氧化鐵顆粒標(biāo)志干細(xì)胞磁共振成像示蹤的研究進(jìn)展

張懿娜，莫 子(綜述)，張 禹(審校)

(解放軍第105醫(yī)院放射科，合肥 230031)

通過干細(xì)胞移植來(lái)修復(fù)或替代受損組織的臨床治療方法一直是醫(yī)學(xué)研究的熱門，其中核心問題之一是如何觀察移植后干細(xì)胞的作用部位及生長(zhǎng)分化情況。近年來(lái)，各種迅速發(fā)展的成像技術(shù)既可以檢測(cè)患者體內(nèi)干細(xì)胞的位置，也提高了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的可信度，尤其是磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術(shù)可以無(wú)創(chuàng)無(wú)輻射地長(zhǎng)期示蹤被氧化鐵顆粒標(biāo)志的干細(xì)胞。

1 活體細(xì)胞成像技術(shù)的比較

干細(xì)胞按分化能力大致分為三類:①取自受精卵和早期胚胎(受精1～3 d)的全能干細(xì)胞;②從胚泡(4～15 d)內(nèi)細(xì)胞群中提取的胚胎干細(xì)胞;③多能干細(xì)胞可以形成一些其他組織但并非全部三個(gè)胚層的定型細(xì)胞［1］。目前，多種疾病(如腦缺血、脊髓損傷、心肌梗死等)，均在進(jìn)行干細(xì)胞移植治療的臨床試驗(yàn)研究，但安全性和有效性尚無(wú)定論。移植細(xì)胞的時(shí)空分布狀態(tài)對(duì)于評(píng)估移植的路徑、劑量、周期、效率、細(xì)胞類型來(lái)說(shuō)很重要，這些信息不僅有利于監(jiān)測(cè)和改進(jìn)治療方案，而且可以驗(yàn)證此療法的安全和有效性。因此，用于體內(nèi)細(xì)胞追蹤的細(xì)胞成像技術(shù)非常重要。

用于活體研究的細(xì)胞成像技術(shù)主要有磁共振成像(magnetie resonance imaging，MRI)、CT、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(positron emission tomography，PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(single photon emission tomography，SPET)、光學(xué)成像技術(shù)和超聲波成像技術(shù)。臨床最需要的是一個(gè)可提供高空間分辨率、深部組織探測(cè)、長(zhǎng)時(shí)間跟蹤、動(dòng)態(tài)觀察、環(huán)保安全的成像技術(shù)［2］。超聲價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛，但其空間分辨率和探測(cè)深度難以勝任細(xì)胞顯影方面的應(yīng)用，雖然近些年靶向超聲造影劑的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用有助于提高分辨率，但是這種通過血液循環(huán)積聚在特定靶組織上的造影劑的循環(huán)半衰期較短，可能對(duì)小血管內(nèi)皮細(xì)胞有害，而且超聲檢測(cè)敏感性較低［3］。光學(xué)技術(shù)通過被熒光轉(zhuǎn)基因物質(zhì)標(biāo)志的供體細(xì)胞的生物發(fā)光進(jìn)行細(xì)胞定位成像，可以提供優(yōu)良的分辨率，但穿透力弱，且這種轉(zhuǎn)基因物質(zhì)目前未被批準(zhǔn)使用［4］。因此，光學(xué)的方法仍然只能作為小動(dòng)物的一種顯像模式。

由于同位素標(biāo)志物(例如In)的半衰期很短，SPECT的檢測(cè)周期有限。PET是一種有前景的成像技術(shù)，因?yàn)槠洳皇苌疃鹊南拗颇軌蚍从臣?xì)胞代謝，但是空間分辨率較差，而且面臨著與SPECT同樣的示蹤同位素半衰期較短的問題［2］。然而，最近的基因轉(zhuǎn)染技術(shù)克服了后者的限制，Cao等［5］利用PET對(duì)轉(zhuǎn)染了18F標(biāo)志的單純皰疹病毒胸苷激酶基因的供體細(xì)胞進(jìn)行了數(shù)周的跟蹤。另外，微型硅元素PET探測(cè)器的開發(fā)、γ相機(jī)針孔嵌入技術(shù)的應(yīng)用以及信號(hào)處理方法的進(jìn)步都進(jìn)一步提高了PET的空間分辨率和γ光子采集效能。新近的CT雖然應(yīng)用了雙源技術(shù)和迭代重建法的能譜成像，但是對(duì)于體內(nèi)的細(xì)胞檢測(cè)并不敏感。而且，像CT、PET、SPECT這些檢查方法難以避免電離輻射，在檢查中必須盡量減少活體的照射劑量。

