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蘇州納米所張智軍團隊在功能化金納米粒子用于間充質干細胞治療肺纖維化研究方面獲進展

  特發性肺纖維化(IPF)的發生頻率與胃癌腦癌相似,發病率為每年每10萬人中約有18例患者,確診后死亡率可高達40%,并且仍在上升,給全球人類健康帶來了沉重的負擔。由于IPF發病機制尚不清楚,目前臨床上沒有特效藥治療。最近有研究表明,間充質干細胞(MSCs)因具有誘導肌成纖維細胞凋亡、促進肺上皮細胞增殖,以及清除肺間質內細胞外基質的能力,可作為一種新型治療藥物用于重塑IPF患者的肺組織結構,恢復肺泡功能,有效改善IPF治療效果。然而,IPFMSCs療法雖然已經取得了一些重要進展,但是在臨床應用方面仍然面臨著諸多挑戰。IPF患者惡劣肺纖維化微環境導致移植MSCs存活率低、狀態差是影響MSCs療效的主要障礙。因此,如何提高移植MSCs的存活率、增強其治療IPF的能力是目前迫切需要解決的難題。 

  針對該難題,在前期工作基礎上 (Biomater. Sci., 2022, 10, 368-375; Small, 2021, 17, 2101861; J. Mater. Chem. B, 2021, 9, 2854-2865; J. Mater. Chem. B, 2020, 8, 1713-1727; Small, 2019, 15, 1904314;Nanoscale, 2019, 11, 20932-20941),中科院蘇州納米所張智軍團隊設計并構建了一種集可視化示蹤和治療性基因遞送于一體的功能化納米遞送載體(圖1)。研究人員以硫酸魚精蛋白(PS)為模板蛋白,合成PS穩定的金基(AuPS)納米遞送載體。HGF是一種多效性細胞因子,具有抗炎、抗凋亡和促血管生成等作用,尤其具有良好的抗纖維化作用,故而被作為治療性基因遞送到MSCs內。由于AuPS具有優良的膜易位、核定位能力以及良好的質粒裝載能力,HGF質粒DNAHGF pDNA)可以通過AuPS納米遞送載體有效遞送至MSCs胞內并高度表達,增強MSCs的抗纖維化能力,并且通過CT信號精確監測MSCs移植到體內后的分布、遷移和歸巢等生物學行為。 

  圖1.AAuPS@pDNA的合成;(BAuPS@pDNA工程化的hMSCsIPF的治療機制示意圖 

  在基因遞送過程中,負載了HGF pDNAAuPSAuPS@pDNA)可以被MSCs有效攝取。此外,AuPS可保護HGF pDNA不被脫氧核苷酸酶I降解,并促進其進入細胞核內表達HGF。據此,過表達HGFMSCs靶向至肺部纖維化病灶部位,進而通過誘導肌成纖維細胞凋亡,減少肺間質內細胞外基質沉積,逆轉肺部纖維化進程,最終修復IPF患者的肺泡功能。同時,移植MSCs內積累的AuPS可以提高其CT成像對比度,能夠通過CT成像對移植MSCs進行長達48天的活體實時可視化追蹤,從而有助于闡明移植MSCs治療IPF的機制(圖2)。 

  2.A)免疫熒光染色分析AuPS@pDNA標記hMSCsHGF的表達;(B)標記hMSCs移植到IPF小鼠肺部后第1、8、15、29、3648天的體內Micro-CT成像及其(C)三維 CT成像 

  綜上,AuPS納米遞送載體不僅可以在不影響MSCs增殖和分化能力的情況下高效遞送HGF pDNAMSCs內并成功表達,還可以通過CT成像有效蹤移植MSCsIPF小鼠肺部的分布、遷移和歸巢等生物學行為。這種集治療和可視化于一體的工程化MSCs有望作為一種新型治療試劑在IPF治療中應用。 

  上述成果近期Functional Au nanoparticles for engineering and long-term CT imaging tracking of mesenchymal stem cells in idiopathic pulmonary fibrosis treatment為題發表于國際學術期刊Biomaterials。蘇州納米所博士生鮑紅英為第一作者,張智軍研究員與黃潔副研究員為共同通訊作者。相關工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略先導科技專項以及中科院國際合作項目等項目支持。 

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