荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，间充质干细胞内吞有荧光和MRI双影像功能微球，荧光和MRI双影像功能微球包括以下质量分数的各组分：聚合物70‑99.9％，环金属铱化合物0.05‑20％，钆剂0.05‑10％；聚合物为可降解聚合物。本发明专利技术还公开了上述干细胞在制备骨缺损修复和/或骨质疏松疾病的示踪剂和/或治疗剂中的应用。本发明专利技术所制备的荧光和MRI双影像功能微球标记的干细胞，不仅能提供稳定的单光子、双光子荧光强度和MRI影像信号，以观察干细胞在骨缺损修复和骨质疏松性治疗的迁移过程，而且同时可以修复骨缺损和治疗骨质疏松性骨缺损。

Mesenchymal stem cells labeled with fluorescent and MRI dual functional microspheres and their applications

The invention relates to a double fluorescence and MRI imaging of functional microspheres labeled mesenchymal stem cells, mesenchymal stem cell endocytosis and MRI double fluorescence microspheres with imaging function, fluorescence and MRI imaging were double functional microsphere includes the following points: 70 mass fraction of polymer 99.9% iridium compound 0.05 20%. 0.05 10% gadolinium; polymer degradable polymer. The present invention also discloses the application of the stem cells in the preparation of tracers and / or therapeutic agents for bone defect repair and / or osteoporosis diseases. The fluorescence and MRI image of functional microspheres prepared by double labeled stem cells, not only can provide stable Dan Guangzi, two-photon fluorescence intensity and MRI image signal, to observe the migration process of stem cells in the repair of bone defect and osteoporosis treatment, but also can treat osteoporosis bone defect and bone defect repair.