一直以來(lái)，很多學(xué)者對(duì)MRI示蹤細(xì)胞技術(shù)的興趣濃厚，相比而言，磁共振的空間分辨率優(yōu)于PET，但檢測(cè)的敏感性低于PET，而且1H MRI圖像有時(shí)在示蹤細(xì)胞和復(fù)雜的本底信號(hào)的區(qū)分上(如含鐵血黃素、出血灶、金屬鈣、小靜脈等)缺乏特異性。研究者已經(jīng)開始嘗試用含19F的特殊物質(zhì)標(biāo)志細(xì)胞后進(jìn)行19F MRI成像［6］，這種方法可排除組織本底信號(hào)，僅對(duì)濃聚的細(xì)胞群進(jìn)行特異性 MRI，Himmelreich等［7］在氧化鐵標(biāo)志細(xì)胞MRI前使用順磁性造影劑或吸入氧和5%二氧化碳的混合氣體使血管舒張，以此減少本底小靜脈的干擾。新近的化學(xué)飽和位移傳遞依賴的造影劑的使用不僅可以通過選擇性飽和脈沖進(jìn)行切換式增強(qiáng)成像來(lái)降低本底信號(hào)，而且可以與超順磁性氧化鐵顆粒(superparamagnetic iron oxide，SPIO)共同進(jìn)行MRI增強(qiáng)成像，這為MRI同時(shí)檢測(cè)兩種不同細(xì)胞群落提供了可能性［8］。無(wú)論如何，MRI在空間分辨率和檢測(cè)敏感性之間擁有良好的平衡，而且無(wú)電離輻射，這些優(yōu)點(diǎn)使MRI成為一種最實(shí)用的細(xì)胞顯像技術(shù)。

2 用外源性氧化鐵顆粒標(biāo)志干細(xì)胞

靜脈注射氧化鐵離子顆粒的磁共振細(xì)胞成像主要用于網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)細(xì)胞的示蹤，應(yīng)用有限。MRI的另一種細(xì)胞示蹤法是在體外用氧化鐵顆粒標(biāo)志細(xì)胞，細(xì)胞標(biāo)志可在細(xì)胞膜上黏附氧化鐵顆粒或把他們載入細(xì)胞內(nèi)，目前已經(jīng)有很多的細(xì)胞類型被氧化鐵顆粒標(biāo)志，并且被MRI記錄，如T細(xì)胞、單核細(xì)胞、膠質(zhì)瘤細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、原始內(nèi)皮細(xì)胞等［9-10］。

干細(xì)胞MRI監(jiān)測(cè)的敏感性主要受限于被攝取的氧化鐵微粒數(shù)量，每個(gè)細(xì)胞載有的氧化鐵微粒越多，則信噪比和分辨率越高。因此，要不斷改進(jìn)標(biāo)志技術(shù)來(lái)增加干細(xì)胞對(duì)氧化鐵顆粒的攝取量，然而氧化鐵微粒的干細(xì)胞攝取受到細(xì)胞表面特定受體、顆粒理化性質(zhì)、細(xì)胞種類、培養(yǎng)基性質(zhì)等多種因素的影響。

2.1 顆粒表面成分和電荷特性對(duì)干細(xì)胞攝取的影響 氧化鐵顆粒常包被右旋糖酐或者其他成分，這種包被材料常攜帶靜電荷，在水中，顆粒在水分子的碰撞及相互靜電排斥力下做布朗運(yùn)動(dòng)，從而保持懸浮狀態(tài)而不發(fā)生凝聚。實(shí)驗(yàn)者設(shè)計(jì)了不同的顆粒外衣來(lái)增強(qiáng)或者避免顆粒-細(xì)胞相互作用，例如聚乙二醇化的氧化鐵顆?？杀苊饧?xì)胞膜上調(diào)理素作用，最終被巨噬細(xì)胞所吞噬［9］，這是因?yàn)榫垡叶纪庖戮哂杏H水性、電中性，而沒有氫供體或受體，從而與調(diào)理素之間缺乏親和力。顆粒外衣的電荷極性也會(huì)影響攝取，Harush-Frenkel等［11］比較了與 SPIO 相似大小的分別帶陽(yáng)性和陰性電荷的多乳酸化合物顆粒，發(fā)現(xiàn)帶陽(yáng)性電荷者更易被HeLa細(xì)胞攝取，這是因?yàn)殛庪x子顆粒只通過胞吞作用，而陽(yáng)離子顆粒除了由網(wǎng)格蛋白和細(xì)胞質(zhì)膜微囊介導(dǎo)的胞吞外，還通過巨胞飲作用攝取。

