NRR:中国南京鼓楼医院王斌、张冰和朱泽章团队揭示磁共振成像在有效追踪间充质基质细胞迁移变化及评估脊髓损伤修复能力方面的潜力
麦筱莉,谢园园,王斌
脊髓损伤会导致损伤节段以下区域出现完全或不完全的运动、感觉和括约肌功能障碍[1],给家庭带来数百亿美元的医疗费用负担[2]。保护残余神经功能和再生新的神经回路是脊髓损伤的新治疗策略[3]。间充质基质细胞移植是治疗多种系统性和弥散性疾病的一种高效且有前景的治疗方法[4]。然而,这些研究都面临一个巨大的挑战,目前仍无可用的细胞示踪剂用于研究移植细胞在人体内的代谢过程。对于移植间充质基质细胞在体内的生物学特性,包括细胞活力、分布、迁移和命运的了解非常有限。因此,开发无创示踪技术来动态监测移植间充质基质细胞在患者体内的存活、分布和迁移是非常必要且紧迫的。磁共振成像因其无创性、高分辨率、可重复操作和良好的组织对比度等优点[5],是一种理想的标记细胞追踪技术。研究团队采用国家药品监督管理局批准作为临床试验药物使用的氧化铁纳米颗粒—瑞存标记间充质基质细胞[6, 7],并将其移植到比格犬脊髓损伤部位,探究间充质基质细胞在脊髓局部的动态行为、体内命运和转归。这项研究有望为间充质基质细胞的临床应用提供重要指导。
中国南京鼓楼医院干细胞研究室、影像科和脊柱外科三个科室合作在《中国神经再生研究(英文)》(Neural Regeneration Research)上发表了题为Magnetic resonance imaging tracing of superparamagnetic iron oxide nanoparticle–labeled mesenchymal stromal cells for repairing spinal cord injury”的研究。研究发现,间充质基质细胞和瑞存标记的间充质基质细胞的移植均有效修复了受损的脊髓纤维并部分恢复了急性脊髓损伤中的神经功能。此外,多参数磁共振成像中的T2*和QSM序列在监测间充质基质细胞和瑞存标记的间充质基质细胞移植后的动态变化中表现出显著差异,显示了磁共振成像在有效追踪间充质基质细胞迁移变化及评估脊髓损伤修复能力方面的潜力。这一研究可能在未来间充质干细胞在人体内的示踪研究中发挥关键指导作用。
间充质基质细胞是一种具有自我更新和多能性的中胚层系祖细胞,正在成为一种新兴的脊髓损伤治疗策略[8, 9]。然而直接在损伤部位移植细胞可能会因为氧化应激和炎症反应,导致移植的细胞在病变部位存活不佳[10, 11]。因此,研究在移植细胞前给予手术比格犬静脉滴注地塞米松降低其炎症反应,从而促进移植细胞的存活率。比格犬术后不同时间的的病理染色结果也证实,在术后28d仍可在脊髓损伤局部观察到活的间充质基质细胞(图1)。研究中,瑞存标记的间充质基质细胞移植组的T2*WI上观察到损伤脊髓两侧存在低信号区域。结合免疫组织化学结果,确认从受伤区域迁移到脊髓头部和尾部的间充质基质细胞数量达到了磁共振成像可检测水平,证实了间充质基质细胞具有趋向受伤部位的特性(图2)。前期报道中,QSM技术已广泛应用于脑出血和阿尔茨海默病等脑铁沉积相关神经疾病的诊断和评估[12, 13],但是主要集中在磁共振成像观察,未进行定量分析。研究中,将UTE-QSM技术用于脊髓中纳米铁信号的检测和量化,间接反映了间充质基质细胞移植物的存活、向靶区迁移并与宿主整合。结果表明,瑞存标记在间充质基质细胞中稳定存在超过4周。这也是首次使用UTE-QSM对瑞存标记的间充质基质细胞移植后在局部的量化,并通过定量参数探索了宿主中间充质基质细胞的动态行为。结果展示了UTE-QSM量化铁浓度的能力,显示了良好的线性关系(图2)。
图1 间充质基质细胞移植后28d在脊髓损伤局部观察到活的间充质基质细胞:CD90(间充质基质细胞膜蛋白,绿色)/DAPI(细胞核,蓝色)/CMDiI(间充质基质细胞荧光标记,红色)三重荧光共聚焦图像
图2 瑞存标记的间充质基质细胞在比格犬脊髓损伤局部移植的磁共振成像评估:间充质基质细胞显示了趋向受伤部位的特性,并通过UTE-QSM实现了局部移植的瑞存标记的间充质基质细胞的量化
总之,超顺磁性纳米铁剂瑞存有望成为人体细胞示踪技术的无创成像工具,并且具有增强脊髓损伤修复的潜力。在急性脊髓损伤中,磁共振成像展示了通过示踪纳米铁剂瑞存标记的间充质基质细胞的迁移变化以及评估脊髓损伤修复能力的有效性。这项研究可能在未来间充质干细胞在人体内的示踪研究中发挥关键指导作用。需要注意的是,研究同样存在一些局限性。首先,动物实验未包含假手术组,因此忽略了手术本身对比格犬脊髓损伤模型的影响。其次,磁共振成像技术如DTI和QSM对运动非常敏感。因此,扫描过程中呼吸运动和主动脉搏动等因素的干扰可能会导致测量值的偏差。最后,QSM序列设置和后处理方法主要针对人类头部设计,其在动物脊髓应用中的准确性需要进一步验证。
原文链接:https://doi.org/10.4103/NRR.NRR-D-24-00431
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