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一、研究目的探索使用超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记骨髓间充质干细胞的适合浓度,量化体外MRI成像所需的骨髓间充质干细胞的最低细胞密度,证明超顺磁性氧化铁纳米颗粒对骨髓间充质干细胞向成软骨细胞分化无显著影响,为后续更深入的动物实验等提供一定的实验依据和基础。二、研究方法本实验采用全骨髓贴壁法体外分离培养获得原代SD大鼠的自体骨髓间充质干细胞,采用超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记细胞后,观察标记后的骨髓间充质干细胞的细胞增殖、细胞凋亡等生物学行为变化,然后使用磁共振设备进行体外骨髓间充质干细胞的成像,观察和判断标记效果和成像质量等,同时对标记后的干细胞进行体外诱导分化实验,将其诱导分化为成软骨细胞,并观察和判断诱导分化的效果。三、研究结果1.超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记对骨髓间充质干细胞增殖能力的影响。通过从SD大鼠胫骨、股骨的骨组织内分离并培养获得了原代的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSC),并且可以不断传代和扩增细胞,同时保持细胞生物学活性和状态良好。本文所指超顺磁性氧化铁纳米颗粒浓度均为含Fe浓度。通过CCK-8法证明了当超顺磁性氧化铁纳米颗粒的浓度低于7.5μg/ml时,骨髓间充质干细胞的增殖活性没有受到明显影响。还通过普鲁士蓝染色发现超顺磁性氧化铁纳米颗粒的标记率非常高。2.超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记骨髓间充质干细胞体外MR成像。使用3.0T MRI对超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记的骨髓间充质干细胞进行体外成像扫描,成像质量高,可以发现随着骨髓间充质干细胞的细胞密度逐渐增大,在T2WI和T2*WI序列上的细胞信号都逐渐降低。T2WI成像可以发现的最低细胞密度为25×104/ml,T2*WI成像可以发现的最低细胞密度为12.5×104/ml,说明T2*WI比T2WI发现细胞信号改变更为敏感。3.超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记对骨髓间充质干细胞成软骨分化能力的影响。通过将超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记的骨髓间充质干细胞进行诱导分化为成软骨细胞的培养,并使用阿利新蓝染色进行鉴别,发现了未标记的骨髓间充质干细胞和被标记的骨髓间充质干细胞都生长、分化状态良好,可见到分泌出内酸性粘多糖。四、结论1.浓度为0,2.5,5,7.5μg/ml的超顺磁性氧化铁纳米颗粒对骨髓间充质干细胞的细胞增殖活性没有显著影响,而当浓度为10,12.5 μg/ml时,干细胞的细胞活性受到了较明显的影响。2.普鲁士蓝染色表明超顺磁性氧化铁纳米颗粒浓度为2.5,5μg/ml时的干细胞标记率低于浓度为7.5,10,12.5 μg/ml时的标记率。3.体外MRI表明当超顺磁性氧化铁纳米颗粒的标记浓度为7.5μg/ml时,标记细胞的T2值随着细胞密度增大而降低,在T2WI成像下可发现的最低细胞密度为25×104/ml,T2*WI成像可以发现的最低细胞密度为12.5×104/ml,说明T2*WI比T2WI发现细胞信号改变更为敏感。4.体外诱导分化实验表明浓度为7.5μg/ml的超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记骨髓间充质干细胞后仍可以经过诱导分化后生长良好并分泌出内酸性粘多糖,但需要进一步研究以确定此标记浓度下分化的细胞是否为成软骨细胞。