由電荷性質(zhì)所自然附屬的顆粒電位可能也對(duì)細(xì)胞攝取效率起著重要的作用，研究者發(fā)現(xiàn)包被有檸檬酸鹽外衣的超小超順磁性氧化鐵顆粒(very small superparamagnetic iron oxide particles，VSOP)相對(duì)于相似大小的其他無(wú)電荷顆粒來(lái)說(shuō)，可更好地被巨噬細(xì)胞攝取，而包被有酸質(zhì)外衣的AMNP(acid-coated anionic magnetic nanoparticle)(電位為 -30 mV)，相對(duì)于相似大小不攜帶電荷的包被右旋糖酐外衣的ferumxotran，更易被巨噬細(xì)胞及HeLa細(xì)胞吞噬［12］。

2.2 氧化鐵顆粒配體耦聯(lián)對(duì)干細(xì)胞攝取的影響利用生物配體耦聯(lián)氧化鐵顆粒來(lái)促進(jìn)受體介導(dǎo)的細(xì)胞吞噬作用是一種改進(jìn)的方法。Liwen等［13］發(fā)現(xiàn)在標(biāo)志濃度(指培養(yǎng)液?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的鐵含量)約0.1 mg Fe/mL時(shí)，與右旋糖酐氧化鐵結(jié)合物顆粒相比，人類免疫缺陷病毒轉(zhuǎn)錄反式因子與胺化的右旋糖酐交叉聯(lián)合的氧化鐵結(jié)合物顆粒能更好地被脾臟內(nèi)皮細(xì)胞攝取。當(dāng)然，TAT(trans-activator transcription)介導(dǎo)的氧化鐵顆粒進(jìn)入細(xì)胞的機(jī)制尚有爭(zhēng)論。有觀點(diǎn)認(rèn)為這不依賴于細(xì)胞表面受體而是通過脂筏介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞吞噬作用，也有的認(rèn)為TAT本身進(jìn)入細(xì)胞可能不依賴受體，但是與其他大分子耦聯(lián)進(jìn)入細(xì)胞則需要受體介導(dǎo)的細(xì)胞吞噬作用［14］。除了肽類，抗體也能介導(dǎo)受體的細(xì)胞吞噬作用，多種細(xì)胞膜上都含有大量的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體，轉(zhuǎn)鐵蛋白抗體標(biāo)志SPIO能促進(jìn)人類造血干細(xì)胞對(duì)鐵離子的攝取，攝取濃度高達(dá)每細(xì)胞9.8 pg，遠(yuǎn)超過對(duì)普通SPIO的攝取濃度每細(xì)胞 2.4 pg［15］。CD11c(樹突狀細(xì)胞特異性抗體)則能促進(jìn)樹突細(xì)胞對(duì)SPIO的攝取［16］。

以抗體參與的定向受體介導(dǎo)的細(xì)胞吞噬作用有個(gè)固有的問題，就是對(duì)靶受體的種族特異性的附著，這就要求每個(gè)抗體耦聯(lián)的SPIO有特異對(duì)應(yīng)的目標(biāo)種屬和細(xì)胞類型;抗體在人和其他動(dòng)物體內(nèi)具有交叉性，這可能涉嫌與異種基因移植方面的條例相悖;抗體的成本昂貴。因此，該方法可能更多地用于人體外實(shí)驗(yàn)。

2.3 顆粒大小對(duì)干細(xì)胞攝取的影響 顆粒被細(xì)胞吞噬的速度和數(shù)量與其組成和直徑都有關(guān)系。對(duì)于巨噬細(xì)胞而言，當(dāng)顆粒直徑＜2 μm時(shí)，被攝取的顆粒數(shù)量與顆粒的直徑呈正比例關(guān)系;當(dāng)直徑由2 μm增加到4.6 μm時(shí)，被攝取的顆粒數(shù)目逐漸減少，這是因?yàn)榇藭r(shí)顆粒的大小已接近細(xì)胞大小的緣故。有的細(xì)胞僅吞噬某一種特定顆粒，如白細(xì)胞更多地吞噬直徑500 nm至1 μm的苯乙烯化合物顆粒，對(duì)其他大小的顆粒幾乎不攝取。關(guān)于SPIO也有相似結(jié)果，吞噬細(xì)胞和單核細(xì)胞更多的吞噬直徑約60 nm的包被有羧基化右旋糖酐的SPIO，而不是有類似外衣但直徑更小的SPIO顆粒。

