【摘要】:研究背景造血干細(xì)胞移植(hematopoietic stem cell transplantation, HSCT)是指通過大劑量放射治療(簡稱放療)和化學(xué)治療(簡稱化療)預(yù)處理,清除受者原有的造血/免疫系統(tǒng),再通過輸入自體或異體造血干細(xì)胞,使受者重建正常造血及免疫系統(tǒng)。HSCT是一種成功的器官移植模式,根據(jù)來源不同,可分為自體移植和異基因移植。異基因HSCT是目前多數(shù)惡性血液病、某些實(shí)體腫瘤和遺傳性疾病患者唯一的根治手段[1.3]。HSCT后,絕大多數(shù)移植并發(fā)癥和死亡發(fā)生于造血和免疫重建之前,快速、穩(wěn)定的造血重建是免疫重建最基本、最關(guān)鍵的一步,所以,造血系統(tǒng)快速、有效地重建意義重大,可直接影響移植患者的生存率和生存質(zhì)量。目前,細(xì)胞治療主要采用靜脈輸注途徑,細(xì)胞在到達(dá)靶組織前會(huì)首先分布在整個(gè)身體內(nèi)。例如,在HSCT后的第一個(gè)20 h內(nèi),只有(1.56±0.32)%的造血細(xì)胞歸巢至骨髓,絕大多數(shù)的移植細(xì)胞會(huì)首先滯留在肺循環(huán)、肝臟和脾臟中——顯然,造血細(xì)胞歸巢至骨髓是其重建造血系統(tǒng)的前提,提高細(xì)胞靶向植入骨髓的效率可以提高移植的效果。盡管眾多研究者們曾經(jīng)嘗試使細(xì)胞定向遷移至靶組織,但并未突破細(xì)胞移植效率低的難題。究其原因,骨具有特定的解剖結(jié)構(gòu)和生理環(huán)境,若僅依靠微環(huán)境中的各種因子、受體的調(diào)節(jié)和趨化作用等,輸入骨組織的移植細(xì)胞很難在有效時(shí)間內(nèi)在骨髓內(nèi)歸巢、聚集并在“造血龕位”中發(fā)育生長。如何高效地實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的靶向植入?本課題組率先提出了磁力誘導(dǎo)細(xì)胞靶向移植(Magnetism-induced cell target transplantation, MagiC-TT)這一細(xì)胞治療新策略并獲得國家基金(基金號(hào):30901367)。MagiC-TT——首先使細(xì)胞獲得磁性,再在靶器官(如骨髓)局部短期施加一個(gè)適宜參數(shù)的磁場,磁化的細(xì)胞進(jìn)入靶器官后,會(huì)被吸引在局部并定植下來,此時(shí)再撤去磁場,細(xì)胞可繼續(xù)增殖、分化或遷移至其它部位。MagiC-TT通過減少細(xì)胞遷移至靶組織的時(shí)間,以及增加供體細(xì)胞在靶器官的局部濃度來提高細(xì)胞植入的效率。HSCT中最重要的細(xì)胞包括造血干/祖細(xì)胞(Hematopoietic Stem/Progenitor Cells, HS/PCs)及參與形成造血微環(huán)境的間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells-MSCs)。HS/PCs是干細(xì)胞研究與應(yīng)用領(lǐng)域中開展最早,也是迄今研究最為深入的一種成體干細(xì)胞,其在HSCT、基因治療、免疫治療及體外制備血液產(chǎn)品等方面有著極其重要的價(jià)值。而MSCs是一種成熟的、成纖維樣多能細(xì)胞,來源于發(fā)育早期的中胚層,能夠分化成脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞等。MSCs還能夠遷移至靶器官或靶組織,且分泌大量的免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗凋亡、促血管生成、趨化因子等生物活性分子,因此在眾多疾病的治療中有廣泛的用途。故本課題分別采用HS/PCs和MSCs,研究MagiC-TT對(duì)干細(xì)胞靶向移植的作用。研究目的1、在體外,以Fe3O4@PDA@Au納米顆粒磁化RFP-MSCs,比較研究磁化對(duì)RFP-MSCs生物學(xué)特性的影響;2、在體內(nèi),以MagiC-TT介導(dǎo)磁化RFP-MSCs植入小鼠骨髓,探討其骨髓靶向移植的效果及對(duì)RFP-MSCs在體內(nèi)分布與存活的影響;3、在小鼠自體HSCT模型中,以MagiC-TT介導(dǎo)磁化HS/PCs靶向植入骨髓,探討其對(duì)造血重建的影響。