficient labeling of human mesenchymal stem cells (MSCs) without transfection agents was only achieved with Citrate SPIONs. Magnetic labeling of human MSCs did not affect cell proliferation, presentation of typical cell surface marker antigens and differentiation into the adipogenic and osteogenic lineages. However, chondrogenic differentiation and chemotaxis were significantly impaired with increasing SPION incorporation. Transplanted SPION-labeled MSCs were visualized in vivo after intramuscular injection in rats by 7T-MRI and were retrieved ex vivo by Prussian Blue and immunohistochemical stainings. Though a careful titration of SPION incorporation, cellular function and MRI visualization is essential, Citrate SPIONs are very efficient intracellular magnetic labels for in vivo stem cell tracking by MRI.     

超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞移植治疗大鼠脑梗死的在体磁敏感加权成像研究

目的 超顺磁性氧化铁(SPIO)体外标记骨髓间充质干细胞(BMSC)移植治疗大鼠脑梗死,使用磁敏感加权成像(SWI)监测BMSC在脑内的分布与迁移.方法 原代培养大鼠BMSC,SPIO体外标记第3代BMSC,倒置显微镜及普鲁士蓝染色观察.改良Longa法制作大鼠左侧脑梗死模型,缺血对侧顶叶脑皮层移植SPIO标记的BMSC.分别在移植后1d、1周、2周和4周进行SWI序列MRI动态观察,移植后4周脑组织普鲁士蓝染色观察.结果 移植后1d、1周、2周和4周SWI序列MRI检测均可显示缺血对侧半球移植的SPIO标记BMSC所致的低信号;移植后2周可见沿胼胝体腹侧走行的线状低信号影;移植后4周移植细胞所致的“彗星状”改变更为明显,彗星尾向缺血侧延伸.移植后4周脑组织切片普鲁士蓝染色显示胼胝体内迁移的蓝染细胞呈条带状排列.结论 SWI序列可显示移植部位SPIO标记BMSC所致的低信号,且可以明确显示其在大鼠脑组织内的迁移.     

SPIO标记骨髓间充质干细胞移植入心肌梗死大鼠的示踪研究

目的探讨超顺磁性氧化铁微粒（SPIO）体外标记骨髓间充质干细胞（BMSCs）及体内示踪移植入大鼠心肌梗死心脏的BMSCs的能力。方法使用左旋多聚赖氨酸-SPIO共培养方式标记BMSCs。采用普鲁士蓝染色观察细胞内铁颗粒,流式细胞术检测细胞活力,将经过SPIO标记的干细胞移植入心肌梗死大鼠心脏,应用1.5TMRI系统行磁标记干细胞成像。超声心动图检测各组心脏的左室射血分数（EF）,左室舒张末期内径（LVIDd）,左室收缩末期内径（LVIDs）及短轴缩短率（FS）。结果普鲁士蓝染色显示,SPIO标记的BMSCs细胞胞质内出现细小的蓝色铁颗粒,标记效率为（99.81±1.57）%;与正常未标记细胞相比较,细胞的活力差异无统计学意义（P〉0.05）。标记了SPIO的BMSCs体内MRI成像时显示,细胞移植区域信号缺失,对应区域病理切片普鲁士蓝染色可见胞浆内染色阳性的细胞。超声心动图显示,PBS组FS移植前后没有明显变化,BMSC组FS从移植前的（23.1±1.88）%上升到第1周的（31.28±4.15）%。BMSC组EF在移植前是（51.13±5.07）%,第1周时上升到（60.12±8.40）%。结论 SPIO能成功地标记BMSCs,且对BMSCs的活力无明显影响。BMSCs移植后能改善心梗大鼠的心功能。SPIO标记的BMSCs移植后在大鼠体内的分布、迁移过程可用MRI进行检测评价。