關(guān)于顆粒大小對(duì)非吞噬細(xì)胞吞噬作用的影響的研究較少。Matuszewski等［17］比較后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)包被有羧基化右旋糖酐外衣的SPIO顆粒直徑介于17～65 nm之間時(shí)，肺癌細(xì)胞較多地吞噬較大的顆粒。Rejman等［18］證明當(dāng)聚苯乙烯顆粒的直徑在 50～500 nm范圍內(nèi)增加時(shí)，鼠黑素瘤細(xì)胞對(duì)它的吞噬作用逐漸減弱，當(dāng)顆粒達(dá)到1 μm時(shí)，則不再被吞噬。Thorek等［19］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用直徑33 nm以上的氧化鐵顆粒逐步標(biāo)志人類T細(xì)胞時(shí)，其攝取能力在顆粒直徑為107 nm時(shí)達(dá)到頂峰，而在107 nm至1.4 μm范圍內(nèi)時(shí)攝取作用逐漸減弱。其實(shí)在Thorek等［19］的研究中要準(zhǔn)確推斷出T細(xì)胞攝取不同顆粒直徑的模式是很難的，因?yàn)樗捎昧瞬煌庖碌亩喾N顆粒，如右旋糖酐(33～107 nm)、苯乙烯(207～289 nm)、二氧化硅(1.4 μm)包被的顆粒。如前所述，氧化鐵顆粒的外衣性質(zhì)也對(duì)攝取有影響。Lee等［20］發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)對(duì)氧化鐵微凝膠體(microgel iron oxide particles，MGIO)的攝取能力和大小有依從性，在直徑78～766 nm時(shí)，600 nm的MGIO可以達(dá)到每細(xì)胞33 pg的最大攝取濃度，這是ferucarbotran制劑的3～6倍。有趣的是，內(nèi)皮干細(xì)胞無(wú)論是用600 nm的MGIO標(biāo)志還是用ferucarbotran標(biāo)志，對(duì)鐵的攝取濃度是一樣的(每細(xì)胞 26～28 pg)［10］。

因此，有些細(xì)胞攝取能力與顆粒大小有依賴性，比如單核細(xì)胞、肺癌細(xì)胞及黑素瘤細(xì)胞，而巨噬細(xì)胞和BMSC在某個(gè)特定的顆粒直徑時(shí)會(huì)有最大的攝取能力。另外，一些細(xì)胞現(xiàn)在仍不能確定是對(duì)顆粒大小無(wú)選擇性還是對(duì)顆粒外衣性質(zhì)不敏感，比如內(nèi)皮祖細(xì)胞。相對(duì)于巨噬細(xì)胞，非吞噬細(xì)胞可能是在很小的直徑范圍內(nèi)最大量地吞噬顆粒。

（3）鉆孔爆破要求高。①由于該水電站工程為長(zhǎng)緩坡鉆孔模式，而高拱壩拱肩槽開挖基面坡度最低在1/2.3之間，整體坡度變化趨勢(shì)不夠明顯，對(duì)預(yù)裂鉆孔角度控制提出了較大的難題；②在工程施工期間，要求預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速率在1.5～2.0cm/s之間，而巖體振動(dòng)速度應(yīng)在9.0cm/s以下，對(duì)振動(dòng)爆破要求較高。

