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技術(shù)文章
全身體積描記系統(tǒng)
whole-body plethysmograph，WBP
可對清醒自由活動動物呼吸參數(shù)進行測量，如呼吸頻率，潮氣量，氣道高反應(yīng)性測試（Airway hyperresponsiveness，AHR）等。測試過程中，動物可以處于清醒自由狀態(tài)，避免了創(chuàng)傷性氣管切開及麻醉的影響，使實驗過程更加簡便，用于呼吸系統(tǒng)模型動物對藥物等反應(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物快速初篩試驗，適合長期跟蹤研究和重復(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，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)的多種機制治療肺部炎癥并緩解肺纖維化的進程。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、在肺部滯留時間短和存活率低等問題。
針對上述問題，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陳航榕研究員和馬明副研究員團隊利用“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，并借助無銅點擊化學(xué)實現(xiàn)對干細(xì)胞的高效生物正交標(biāo)記。該自組裝納米探針無需借助額外載體和表面活性劑，可在較低劑量下有效發(fā)揮每個組分的相應(yīng)功能。具體來說，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)測和滯留時間短的問題；探針在干細(xì)胞微環(huán)境中通過緩釋抗氧化藥物CoPP有效提高干細(xì)胞的存活率和修復(fù)效果等。通過進一步構(gòu)建肺纖維化小動物模型，證實了相較于單獨干細(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，隨機分為6組： (1)對照，(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。簡單地說，小鼠被麻醉，將BLM（5 mg/kg）溶于100μL無菌生理鹽水中，通過氣管插管緩慢注入氣管腔。生理鹽水組小鼠僅給予100μL無菌生理鹽水。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。
肺功能評價
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行進一步的鑒定。取出每只小鼠的一個肺葉，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，測定肺的濕干比。用HYP檢測試劑盒檢測肺組織中的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PF的治療作用
骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對PF的治療作用
為了評估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，實驗采用了博萊霉素（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)胞移植和磁吸引進一步減輕上述肺功能參數(shù)，說明其在促進骨髓間充質(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到了對照組小鼠。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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