研究內(nèi)容第一部分Fe3O4@PDA@Au納米顆粒磁化RFP-MSCs及MagiC-TT介導(dǎo)磁化細(xì)胞體外靶向遷移的研究[方法](1)使用Fe3O4@PDA@Au納米顆粒磁化紅熒光蛋白基因修飾的間充質(zhì)干細(xì)胞(red fluorescent protein gene modified mesenchymal stem cell, RFP-MSCs),分選磁化細(xì)胞并測定細(xì)胞磁化陽性率;(2)比較研究磁化和野生型RFP-MSCs的細(xì)胞形態(tài)、增殖、分化及免疫表型等,探討Fe3O4@PDA@Au納米顆粒的生物安全性和相容性;(3)探究在外加磁場條件下,磁化和野生型RFP-MSCs的細(xì)胞遷移(垂直、水平、逆重力遷移和生長的)能力;(4)體外分離小鼠股骨,分為磁化細(xì)胞組和對(duì)照組,分別注射經(jīng)新霉素耐藥基因和熒光素酶基因修飾的磁化RFP-MSCs (NeoR-Luc-RFP-MSCs)和未磁化的NeoR-Luc-RFP-MSCs,通過生物發(fā)光成像系統(tǒng)觀察兩組熒光細(xì)胞隨磁場位置變化而遷移的情況。[結(jié)果](1)Fe3O4@PDA@Au納米顆粒磁化RFP-MSCs陽性率為(85.36±1.24)%。(2)磁化和野生型RFP-MSCs在細(xì)胞形態(tài)、增殖、分化及免疫表型方面無差異;納米顆粒位于RFP-MSCs細(xì)胞表面及細(xì)胞內(nèi); (3)在外加磁場條件下,磁化NeoR-Luc-RFP-MSCs具有定向遷移能力,而未磁化NeoR-Luc-RFP-MSCs則無;(4)通過生物發(fā)光成像系統(tǒng),可觀察到磁化細(xì)胞組的NeoR-Luc-RFP-MSCs可隨著磁場的位置移動(dòng)。[小結(jié)]本部分實(shí)驗(yàn)證明:Fe3O4@PDA@Au納米顆粒具有良好的生物安全性和相容性;在體外,MagiC-TT法可成功地實(shí)現(xiàn)磁化細(xì)胞的定向遷移及生長,為體內(nèi)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。第二部分MagiC-TT介導(dǎo)Fe3O4@PDA@Au納米顆粒磁化的細(xì)胞對(duì)骨髓靶向移植的效果及對(duì)細(xì)胞體內(nèi)分布與存活的影響[方法](1)NeoR-Luc-RFP-MSCs體內(nèi)實(shí)驗(yàn):野生型BALB/c小鼠隨機(jī)分為磁場組(M組)和對(duì)照組(C組),每組4只,分別經(jīng)股骨注射磁化的NeoR-Luc-RFP-MSCs,使用生物發(fā)光儀觀察兩組小鼠體內(nèi)熒光在不同時(shí)間點(diǎn)的變化;(2)RFP-MSCs體內(nèi)實(shí)驗(yàn):20只增強(qiáng)綠色熒光蛋白(enhanced Green Fluorescent Protein, eGFP)轉(zhuǎn)基因C57BL/6雌性小鼠,均隨機(jī)分為M組和C組(每組10只),在X線引導(dǎo)下股骨穿刺,向兩組小鼠股骨骨髓腔中注射經(jīng)Fe3O4@PDA@Au納米顆粒磁化的RFP-MSCs,但分別加與不加磁場(M組和C組);通過流式細(xì)胞術(shù)、熒光定量PCR、病理切片和自創(chuàng)的半固體脫鈣(semi-solid decalcification, SSD)技術(shù),研究細(xì)胞在體內(nèi)的骨髓靶向移植效果,以及細(xì)胞在體內(nèi)的分布和存活。[結(jié)果](1)小動(dòng)物活體成像儀結(jié)果顯示,在細(xì)胞注射后5 min時(shí),C組的RFP-MSCs在肺臟開始聚集,股骨處熒光逐漸減弱;而M組的熒光可局限在小鼠的股骨處,若在固定磁場1h后撤去磁場,5 min后M組小鼠肺臟出現(xiàn)熒光,15 min時(shí)熒光達(dá)到高峰; (2)普通冰凍切片、流式細(xì)胞術(shù)、熒光定量PCR和SSD技術(shù)觀察結(jié)果顯示,M組的骨髓中可見大量的RFP-MSCs;而C組小鼠骨髓中則很少見到RFP-MSCs,細(xì)胞主要分布在肺、肝、脾等臟器中;(3)病理技術(shù)尤其是SSD處理后的病理學(xué)檢查,清晰地顯示了移植后骨髓內(nèi)紅/綠熒光細(xì)胞(即供、受者細(xì)胞)的位置、形態(tài)及相互作用關(guān)系等;(4)磁化的RFP-MSCs可以在兩組小鼠不同的器官和組織中存活至少3個(gè)月。