【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料与细胞生物学的交叉，涉及通过纳米修饰手段增强间充质干细胞的性能，从而调控或激活修饰后的间充质干细胞对心梗部位的靶向性，并延长其在心梗部位的驻留时间，具体为纳米工程化间充质干细胞及其制备方法和应用。
技术介绍
1、临床上对心肌梗死的首选治疗方案为动脉介入和旁路搭桥手术，但是由于创面大、并发症多，患者预后和疗效有待提高。药物治疗和心脏移植等治疗手段也被应用于临床，但传统药物只能减轻负荷、缓解症状，不能从根本上抑制心梗进展。心脏移植和人工心脏因供体难寻、移植排斥和成本高而较少开展。因此，细胞疗法得到极大关注，细胞疗法的目标在于借助干细胞的分泌分化功能，从根本上修复受损心肌，恢复心脏泵血功能。
2、干细胞因为具有分化潜能而广受关注，理论上讲干细胞可以诱导分化为各种细胞，包括不可再生的心肌细胞。心肌细胞的不可再生特性为心梗治疗增加了难度，而干细胞的分化和旁分泌潜能为科学家提供了新的假想。研究证明，间充质干细胞具有较强的增殖、分化和免疫调节能力。间充质干细胞可以通过分化为心肌样细胞，促进血管生成，旁分泌和自分泌、免疫调节、抗炎和抗纤维化等功能修复受损心肌，缓解心梗症状。
3、心梗的发生使供血区血流减少或消失，供血区心肌细胞因供氧不足产生大量的活性氧。在活性氧水平较低时，ros作为“氧化还原信使”参与心肌细胞内的信号传递和调节，而在缺氧等环境压力下，ros水平会急剧增加并超过心肌细胞内源性抗氧化防御的能力，氧化还原平衡被破坏，引起dna损伤，抑制基因表达，导致蛋白质错误折叠甚至影响蛋白质合成，对心
4、纳米材料因其清除ros和抗氧化应激等性能广受关注，其在细胞保护和调控、抗衰老、炎症、缺血性疾病、神经退行性疾病、新型冠状病毒感染的治疗等领域均有应用。然而，现有技术中如何通过利用心梗微环境及外来材料编辑间充质干细胞治疗心梗，同时对移植后的干细胞进行体内成像示踪，尚未有相关报道。然而，对于本领域技术人员而言，修饰干细胞后，纳米材料的催化活性和成像性能的同步提升需克服较大技术难度。原因在于：纳米材料的形貌、尺寸、组分、晶体结构及表面修饰等对催化活性和成像性能具有重要影响，但是其调控规律及机理目前尚不清晰。又因为，催化活性和成像性能往往是矛盾的，难以实现二者的同步提升。
技术实现思路
1、解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，从延长间充质干细胞在心梗部位的驻留时间、提高其抵抗恶劣心梗微环境的能力的角度出发，本专利技术采用纳米材料修饰间充质干细胞，发挥二者的协同作用。从而实现：延长间充质干细胞在恶劣心梗微环境(高活性氧、氧化应激、炎性极端微环境)中的驻留时间，修饰后的间充质干细胞能够被mri、ct、超声或荧光实时追踪；最终使得大量修饰后的间充质干细胞长时间富集于心梗部位，延长治疗窗口。鉴于此，本专利技术提供了纳米工程化间充质干细胞及其制备方法和应用。
2、技术方案：纳米工程化间充质干细胞，所述间充质干细胞采用纳米材料修饰，纳米材料兼具催化活性和成像性能；其中，催化活性包括：(1)上调间充质干细胞线粒体的自噬相关基因和蛋白的表达，(2)上调间充质干细胞抗炎因子的表达、下调促炎因子的表达，(3)上调间充质干细胞内干性基因的表达；成像性能为能被mri、ct、超声或荧光实时追踪。
3、其中，(1)上调间充质干细胞线粒体的自噬相关基因表达，包括lc3(微管相关蛋白轻链3)的编码基因、bcline1(自噬效应蛋白bcline 1)的编码基因和atg7(自噬相关蛋白7)的编码基因；另一方面，上调间充质干细胞线粒体的自噬相关蛋白的表达，包括tomm20(自噬相关线粒体膜蛋白20)和lc3(微管相关蛋白轻链3)，纳米酶以浓度依赖的方式上调了线粒体自噬相关基因或蛋白的表达。在氧化应激下，纳米材料-间充质干细胞复合物的导入进一步增强了间充质干细胞内线粒体自噬基因或蛋白的表达。
4、(2)抑制间充质干细胞内炎性细胞因子的表达，以抗炎因子(il-4和il-10)和促炎因子(tnf-α)为例，纳米材料-间充质干细胞复合物的存在明显促进了巨噬细胞中抗炎因子的表达，降低了促炎因子的表达，扭转了lps诱导的巨噬细胞mi型极化。
5、(3)上调间充质干细胞内干性基因，包括cxcr4(细胞表面趋化因子受体4)、sox2(sky相关高保守基因2)、oct4(八聚体蛋白4)、nanog(纳米颗粒蛋白)，采用如下表所示的引物，经实时荧光定量pcr确定相对基因表达。结果表明：纳米酶的导入显著上调了间充质干细胞内干性基因cxcr4和sox2的表达。
6、表1实时荧光定量pcr引物
7、
8、优选的，所述间充质干细胞和纳米材料之间通过静电吸附、范德华力、氢键、化学反应、抗原-抗体亲和反应结合或细胞内吞作用等，二者的结合部位为细胞表面、细胞内、细胞器内中的至少一种。
9、优选的，所述纳米材料为无机纳米材料、有机纳米材料或有机物与无机物混合材料。
10、优选的，所述无机纳米材料为mn3o4纳米粒或pb纳米粒；所述有机材料为多巴胺或聚乙烯亚胺；所述有机物与无机物混合材料为mn3o4@pda纳米酶或pb@pei@icg纳米酶。
