孙文等制备抗氧化纳米酶工程化干细胞，用于体内MRI示踪及协同治疗心梗

2024-02-16

信使RNA

引言由于干细胞优良的旁分泌作用、免疫调节功能、抗炎性能等在心肌梗死（简称心梗）治疗中展现出良好的应用前景。虽然干细胞在心梗治疗中已初见成效，但仍然存在一些亟需解决的挑战：1、心梗部高活性氧（ROS）、高氧化应激、炎症等极端的微环境，导致干细胞的存活率和驻留率低而疗效有限；2、干细胞的体能分布、迁移和归巢不明确，阻碍其临床推广应用。纳米酶是一类具有类酶催化活性的功能纳米材料，兼具催化和纳米材料的双重功能，已广泛应用于生物传感、免疫分析、成像、疾病诊疗等领域。其中，高效清除ROS的抗氧化纳米酶，已在细胞保护、抗衰老、炎症、缺血性疾病、神经退行性疾病的治疗中有着举足轻重的地位。此外，纳米酶优良的光、热、磁、声等特性，赋予其成像功能，可作为成像造影剂。因此，结合纳米酶的催化活性和成像功能，构建抗氧化纳米酶工程化干细胞，用于干细胞移植后的体内成像示踪和清除ROS改善微环境协同治疗心梗，具有重要的研究价值。2024年2月14日，同济大学附属东方医院刘中民教授/胡益辉副研究员/乐文俊副研究员和大连理工大学孙文教授合作，在Advanced Functional Materials （IF 19）杂志上发表了题为“Antioxidant Nanozyme-Engineered Mesenchymal Stem Cells for In Vivo MRI Tracking and Synergistic Therapy of Myocardial Infarction”的研究，该研究中作者合成了兼具成像特性和ROS清除活性的多功能纳米酶，通过细胞内吞作用，构建了工程化干细胞，以实现干细胞的体内跟踪和心梗协同增效治疗。Mn3O4@PDA-MSCs的构建及其在体内的MRI示踪和改善微环境增强心梗治疗（Credit: Advanced Functional Materials）作者通过聚合反应在Mn3O4纳米酶的表面修饰了聚多巴胺涂层，即为Mn3O4@PDA。PDA的修饰具有以下优点：1、提高Mn3O4的生物相容性；2、增强SOD类酶催化活性；3、提升T1加权MRI示踪性能。进一步，Mn3O4@PDA通过简单温和的内吞作用进入人脐带间充质干细胞的胞质内，形成Mn3O4@PDA-MSCs，即工程化干细胞（简称E-MSCs）。体外研究发现与MSCs相比，E-MSCs的干性、分化、迁移、抗氧化和抗炎等性能显著增强。体内示踪实验表明移植24小时内E-MSCs在心梗部位的MIR信号明显增强，治疗结果表明E-MSCs同时发挥了纳米酶的抗氧化和抗炎作用以及MSCs的再生和血管生成功能，从而降低心梗小鼠的心肌纤维化，增强心功能。Mn3O4@PDA-MSCs及Mn3O4@PDA在体内的MRI成像（Credit: Advanced Functional Materials）Mn3O4@PDA-MSCs、MSCs、Mn3O4@PDA的体内心梗治疗（Credit: Advanced Functional Materials）该研究首次报道了抗氧化纳米酶工程化干细胞。一方面，纳米酶的T1加权特性，可实现干细胞的体内MRI示踪；另一方面，纳米酶可改善心梗微环境（清除ROS、缓解氧化应激、降低炎症），提升干细胞的活性，增强心梗治疗。研究中详细研究了抗氧化纳米酶的MRI示踪和抗氧化、抗炎、迁移等性能，论述了工程化干细胞的抗炎和促血管生成作用，并应用于具有临床研究意义的心梗治疗研究。本工作为同时实现干细胞的体内示踪和增强治疗提供了新材料、新策略。原文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202314328责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Science最新发布：全世界最前沿的125个科学问题热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文Nature | 癌症与神经系统的致命舞蹈