[小結(jié)]本部分實(shí)驗(yàn)表明:(1)在M組小鼠體內(nèi),MagiC-TT法可成功地實(shí)現(xiàn)磁化RFP-MSCs的靶向遷移,而在早期撤去M組小鼠的磁場后,磁化細(xì)胞可在體內(nèi)遷移; (2)RFP-MSCs在C組小鼠體內(nèi)主要分布在肺、肝、脾等臟器中,骨髓中分布較少;(3)磁化細(xì)胞在小鼠體內(nèi)未見明顯毒性,可在體內(nèi)長期存活。第三部分MagiC-TT法介導(dǎo)造血干/祖細(xì)胞在小鼠自體HSCT模型中促進(jìn)造血重建的研究[方法](1)移植細(xì)胞數(shù)量梯度實(shí)驗(yàn):60只C57BL/6受者雌性小鼠,隨機(jī)分為6組,每組10只小鼠,分別經(jīng)股骨移植(5×106、1×106,1×105的3個(gè)梯度)和尾靜脈移植(5×106、1×106,1×105的3個(gè)梯度)造血干/祖細(xì)胞。各組小鼠移植前經(jīng)7.5 Gy直線加速器進(jìn)行清髓性放療,觀察各組生存率等,確定后續(xù)使用的移植細(xì)胞數(shù)量。(2)造血干/祖細(xì)胞股骨靶向移植實(shí)驗(yàn):34只C57BL/6雌性普通小鼠作為受者,隨機(jī)分為2組,每組17只,兩組小鼠經(jīng)7.5 Gy清髓性放療后,分別于右側(cè)骨髓腔中輸注0.02 ml經(jīng)磁化的來源于GFP C57BL/6小鼠的造血干/祖細(xì)胞懸液(1×106)/只,并分別于右側(cè)股骨外加磁場(M組)或不加磁場(C組),一定時(shí)間后撤去。流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞輸注后不同時(shí)間點(diǎn)(0h、24 h、72 h)處死的兩組小鼠(各3只),比較左右股骨中GFP+細(xì)胞數(shù)量和比例有無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異:觀察兩組剩余小鼠(每組8只)的一般情況、血常規(guī)變化、外周血GFP+細(xì)胞嵌合率等,并使用病理切片、SSD、熒光定量PCR法等探究GFP+細(xì)胞的體內(nèi)分布等。[結(jié)果](1)移植細(xì)胞數(shù)量梯度實(shí)驗(yàn):尾靜脈移植組,輸注5×106個(gè)細(xì)胞的小鼠6/10只存活,輸注1×106和1×105個(gè)細(xì)胞的小鼠均死亡;而股骨移植組中,輸注5×106個(gè)細(xì)胞的小鼠均存活,輸注1×106個(gè)細(xì)胞的小鼠2只存活,1×105的小鼠均死亡;根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以后實(shí)驗(yàn)中每只小鼠移植1×106個(gè)細(xì)胞。(2)造血干/祖細(xì)胞股骨靶向移植實(shí)驗(yàn):①M(fèi)組和C組小鼠于清髓性放療后體重進(jìn)行性下降,精神狀態(tài)欠佳,1周后部分小鼠體重、精神、活動(dòng)逐漸恢復(fù)。②2組小鼠的生存情況分別為:M組7/8小鼠的生存時(shí)間30d;而C組小鼠30d時(shí)存活1/8只,平均生存時(shí)間(12.43±5.13)d,兩組小鼠生存有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。③兩組小鼠造血基本恢復(fù)時(shí),外周血中GFP+比例分別為(94.10±1.97)%和93.82%,表明HSCT造血重建成功。④細(xì)胞輸注后0h、24h、72h,流式檢測兩組小鼠左右股骨中GFP+造血干/祖細(xì)胞結(jié)果顯示:a.組內(nèi)比較:M組小鼠各時(shí)間點(diǎn)股骨中GFP+細(xì)胞比例,均是注射細(xì)胞側(cè)股骨多于對(duì)側(cè)股骨(P0h=0.040, P24h=0.030, P72h=0.049);而C組各時(shí)間點(diǎn)的GFP+細(xì)胞比例在注射細(xì)胞側(cè)與對(duì)側(cè)股骨無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0h=0.184, P24h=0.184, P72h=0.368)。b.組間比較:注射細(xì)胞側(cè)股骨中的GFP+細(xì)胞比例,M組小鼠在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)均多于C組,且有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(Poh=0.007, P24h=0.006, P72h=0.036);而比較M組和C組的對(duì)側(cè)股骨GFP+細(xì)胞比例則無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0h=1.000, P24h=0.083, P72h=0.108).