2.4 標(biāo)志的持續(xù)時(shí)間和濃度對(duì)干細(xì)胞攝取的影響

目前認(rèn)為無(wú)論顆粒類型、大小及細(xì)胞類型，標(biāo)志的持續(xù)時(shí)間和標(biāo)志濃度與顆粒的細(xì)胞攝取濃度均呈正相關(guān)，但兩者達(dá)到一定程度后細(xì)胞攝取出現(xiàn)飽和狀態(tài)。Thorek等［19］發(fā)現(xiàn)，對(duì)＜100 nm包被右旋糖酐外衣、200～300 nm 苯乙烯外衣及1.4 μm 二氧化硅外衣的氧化鐵顆粒的T細(xì)胞攝取濃度，隨標(biāo)志時(shí)間的延長(zhǎng)而有所增加，但在4 h后達(dá)到飽和。另外，還證實(shí)＜100 nm包被右旋糖酐外衣的顆粒的攝取在標(biāo)志濃度25 mg/L時(shí)達(dá)到飽和，后兩種顆粒則在標(biāo)志濃度100 mg/L時(shí)達(dá)到飽和。Wilhelm等［12］用30 nm的AMNP分別標(biāo)志HeLa細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，在標(biāo)志濃度同樣是500 mg/L情況下，兩種細(xì)胞達(dá)到飽和的持續(xù)時(shí)間分別為5 h和10 h，這也進(jìn)一步說(shuō)明了不同細(xì)胞種類的標(biāo)志效率的差異性。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，盡管隨著標(biāo)志濃度的增加攝取濃度可以升高，但培養(yǎng)液內(nèi)過多的聚合物和自由基能抑制干細(xì)胞分化、引起細(xì)胞凋亡、降低細(xì)胞能動(dòng)性，因此一般遵循最長(zhǎng)24 h的標(biāo)志持續(xù)時(shí)間和最大200 mg/L的標(biāo)志濃度。

2.5 電穿孔和轉(zhuǎn)染試劑在干細(xì)胞攝取中的應(yīng)用受DNA轉(zhuǎn)染技術(shù)的啟發(fā)，電穿孔和轉(zhuǎn)染試劑(transfection agents，TA)被用于促進(jìn)細(xì)胞對(duì)氧化鐵顆粒的攝取。電穿孔法轉(zhuǎn)染基因的方法是將外源DNA與宿主細(xì)胞混合于電穿孔杯中，在高頻電流作用下細(xì)胞膜出現(xiàn)許多小空洞，外源DNA通過小空洞進(jìn)入胞內(nèi)，現(xiàn)在此法已成功用于細(xì)胞的SPIO標(biāo)志。Walczak等［21］在用ferumoxide標(biāo)志鼠 MSC時(shí)運(yùn)用電穿孔技術(shù)，使鐵的攝取濃度達(dá)到每細(xì)胞11.5 pg，而普通標(biāo)志的攝取濃度為每細(xì)胞3 pg。電穿孔法標(biāo)志效率雖然很高也不影響細(xì)胞活性，但制約因素太多，如電壓、電流、持續(xù)時(shí)間、溶液導(dǎo)電性、酸堿度等，因此實(shí)際應(yīng)用難度大，一旦電參數(shù)調(diào)整不當(dāng)將影響細(xì)胞活性和標(biāo)志效率。

用于SPIO標(biāo)志的轉(zhuǎn)染試劑主要有陽(yáng)離子物質(zhì)和脂質(zhì)體兩種，最常用的是陽(yáng)離子物質(zhì)多聚左旋賴氨酸(poly-l-Lysine，PLL)和硫酸魚精蛋白。將PLL與ferumoxide按一定比例調(diào)制成絡(luò)合物后，再與人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(human bone marrow mesenchymal stem cells，hMSCs)一起培養(yǎng)，hMSC攝取濃度可以達(dá)到每細(xì)胞116 pg，硫酸魚精蛋白與ferumoxide形成的絡(luò)合物可使hMHC攝取濃度達(dá)到每細(xì)胞11 pg［22］。雖然這些陽(yáng)離子轉(zhuǎn)染因子能促進(jìn)細(xì)胞的攝取，但不是毫無(wú)缺陷。Arbab等［23］用Ferumoxide-魚精蛋白標(biāo)志hMSC時(shí)發(fā)現(xiàn)hMSC的全部分化能力不受影響，但Kostura等［24］發(fā)現(xiàn)用 Ferumoxide-PLL標(biāo)志法會(huì)影響干細(xì)胞的軟骨分化能力。看來(lái)這種有害效應(yīng)是PLL的結(jié)果，而非ferumoxide的影響，目前關(guān)于轉(zhuǎn)染試劑對(duì)干細(xì)胞活性影響的詳細(xì)試驗(yàn)仍較缺乏。另有學(xué)者的研究［25］表明，表面上看lipofactamine脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染試劑介導(dǎo)的SPIO攝取量增加了，但只是與細(xì)胞膜的結(jié)合，并不是真正的細(xì)胞內(nèi)攝取，而硫酸魚精蛋白雖然能使ferumoxide在小鼠的神經(jīng)干細(xì)胞中進(jìn)行完整的細(xì)胞內(nèi)攝作用，但在其他類型的細(xì)胞中該作用則不完全。這是否說(shuō)明轉(zhuǎn)染試劑標(biāo)志法的細(xì)胞攝取SPIO能力與轉(zhuǎn)染試劑的類型、標(biāo)志條件和細(xì)胞類型有關(guān)呢?

