生物活性水凝胶CS-IGF-1C诱导干细胞旁分泌作用对糖尿病肾病影响机制的研究

Diabetic nephropathy is the main cause of death for patients with diabetes, present treatment is in poor response while expensive. There prospect is bright for stem cell treatment based regenerative medicine as a therapeutic method for diabetic nephropathy, but in clinical application, the outcome of steam cell treatment is less than satisfactory. We are mainly focusing on how to improve the survival ability of transplanted stem cell in vivo and the paracrine of stem cell which take part in kidney repairment. In this study, we use IGF-1 C-domain modified chitosan hydrogel to precondition adipose-derived stem cells（ADSCs）, then transplant ADSCs pretreatment CS-IGF-1C into the damaged kidney of diabetic nephropathy mice, and investigate whether the hydrogel could improve ADSC survival though enhance the paracrine and exert pro-proliferative, anti-apoptotic, and pro-angiogenic effects, evaluate the collagen deposition and myofibroblast infiltration, discuss the mechanism of enhancing cell therapy effect, accelerating renal structural and functional recovery, provide scientific experimental basis for the use of tissue engineered approaches to promote kidney repair. Evaluate the therapeutic effects of ADSCs/CS-IGF-1C in diabetic nephropathy machin, lay the foundation of stem cell therapy for diabetic nephropathy in clinical application.

糖尿病肾病是糖尿病患者死亡的重要原因，现有治疗方法费用高，疗效差。以干细胞治疗为基础的再生医学对于治疗肾脏疾病具有良好的前景，但干细胞在临床治疗中效果不尽人意。如何改善移植细胞在体内的存活能力，利用干细胞的旁分泌机制参与肾脏修复是我们关注的重点。本研究利用功能性多肽IGF-1修饰的壳聚糖水凝胶预处理脂肪来源的间充质干细胞(ADSCs)，然后植入糖尿病肾病小鼠受损肾脏，实时动态监测移植的ADSCs体内存活和命运，评价IGF-1活性水凝胶能否通过增强干细胞的旁分泌作用改善其在体内存活能力，促进细胞增殖，抑制细胞凋亡及促进血管新生，评价肾脏间质内胶原沉积及肌成纤维细胞浸润表达，探讨其增强细胞治疗效果、促进肾脏组织学和功能学修复的机制，为组织工程学手段治疗糖尿病肾病提供理论依据。初步评价IGF-1活性水凝胶联合ADSCs在食蟹猴糖尿病肾病中的治疗效果，为干细胞治疗糖尿病肾病的临床应用奠定基础。

糖尿病血管病变是糖尿病患者的主要死亡原因，糖尿病肾病是是糖尿病全身性微血管病变表现之一，临床治疗难度大。进行糖尿病干细胞治疗的患者治疗后血糖较前稳定，蛋白尿减少。为印证干细胞进入体内的分化及免疫反应，按研究计划我们鉴定了食蟹猴自发性糖尿病肾病动物模型、建立了小鼠糖尿病肾病模型及糖尿病小鼠下肢缺血模型及树鼩2型糖尿病及树鼩2型糖尿病脑缺血模型。此类模型将为研究DN病因、发病机制、药物应用及开发提供进一步的帮助。在南开大学生物活性材料教育部重点实验室的协助下合成与制备CS-HA-IGF-1C水凝胶，利用ADSCs细胞来评价水凝胶组成材料CS和HA的细胞相容性及对ADSCs体外增殖的生物学特性影响，发现CS-IGF-1C水凝胶更有利于改善干细胞植入后的存活能力，且抑制IGF-1的作用后，干细胞存活情况有所下降。证实生物活性CS-IGF-1C水凝胶对脂肪干细胞无毒性、有利于改善干细胞植入后的存活能力、且当IGF-1抑制剂PPP浓度为100nmol时不影响水凝胶对细胞增殖的促进作用。治疗方面我们通过ADSCs联合CS-HA-IGF-1C水凝胶作用局部微环境，促进毛细血管新生，改善微循环，从而增强干细胞的治疗作用。在分子影响评价方面，我们应用新型AIE纳米粒子示踪干细胞在活体内的行为，研究干细胞在糖尿病肾病及糖尿病下肢缺血小鼠治疗中的应用，发现CS-HA-IGF-1C水凝胶预处理ADSCs后注射到受损肾脏，可能是通过改善ADSCs体内存活并增强其旁分泌作用来促进肾脏修复；注射到缺血部位，可修复缺血下肢，提高保肢率。利用活性水凝胶预处理ADSCs可以增加干细胞归巢数量，可能通过改变其旁分泌特性，增强其调控慢性肾病中氧化应激过程，进而减轻炎症反应，减缓慢性纤维化的进展。更有利于加速肾脏修复。研究证实了生物活性CS-IGF-1C水凝胶联合ADSCs治疗糖尿病肾病的有效性和安全性，为今后在体内利用CS-IGF-1C水凝胶负载细胞治疗肾脏损伤提供理论依据。