全身體積描記系統(tǒng)
whole-body plethysmograph,，WBP
可對(duì)清醒自由活動(dòng)動(dòng)物呼吸參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,，如呼吸頻率，潮氣量,，氣道高反應(yīng)性測(cè)試（Airway hyperresponsiveness,，AHR）等。測(cè)試過(guò)程中,，動(dòng)物可以處于清醒自由狀態(tài),，避免了創(chuàng)傷性氣管切開(kāi)及麻醉的影響，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加簡(jiǎn)便,，用于呼吸系統(tǒng)模型動(dòng)物對(duì)藥物等反應(yīng)性研究,，呼吸性藥物的藥理和毒理學(xué)研究，特別適合于大批量動(dòng)物快速初篩試驗(yàn)，適合長(zhǎng)期跟蹤研究和重復(fù)性篩查,。全身體積描記系統(tǒng)也被應(yīng)用于肺纖維化的研究中,。
小鼠監(jiān)測(cè)艙
相關(guān)應(yīng)用
目前，肺纖維化的發(fā)病率和死亡率逐年增加,，同時(shí),，臨床上仍缺乏有效的治療手段。研究表明,，間充質(zhì)干細(xì)胞可通過(guò)包括旁分泌作用,、線粒體轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化在內(nèi)的多種機(jī)制治療肺部炎癥并緩解肺纖維化的進(jìn)程。但目前干細(xì)胞治療仍面臨著移植后干細(xì)胞難以監(jiān)測(cè),、在肺部滯留時(shí)間短和存活率低等問(wèn)題。
針對(duì)上述問(wèn)題,，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陳航榕研究員和馬明副研究員團(tuán)隊(duì)利用“金屬卟啉誘導(dǎo)多尺度自組裝"策略構(gòu)建了一種新型多功能探針,，用于輔助干細(xì)胞治療。該復(fù)合探針由具有臨床應(yīng)用潛力的原卟啉氯化鈷（CoPP）,、金納米顆粒和超順磁Fe3O4納米顆粒三種功能組分構(gòu)成,，并借助無(wú)銅點(diǎn)擊化學(xué)實(shí)現(xiàn)對(duì)干細(xì)胞的高效生物正交標(biāo)記。該自組裝納米探針無(wú)需借助額外載體和表面活性劑,，可在較低劑量下有效發(fā)揮每個(gè)組分的相應(yīng)功能,。具體來(lái)說(shuō)，該納米探針?biāo)哂械腃T造影成像和磁操控兩種功能分別解決了干細(xì)胞在肺部難以監(jiān)測(cè)和滯留時(shí)間短的問(wèn)題,；探針在干細(xì)胞微環(huán)境中通過(guò)緩釋抗氧化藥物CoPP有效提高干細(xì)胞的存活率和修復(fù)效果等,。通過(guò)進(jìn)一步構(gòu)建肺纖維化小動(dòng)物模型，證實(shí)了相較于單獨(dú)干細(xì)胞治療組,，這種多功能自組裝納米探針介導(dǎo)的干細(xì)胞治療能夠顯著緩解纖維化癥狀并促進(jìn)肺功能恢復(fù),，具有良好的臨床應(yīng)用潛力。
（a）多功能探針的制備示意圖,；（b）探針用于標(biāo)記干細(xì)胞和肺纖維化治療應(yīng)用示意圖,；（c）碗狀多功能探針的TEM圖像;（d）高角環(huán)形暗場(chǎng)像照片和元素分布圖像；（e）多功能探針標(biāo)記干細(xì)胞后的顯微圖像,，紅色箭頭表示細(xì)胞內(nèi)的探針顆粒,。
博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型
及骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植
36只雄性C57BL/6小鼠適應(yīng)1周，隨機(jī)分為6組： (1)對(duì)照,，(2) PF,，(3) PF +生理鹽水，(4) PF + MSC,，(5) PF + ASCP-BCN標(biāo)記MSC,，(6) PF + ASCP-BCN標(biāo)記MSC +磁鐵（n = 6）。 用博萊霉素（BLM）誘導(dǎo)肺纖維化。簡(jiǎn)單地說(shuō),，小鼠被麻醉,，將BLM（5 mg/kg）溶于100μL無(wú)菌生理鹽水中，通過(guò)氣管插管緩慢注入氣管腔,。生理鹽水組小鼠僅給予100μL無(wú)菌生理鹽水,。給藥后第7天重復(fù)上述步驟。將未標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞和標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞（每只小鼠1×106個(gè)細(xì)胞）放在100 μL生理鹽水中,，在第一次注射BLM后第10天氣管內(nèi)移植到小鼠肺中,。在PF + ASCP-BCN標(biāo)記的MSC +磁體組中，每只小鼠的胸部都附著一個(gè)NdFeB磁體,。第一次注射BLM后第28天處死小鼠,，取肺組織。
肺功能評(píng)價(jià)
在第一次注射BLM后的第28天,，給小鼠稱重,，并將其放入WBP全身體積描記系統(tǒng)中，記錄其肺功能數(shù)據(jù),。然后采集小鼠的肺以進(jìn)行進(jìn)一步的鑒定,。取出每只小鼠的一個(gè)肺葉，輕輕擦拭其表面的血液,。將肺組織稱重,，在60℃下烘烤72 h。再次稱重干肺組織,，測(cè)定肺的濕干比,。用HYP檢測(cè)試劑盒檢測(cè)肺組織中的HYP濃度。
ASCP-BCN標(biāo)記的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞及磁性操作對(duì)PF的治療作用
骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)PF的治療作用
為了評(píng)估ASCP-BCN標(biāo)記的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在PF治療中的可行性，實(shí)驗(yàn)采用了博萊霉素（BLM）誘導(dǎo)小鼠PF模型,。BLM干預(yù)導(dǎo)致小鼠肺功能顯著降低,，表現(xiàn)為每分鐘呼吸量（MV）的增加、50%肺活量下的呼氣流量（EF50）,、吸氣流量峰值（PIF）和呼氣流量峰值（PEF）的增加,。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植后可輕微降低上述肺功能參數(shù)，ASCP-BCN標(biāo)記的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植和磁吸引進(jìn)一步減輕上述肺功能參數(shù),，說(shuō)明其在促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療效果中發(fā)揮重要作用,。特別是，ASCP-BCN標(biāo)記的MSCs +磁操作移植組小鼠的呼吸頻率和吸氣流量峰值幾乎達(dá)到了對(duì)照組小鼠,。更重要的是,，標(biāo)記間充質(zhì)干細(xì)胞移植和磁操作不僅降低了纖維化肺中的羥脯氨酸（HYP）濃度，而且降低了炎癥引起的肺濕干比,。
相關(guān)研究
成果近期以“Cobalt protoporphyrin-induced nano-self-assembly for CT imaging, magnetic-guidance, and antioxidative protection of stem cells in pulmonary fibrosis treatment"為題發(fā)表在Bioactive Materials（2023,21,129）期刊上。
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