干细胞示踪剂及磁场对神经干细胞调控作用研究

论文摘要

干细胞作为一类具有自我更新和分化潜能的细胞,主要包括胚胎干细胞（Embryonic stem cells,ESCs）和成体干细胞。目前,干细胞已经被广泛应用于组织工程、医学再生、肿瘤研究及神经退行性疾病的治疗等。干细胞研究是当今生物医学领域的热点领域之一。本课题的研究主体神经干细胞（Neural stem cells,NSCs）是一种存在于成体组织的多潜能干细胞,通常可以诱导分化成神经元、星型胶质细胞和少突胶质细胞。神经干细胞已经被用于包括帕金森氏综合征（Parkinson’s disease,PD）、亨廷顿病（Huntington’s disease,HD）、阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）在内的多种神经退行性疾病和其他神经损伤在内的神经疾病的治疗中。干细胞治疗虽然显示出极大的潜能,但其应用中也存在一些亟待解决的问题,例如移植的干细胞存活率低及分化不可控等问题。精准追踪干细胞在体内移植后的存活、迁移、功能等情况对理解干细胞的生理功能及其应用至关重要。因此,开发生物相容性良好的干细胞示踪剂对于干细胞的应用至关重要。目前已有多种纳米材料被报道应用于干细胞的示踪研究及应用中,如本课题研究对象超顺磁性氧化铁纳米材料（Superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPIO）。虽然这些纳米材料是干细胞示踪剂的优越候选者,但是其可能影响干细胞包括增殖与分化在内的生理功能。应用这些纳米材料作为干细胞示踪剂前需要对其进行干细胞效应评估,包括生物安全性检测、对自我更新与定向分化的影响等。本课题研究对象之一SPIO在上世纪末被研制出来,它主要是由功能核纳米氧化铁分子及外包衣壳组成。SPIO已经被应用于临床示踪、药物输送、癌症诊断及治疗等多种生物医学领域。磁场作为一种常用的物理调控手段,也已经在众多应用领域大展身手。其中在生物医学领域,磁场通常与SPIO结合用于药物的输送及核磁成像（Magnetic resonance imaging,MRI）等。特别地,磁场对干细胞的增殖、分化、迁移等多方面也被报道具有一定的调控作用。本课题另外一个研究对象环金属铱（Ⅲ）复合物是一种优良的磷光材料,由于其具有包括高量子产率,较大的斯托克位移,低自发荧光,光稳定性好等优异的物理和化学特性而受到越来越多的关注。铱复合物种类繁多,是一种优异的单、双光子探针,并且已经成功用于特异性标记细胞器、动物活体示踪等实验研究。本课题制备了两种用于干细胞移植的示踪剂——SPIO和基于环金属铱（Ⅲ）的 Ir（MDQ）2acac纳米微球。首先,我们对SPIO与NSCs的入胞、代谢及生物相容性进行检测,发现SPIO能够成功进入NSCs内,并且主要滞留在细胞质溶酶体部位,而且与细胞的生物相容性良好。与此同时,其进入细胞后的代谢较慢,在长达11天的检测中在细胞内仍有大量滞留。另外,本课题的研究还发现SPIO本身能够调控NSCs的增殖、迁移及代谢水平;磁场也会对NSCs的增殖、迁移行为产生一定的影响;将二者同时应用于NSCs时,二者之间会产生复杂的相互作用,进而影响NSCs的增殖、迁移行为。通过转录组学的研究还发现SPIO对NSCs的基因转录表达影响较小,而磁场的影响较大。对Ir（MDQ）2acac纳米微球标记NSCs进行动物活体示踪的研究发现,材料与细胞具有良好的生物相容性,并且在体外的单、双光子成像效果优良。同时将标记的NSCs移植到裸鼠体内,荧光信号可以追踪长达21天。本课题的研究一方面为干细胞移植的示踪提供了两种安全的候选示踪剂,另一方面也加深了运用SPIO及磁场调控NSCs的机制的理解,这些都将为干细胞的应用提供更加广阔的前景。

论文目录

中文摘要

Abstract

主要缩略词表

第一章文献综述

第一节干细胞

1.1 干细胞的概念

1.2 干细胞的分类

1.3 神经干细胞的概念及应用

1.3.1 神经干细胞移植用于治疗阿尔兹海默症

1.3.2 神经干细胞移植用于治疗帕金森症

1.3.3 神经干细胞移植用于治疗亨廷顿舞蹈症

1.3.4 神经干细胞移植用于治疗中风

1.4 干细胞生态位

第二节纳米材料

2.1 纳米材料用于示踪剂的概述

2.2 超顺磁性氧化铁纳米材料

2.2.1 SPIO用于干细胞示踪剂

2.2.2 SPIO用于癌症治疗

2.2.3 SPIO对于干细胞的作用

2.3 光学纳米材料用于示踪剂

第三节磁场

3.1 磁场的概述

3.2 磁场对于干细胞的作用

3.3 磁场与磁性纳米颗粒结合用于医学治疗

第二章实验材料和方法

第一节实验材料及试剂

1.1 实验仪器

1.2 实验试剂

1.3 实验耗材

1.4 试剂配制

第二节实验方法

2.1 实验动物（FVB背景孕鼠）准备

2.2 铱微球材料的扫描电镜（SEM）

2.3 铱荧光微球的吸收及发射光谱检测

2.4 铱微球材料的透射电镜（TEM）

2.5 神经干细胞的分离提取

2.6 神经干细胞扫描电镜（SEM）

2.7 神经干细胞透射电镜（TEM）

2.8 神经干细胞活性检测实验（CCK-8）

2.9 神经干细胞普鲁士蓝染色实验

2.10 神经干细胞内铁元素含量检测（ICP）实验

2.10.1 ICP标准样品配制

2.10.2 细胞样品收集

2.11 神经干细胞免疫荧光实验

2.12 神经干细胞的EdU染色及细胞计数统计分析

2.13 细胞划痕实验

2.14 活细胞工作站检测细胞运动速度实验

2.15 NSCs的RNA提取及反转录、荧光定量PCR实验

第三章实验结果与讨论

第一节 SPIO在NSCs内的定位及生物相容性

1.1 SPIO的材料表征

1.2 超顺磁性氧化铁纳米材料（SPIO）成功标记神经干细胞

1.3 SPIO与NSCs的生物相容性

1.4 SPIO的入胞及代谢规律

第二节 SPIO及磁场条件对NSCs增殖行为的影响

第三节 SPIO对NSCs的转录组学分析

第四节 SPIO对NSCs代谢行为的影响

第五节 SPIO及磁场条件对NSCs迁移行为的影响

第六节铱纳米材料在在干细胞移植示踪医学领域中的作用

6.1 Ir（MDQ）2acac及其荧光微球的材料表征

6.2 Ir（MDQ）2acac荧光微球的材料表征

6.3 Ir（MDQ）2acac荧光微球与NSCs的生物相容性及细胞标记情况

6.4 NSCs的单光子和双光子荧光成像

6.5 动物活体成像实验

第四章小结与展望

致谢

参考文献

作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李丹

导师: 唐明亮,方明

关键词: 神经干细胞,超顺磁性纳米材料,磁场,铱纳米微球

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 东南大学

分类号: Q42

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003925

总页数: 99

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