另外，轉(zhuǎn)染試劑標(biāo)志法的另一個(gè)特征是雖然細(xì)胞吞噬作用可隨著鐵粒子的標(biāo)志濃度增加而增強(qiáng)但不呈線性關(guān)系，同時(shí)還可以提高細(xì)胞攝取的飽和閾值從而進(jìn)一步提升標(biāo)志濃度。這個(gè)現(xiàn)象可能和TA-SPIO絡(luò)合物的組分相對(duì)含量引起自身特性的動(dòng)態(tài)變化有關(guān)，這方面的了解和TA-DNA絡(luò)合物比起來(lái)還不夠深入，TA-DNA的絡(luò)合物由于兩者組分的相對(duì)含量不同，可以形成球狀、桿狀和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而且在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)可以動(dòng)態(tài)地變化。已有學(xué)者［26］證實(shí)，TA-SPIO的絡(luò)合物直徑依賴于它的組分的相對(duì)含量，在一定比值時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉淀。因此，使用轉(zhuǎn)染試劑標(biāo)志法時(shí)針對(duì)不同細(xì)胞類型和標(biāo)志濃度都需要一種不同的最佳條件，而做到這一點(diǎn)是很難的。

2.6 培養(yǎng)液的性質(zhì)對(duì)干細(xì)胞攝取的影響 在標(biāo)志細(xì)胞時(shí)，顆粒的理化性質(zhì)會(huì)受到培養(yǎng)液微環(huán)境的影響。研究發(fā)現(xiàn)［21］，和無(wú)血清的培養(yǎng)液比較，含10%血清的培養(yǎng)液可以增加ferumoxide的攝取。單晶質(zhì)氧化鐵顆粒(monocrystalline iron oxide particles，MION)受血漿的調(diào)理后，巨噬細(xì)胞和癌細(xì)胞攝取濃度分別增加6倍和2倍，這是由于受調(diào)理素作用的MION是通過補(bǔ)體C3介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞清除作用被攝取的，其效率高于通過細(xì)胞吞噬的入胞作用。但是，Wilhelm等［12］卻發(fā)現(xiàn)HeLa細(xì)胞對(duì)受調(diào)理素作用后的AMNP的攝取會(huì)由原來(lái)的每細(xì)胞16 pg降低至每細(xì)胞1 pg。實(shí)際上，在對(duì)PLL-SPIO絡(luò)合物的攝取過程中，漿核比較大的細(xì)胞對(duì)培養(yǎng)液中血清的存在不敏感，而在無(wú)血清培養(yǎng)液中，漿核比較小的造血系細(xì)胞的攝取則會(huì)增加［2］?？傊?，含或不含血清的培養(yǎng)液對(duì)不同類型的細(xì)胞攝取濃度的影響是不同的。

3 用轉(zhuǎn)基因方法進(jìn)行內(nèi)源性氧化鐵標(biāo)志干細(xì)胞的研究進(jìn)展

活體中有專門貯存氧化鐵的機(jī)制，包括鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體，這些蛋白質(zhì)在特定細(xì)胞中的表達(dá)會(huì)隨著細(xì)胞內(nèi)鐵的貯存量的增而增多，使這些細(xì)胞能被MRI檢測(cè)到。促進(jìn)細(xì)胞產(chǎn)生內(nèi)生性的氧化鐵顆?；蚩扇〈庠葱灶w粒標(biāo)志細(xì)胞。

