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’sdisease，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，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。