【技术实现步骤摘要】
荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞及应用
本专利技术涉及分子探针
，尤其涉及一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞及应用。
技术介绍
目前，骨质疏松症(osteoporosis,OP)、骨质疏松性骨折等疾病已经受到广泛关注的全球性公共健康问题，早期准确的诊断、合理的治疗以及治疗效果监测对预防或降低OP导致的脆性骨折至关重要。OP的发病机理尚不明确，一般认为是由于骨稳态平衡被打破，破骨细胞和成骨细胞数目和功能失衡，骨吸收大于骨形成，而最终引起OP。OP常伴间充质干细胞增殖和成骨分化能力的下降，成骨细胞成骨能力降低。从而导致骨量减少，局部出现骨质疏松性骨缺损。近年来，寻求植入体内的人间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)标记和示踪方法，并且辨别受体中MSCs的生存情况，仍然是当今观察和评估干细胞应用于骨缺损修复的热点研究问题。大量研究表明将MSCs植入活体内，促进MSCs成骨分化，改善骨质疏松部位的骨结构，有效修复疾病、创伤导致的骨或软骨缺损，在OP的治疗中有着广泛的应用前景。目前，具有优良光学特性并且运用于光学成像的纳米材料包括金纳米颗粒、量子点、多孔二氧化硅纳米颗粒、纳米碳管、聚合物荧光微球等，其中荧光微球示踪的优越性在于：稳定形态结构，粒径分布集中(50-300nm)；稳定而高效的发光效率；具有优良的生物降解性和生物相容性；小分子荧光素体内代谢率大大降低等。因此，荧光微球示踪在分子影像
得到广泛关注和高度重视。环金属铱(III)化合物本身具有发光量子效率高、激发波长和发射波长间Stokes位移大、抗光漂白能力强及可发射近红外波长(580-750nm)的光谱等优势，在生物标记和成像方面得到广泛应用。至今未发现基于铱化合物的具有光学特性的分子探针示踪MSCs并且进行双模态成像的报道。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞及应用，本专利技术所制备的荧光和MRI双影像功能微球标记的间充质干细胞，不仅能提供稳定的单光子、双光子荧光强度和MRI影像信号，而且同时可以修复骨缺损和治疗骨质疏松性骨缺损。本专利技术提供了一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，间充质干细胞内吞有荧光和MRI双影像功能微球，荧光和MRI双影像功能微球包括以下质量分数的各组分：聚合物70-99.9％，环金属铱化合物0.05-20％，钆剂0.05-10％；聚合物为可降解聚合物。微球的粒径为50-300nm。进一步地，可降解聚合物为聚乙丙交酯(PLGA)、聚乳酸-聚乙二醇共聚物(PLA-PEG)或聚乙丙交酯-聚乙二醇共聚物(PLGA-PEG)。PLGA的分子量优选为5000-100000g/mol；PLA-PEG或PLGA-PEG的分子量优选为10000-100000g/mol，其中PEG的分子量为2000-5000g/mol。可降解聚合物被细胞内吞后，不产生毒副性作用，且可以缓慢降解，最终被完全代谢。荧光素和钆剂被聚合物负载后，释放和代谢时间延长，可增加干细胞追踪的时间。进一步地，微球表面还连接有修饰化合物，修饰化合物为聚精氨酸、聚赖氨酸或聚乙二胺。聚精氨酸可选9个重复单元的聚合物；聚赖氨酸可选6个重复单元的聚合物；聚乙二胺的分子量为25000g/mol。上述修饰化合物能够提高微球的干细胞内吞量。进一步地，环金属铱化合物的荧光发射光谱波长为580-750nm，量子产率为0.005-0.5，双光子散射界面为50-20000，环金属铱化合物能够使微球具有单光子和双光子荧光成像功能，降低背景荧光，增加信号的组织穿透深度。进一步地，钆剂为钆-二乙三胺五乙酸(Gd-DTPA)，钆剂能够使微球具有MRI成像对比功能。进一步地，上述荧光和MRI双影像功能微球的制备方法包括以下步骤：(1)将聚合物和环金属铱化合物溶于溶于有机溶剂(如氯仿)，作为油相，将Gd-DTPA溶于水，作为内水相，将聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯醇(PVA)溶于水，作为外水相；(2)通过复乳法利用步骤(1)得到的油相、内水相和外水相制备微球，除尽油相的有机溶剂，得到所述荧光和MRI双影像功能微球。在步骤(2)中，复乳法操作步骤如下：首先将油相、内水相制成初乳，将初乳加入外水相制得水/油/水的复乳，待油相的有机溶剂挥发除尽，即得到荧光和MRI双影像功能微球。进一步地，制备方法还包括以下步骤：(3)通过氨酯化反应，在偶联剂EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺)的作用下，将微球与修饰化合物的氨基偶联。进一步地，荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞的制备方法包括以下步骤：将荧光和MRI双影像功能微球与细胞培养液混合均匀，得到微球溶液，于4℃孵育24h后，加入到已贴壁的MSCs中，在37℃、5％CO2条件下培养2-4天，用纯培养基洗涤，除去未进入MSCs的微球，得到荧光和MRI双影像功能微球示踪的MSCs。进一步地，微球溶液的浓度为0.2-1.0mg/mL。本专利技术还公开了上述荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞在制备骨缺损修复和/或骨质疏松疾病的示踪剂和/或治疗剂中的应用。在应用过程中，MSCs具有荧光和MRI双影像成像功能。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术所制荧光和MRI双影像功能微球标记的MSCs，不仅能提供稳定的单光子、双光子荧光强度和MRI影像信号，而且同时可以修复骨缺损和治疗骨质疏松性骨缺损。本专利技术中环金属铱化合物通过制成微球的方式大大降低荧光素铱本身的细胞毒性，提高组织相容性。与环金属铱化合物直接进行细胞标记相比，环金属铱化合物被聚合物微球负载后，具备细胞毒性低、粒径分布均匀(50-300nm)、易吞噬、更加稳定而高效地在体内循环、良好的生物降解性和生物相容性、提高图像信号比等特性，同时，更有利于发挥铱化合物本身优良的荧光特性，即量子产率高、Stokes位移大、抗光漂白，双光子散射截面大，对生物组织损伤小等特性。MRI已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，以及脊髓、心脏大血管、关节骨骼和软组织等。MRI进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率较高，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。本专利技术的微球同时结合了铱化合物荧光和钆剂MRI成像的优点，用本专利技术的微球标记和示踪MSCs，可以在双光子显微镜和MRI设备下无创、动态、可重复性观察，组织穿透力深但组织损伤小，减少自身背景荧光，图像获得较高信噪比，真正实现活体辨别MSCs植入受体后的动态生存、贮留、迁移情况，更好地重复性观察MSCs在骨质疏松性骨折所导致的局部骨缺损区域增殖分化能力和骨修复状况，在运用分子影像学技术动态示踪动物体内MSCs修复局部骨缺损领域具有广泛的发展前景。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1图示了不同浓度微球培养液培育1、2天后测得MSCs活性；图2图示了本专利技术微球浓度为1.0mg/mL培养液培育2天后拍摄的荧光显微镜图像；图3图示了本专利技术微球浓度为1.0mg/mL培养液培育2天后拍摄的单光子激光共聚焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，其特征在于：所述间充质干细胞内吞有所述荧光和MRI双影像功能微球，所述荧光和MRI双影像功能微球包括以下质量分数的各组分：聚合物70‑99.9％，环金属铱化合物0.05‑20％，钆剂0.05‑10％；所述聚合物为可降解聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，其特征在于：所述间充质干细胞内吞有所述荧光和MRI双影像功能微球，所述荧光和MRI双影像功能微球包括以下质量分数的各组分：聚合物70-99.9％，环金属铱化合物0.05-20％，钆剂0.05-10％；所述聚合物为可降解聚合物。2.根据权利要求1所述的荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，其特征在于：所述可降解聚合物为聚乙丙交酯、聚乳酸-聚乙二醇共聚物或聚乙丙交酯-聚乙二醇共聚物。3.根据权利要求1所述的荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，其特征在于：微球表面还连接有修饰化合物，所述修饰化合物为聚精氨酸、聚赖氨酸或聚乙二胺。4.根据权利要求1所述的荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，其特征在于：所述钆剂为钆-二乙三胺五乙酸。5.根据权利要求1-4中任一项所述的荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，其特征在于，所述荧光和MRI双影像功能微球的制备方法包括以下步骤：(1)将所述聚合物和环金属铱化合物溶于有机溶剂，作为油相，将所述钆剂溶于水，作为内水相，将聚丙烯酸和聚乙烯醇溶于水，作为外水相...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤光宇，徐虹，邱裕友，胡剑，唐翠松，熊祚钢，张琦，
申请(专利权)人：上海市第十人民医院，
类型：发明
国别省市：上海,31