3.2 鐵蛋白 鐵蛋白是人體細(xì)胞內(nèi)鐵的重要儲(chǔ)存形式。Grabile等［28］利用11.7 T高分辨率基于體素的MRI發(fā)現(xiàn)剔除鐵調(diào)節(jié)蛋白2的小鼠腦內(nèi)由于鐵蛋白鐵過載引起的低T2值像素量增多，由此推測(cè)MRI或可檢測(cè)鐵代謝異常。然而，Cohen等［29］發(fā)現(xiàn)通過在轉(zhuǎn)基因小鼠的心和肝臟中誘導(dǎo)過多的鐵蛋白表達(dá)，MRI雖檢測(cè)到這些組織的弛豫率產(chǎn)生了25%的變化，但細(xì)胞內(nèi)鐵含量?jī)H增加每細(xì)胞0.2 pg，所以誘導(dǎo)基因表達(dá)的MRI細(xì)胞顯像敏感性并不會(huì)很高。Deans等［30］用鐵蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體基因共同轉(zhuǎn)染的方法也只使細(xì)胞內(nèi)鐵含量增加每細(xì)胞14 fg，對(duì)敏感性的改善無(wú)太大貢獻(xiàn)。最近Bennett等［31］試圖通過調(diào)控鐵蛋白的聚集反應(yīng)來(lái)升高相同鐵含量干細(xì)胞的弛豫率，以此提升MRI細(xì)胞顯像的敏感性。

3.3 趨磁細(xì)菌的magA基因 趨磁細(xì)菌是一種在體內(nèi)形成納米磁性顆粒(磁小體)，并能在外磁場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌，這些磁小體由包有類脂膜的復(fù)雜的氧化鐵結(jié)晶組成，它無(wú)生物毒性、顆粒小、形態(tài)大小均一、顆粒間不聚集，目前已證實(shí)magA基因是菌體內(nèi)參與磁小體產(chǎn)生的基因之一。Zurkiya等［32］將一種常用的人包裝細(xì)胞株293FT細(xì)胞轉(zhuǎn)染magA基因后，293 FT細(xì)胞可以產(chǎn)生直徑3～5 nm磁小體顆粒，使細(xì)胞內(nèi)鐵的含量增加每細(xì)胞0.55 pg。MagA的應(yīng)用研究雖然還處在初期，但目前的結(jié)果說(shuō)明它將是很好的磁共振報(bào)告基因，其發(fā)展前景十分廣闊。

4 結(jié)語(yǔ)

MRI作為一種能夠探測(cè)被氧化鐵標(biāo)志的細(xì)胞的成像方法，具有活體監(jiān)測(cè)、長(zhǎng)時(shí)間跟蹤、高空間分辨率等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)外源性氧化鐵顆粒標(biāo)志干細(xì)胞方法已經(jīng)得到很大的改進(jìn)，新近的用轉(zhuǎn)基因方法進(jìn)行內(nèi)源性氧化鐵顆粒標(biāo)志干細(xì)胞的方法也方興未艾，這些方法在更好穩(wěn)定干細(xì)胞活性的基礎(chǔ)上為進(jìn)一步提高M(jìn)RI對(duì)干細(xì)胞的檢測(cè)敏感性和特異性提供了更廣闊的發(fā)展空間。而影響干細(xì)胞對(duì)氧化鐵顆粒攝取數(shù)量和能力的因素很多，因此在尋找一種能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床應(yīng)用的標(biāo)志方法的過程中，干細(xì)胞MRI顯像仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括:①標(biāo)志濃度的下降，研究表明細(xì)胞內(nèi)的標(biāo)志物在兩個(gè)子代細(xì)胞中的含量近似平分，如果移植的細(xì)胞快速分裂，那么標(biāo)志物的濃度下降過快并可能會(huì)影響監(jiān)測(cè);②標(biāo)志物的轉(zhuǎn)移，已經(jīng)有學(xué)者［33］發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞內(nèi)的氧化鐵顆粒可以轉(zhuǎn)移到宿主的巨噬細(xì)胞而導(dǎo)致對(duì)植入的干細(xì)胞增殖、分化等情況誤判;③干細(xì)胞的定量，氧化鐵標(biāo)志的干細(xì)胞MRI的細(xì)胞定量方法仍在起步階段，已有學(xué)者［34］嘗試分析氧化鐵顆粒標(biāo)志干細(xì)胞的R2*弛豫率與細(xì)胞數(shù)量之間的關(guān)系;④盡管探索了一些新方法，但從本體的低信號(hào)中探測(cè)少量細(xì)胞仍是困難的。另外，部分容積效應(yīng)、信噪比、空間分辨率、掃描時(shí)間、后處理算法等如何平衡才能將MRI的干細(xì)胞檢測(cè)敏感度達(dá)到最佳水平也要在工作中不斷總結(jié)。

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