研究背景:骨髓间充质干细胞（BMSCs）目前骨组织工程和干细胞治疗的最为理想的种子细胞。磁共振成像（MRI）等分子影像学技术常用于BMSC植入体内后的活体示踪。MRI的示踪需要以超顺磁性氧化铁（SPION）或超小型超顺磁性氧化铁（USPION）标记BMSC,但SPION和USPION存在着细胞摄取率低、纳米粒团聚等缺陷。为克服这些缺陷,目前常用的办法是对SPION和USPION进行改型。本项课题拟设计D-氨基葡萄糖（GLcN）和多聚-L-赖氨酸（PLL）双重改型的USPION标记BMSCs,以达到体内示踪的目的。同时探究其标记BMSC后的磁靶向性能。目的:本实验目的是:①利用GLcN和PLL两种转染剂对USPION做改型,增强细胞摄取率和分散性;②评估改型后标记效果及对BMSC性能的影响,并比较不同改型方式之间的优劣;③测试GLcN-PLL-USPION标记BMSC的体内外持续时间,并测试体内MRI示踪性能;④测试GLcN-PLL-USPION的在磁场下的磁靶向能力,探究其作为磁靶向材料的潜力和应用前景。方法:利用含有PMAA涂层的 USPION制备双重改型的GLcN-PLL-USPION。测试其最佳细胞标记浓度,通过计算普鲁士染色面积、细胞标记率和细胞内铁含量评估标记效果。对比采取了不同改型USPION细胞标记效率和细胞内铁含量,评估双重修饰是否较单一修饰存在显著优势。标记BMSC后测量在体外环境下标记持续时间。将GLcN-PLL-USPION标记的BMSC搭载于巯基改性羟基磷灰石水凝胶之中,植入SD大鼠体内评估体内成像效果和体内标记持续时间。最后利用静磁场测试GLcN-PLL-USPIO标记BMSC的迁徙和侵袭能力,评估磁靶向效果。结果:50μg/ml是GLcN-PLL-USPION的最适宜浓度,该浓度下标记效率达到99%以上,细胞铁含量为18.08±1.14 pg/细胞。该浓度下BMSC标记后不影响增殖性能和三系分化潜能。透射电镜结果证实GLcN-PLL-USPION被细胞摄取后存在于细胞质内。对比不同改型标记效果,发现双重改型显著优于单一改型,证明双重改型有助于增加分散性并提高细胞摄取率。体外实验中,GLcN-PLL-USPION标记BMSC后,经过17天后仍能观察到被标记细胞的存在。体内实验中,将标记细胞搭载于CS-TBA/HA/β-GP凝胶中植入大鼠体内,MRI成像效果显著,并且成像持续时间能维持约13天以上。此外,GLcN-PLL-USPION在静磁场作用下做靶向移动,证明了 GLcN-PLL-USPION标记BMSC后的磁靶向潜力。结论:经过双重改型的GLcN-PLL-USPION对BMSC的标记率能达到99%以上,体外标记持续时间在17天左右,体内标记时间能持续13天以上,且MRI成像效果显著,非常适合作为骨组织工程学中BMSC的示踪剂。此外,在静磁场作用下GLcN-PLL-USPION标记BMSC能被有效地牵引,证明了GLcN-PLL-USPION除了 MRI显像效果外,还具有磁靶向能力。