11、优选的，所述纳米材料进行生物标记，标记物为fitc、icg、罗丹明、花青类荧光染料、核磁造影剂(钆喷酸葡胺：gd-dtpa)、ct造影剂(碘克沙醇)等。
12、优选的，所述纳米材料的形状为核壳结构和框架结构。
13、优选的，所述信号刺激为外源性刺激或内源性刺激，其中外源性刺激为激光或核磁，内源性刺激为炎性环境、高ros或高氧化应激。
14、以上任一所述纳米工程化间充质干细胞的制备方法，所述方法包括以下步骤：
15、s1、制备具有催化活性和成像性能的纳米材料；
16、s2、分离间充质干细胞，将s1制得的纳米材料装载在间充质干细胞表面或内部；
17、s3、分离纯化s2的产物，获得纳米工程化间充质干细胞。
18、以上任一所述纳米工程化间充质干细胞在制备治疗心梗的药物中的应用。
19、优选的，所述纳米工程化间充质干细胞作为心梗治疗药物的应用方式为静脉注射和心包注射。
20、本专利技术所述纳米工程化间充质干细胞作用的原理在于：本专利技术的设计思路在于采用纳米材料调控并激活间充质干细胞，制备具有特定功能的纳米材料(如mri、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述间充质干细胞采用纳米材料修饰，纳米材料兼具催化活性和成像性能；其中，催化活性包括：(1)上调间充质干细胞线粒体的自噬相关基因和蛋白的表达，(2)上调间充质干细胞抗炎因子的表达、下调促炎因子的表达，(3)上调间充质干细胞内干性基因的表达；成像性能为能被MRI、CT、超声或荧光实时追踪。
2.根据权利要求1所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述间充质干细胞和纳米材料之间通过静电吸附、范德华力、氢键、化学反应、抗原-抗体亲和反应结合或细胞内吞作用，二者的结合部位为细胞表面、细胞内、细胞器内中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述纳米材料为无机纳米材料、有机纳米材料或有机物与无机物混合材料。
4.根据权利要求3所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述无机纳米材料为Mn3O4纳米粒或PB纳米粒；所述有机材料为多巴胺或聚乙烯亚胺；所述有机物与无机物混合材料为Mn3O4@PDA纳米酶或PB@PEI@ICG纳米酶。
5.根据权利要求3所述的纳米工程化间
6.根据权利要求1所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述纳米材料的形状为核壳结构和框架结构。
7.根据权利要求1所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述信号刺激为外源性刺激或内源性刺激，其中外源性刺激为激光或核磁，内源性刺激为炎性环境、高ROS或高氧化应激。
8.权利要求1-7任一所述纳米工程化间充质干细胞的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
9.权利要求1-7任一所述纳米工程化间充质干细胞在制备治疗心梗的药物中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述纳米工程化间充质干细胞作为心梗治疗药物的应用方式为静脉注射和心包注射。
...【技术特征摘要】
1.纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述间充质干细胞采用纳米材料修饰，纳米材料兼具催化活性和成像性能；其中，催化活性包括：(1)上调间充质干细胞线粒体的自噬相关基因和蛋白的表达，(2)上调间充质干细胞抗炎因子的表达、下调促炎因子的表达，(3)上调间充质干细胞内干性基因的表达；成像性能为能被mri、ct、超声或荧光实时追踪。
2.根据权利要求1所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述间充质干细胞和纳米材料之间通过静电吸附、范德华力、氢键、化学反应、抗原-抗体亲和反应结合或细胞内吞作用，二者的结合部位为细胞表面、细胞内、细胞器内中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述纳米材料为无机纳米材料、有机纳米材料或有机物与无机物混合材料。
4.根据权利要求3所述的纳米工程化间充质干细胞，其特征在于，所述无机纳米材料为mn3o4纳米粒或pb纳米粒；所述有机材料为多巴胺或聚乙烯亚胺；所述有机物与...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡益辉，刘中民，乐文俊，陈波，孙泽艺，梅天笑，
申请(专利权)人：上海市东方医院同济大学附属东方医院，
类型：发明
国别省市：
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