⑤ M組小鼠血小板恢復(fù)時(shí)間較C組快(12.33±2.42) d vs (16.38±2.39) d,P=0.009;且M組小鼠移植后血紅蛋白的最低值較C組高(43.75±13.02) g/L vs (13.75±5.18) g/L,P0.001。⑥病理技術(shù)尤其是SSD體系處理后的病理學(xué)檢查,清晰地顯示了移植后骨髓內(nèi)供受者細(xì)胞的位置、形態(tài)及相互作用關(guān)系等,M組小鼠細(xì)胞注射側(cè)股骨內(nèi)可見大量GFP+細(xì)胞,而C組則很少。[小結(jié)]本部分實(shí)驗(yàn)采用eGFP熒光蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠同基因HSCT的模型,探討了MagiC-TT對(duì)小鼠移植后造血恢復(fù)的影響。結(jié)果表明MagiC-TT能夠?qū)崿F(xiàn)磁化造血干/祖細(xì)胞的股骨靶向移植,可縮短移植后小鼠造血恢復(fù)時(shí)間,提高了生存率。全文總結(jié)本實(shí)驗(yàn)采用自創(chuàng)的MagiC-TT技術(shù)及Fe3O4@PDA@Au NPs新型納米磁化顆粒,通過RFP-MSC的體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)及HS/PCs小鼠同基因HSCT實(shí)驗(yàn),探究了MagiC-TT對(duì)干細(xì)胞體內(nèi)分布的作用及對(duì)造血恢復(fù)的促進(jìn)作用,并通過SSD等技術(shù)平臺(tái),探討了靶向移植后細(xì)胞的歸巢、增殖和相互作用等機(jī)制,從而為MagiC-TT技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】:南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號(hào)】:R457.7
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1 黃皓;MagiC-TT介導(dǎo)干細(xì)胞靶向植入骨髓對(duì)細(xì)胞體內(nèi)分布和造血重建影響的研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2016年
2 程亞增;CMV侵染煙草的細(xì)胞學(xué)觀察及表達(dá)譜分析[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2016年
3 李夢姣;藍(lán)萼甲素對(duì)人肺癌A549細(xì)胞的抑制作用及其機(jī)制[D];蘇州大學(xué);2013年
4 王勇;二甲基亞砜對(duì)貧鈾誘發(fā)人支氣管上皮細(xì)胞損傷的保護(hù)機(jī)制研究[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2006年
5 孫大林;養(yǎng)精膠囊提取液對(duì)Leydig細(xì)胞睪酮合成的影響及機(jī)制研究[D];南京中醫(yī)藥大學(xué);2012年
6 徐玲玲;穩(wěn)恒磁場與抗腫瘤藥物聯(lián)合作用對(duì)腫瘤細(xì)胞殺傷效應(yīng)的研究[D];陜西師范大學(xué);2008年
7 劉曉暉;溫度和銅對(duì)鯉魚肝臟細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響[D];東北師范大學(xué);2006年
8 鄭末;工頻均勻強(qiáng)磁場對(duì)體外培養(yǎng)SNU細(xì)胞影響的研究[D];河北醫(yī)科大學(xué);2004年
9 丁雅明;中晚期小鼠胚胎與惡性腫瘤細(xì)胞H_(22)相互作用的研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2008年
10 何海濱;番荔枝內(nèi)酯單體Desacetyluvaricin對(duì)乙肝相關(guān)肝癌細(xì)胞TLR4、P53蛋白表達(dá)的影響[D];暨南大學(xué);2008年
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2355660