构建多功能分子影像探针及其在内皮祖细胞活体示踪中的应用

利用无创医学影像技术实现对移植干细胞活体内示踪和疗效评估，对促进干细胞技术的临床转化有极其重要的意义。本项目设计三种标记有T1加权磁共振基团，近红外荧光基团和/或全氟取代基团的多功能分子影像探针1-3。其中探针3具备抗细胞分裂信号衰减的长效荧光机制。体内外实验证实此类分子探针标记内皮祖细胞（EPCs）的多功能示踪性、长效性、安全性。在动脉粥样硬化血管损伤、肢体缺血和乳腺癌三种不同的内皮损伤血管生成动物模型中，用超高场强7.0T 1H/19F MR和光学荧光成像同时监测和分析经标记移植后EPCs的归巢、分布、转归等动态变化规律，探讨EPCs对血管内皮损伤和新生血管的特异靶向性，以及对内皮损伤性病变的修复和促血管生成作用。本项目将为新型多功能分子影像探针的构建、干细胞的标记、多种影像手段协同下的干细胞活体示踪提供深入探索，也为EPCs在血管生成中作用机制的认识和疗效评价提供一个新的视角。

利用无创医学影像技术实现对移植干细胞活体内示踪和疗效评估，对促进干细胞技术的临床转化有极其重要的意义。本项目设计标记有磁共振基团，近红外荧光基团的多功能分子影像探针。体内外实验证实此类分子探针标记内皮祖细胞（EPCs）的多功能示踪性、长效性、安全性。在不同的内皮损伤血管生成动物模型中，用超高场强7.0T磁共振和光学荧光成像同时监测和分析经标记移植后EPCs的归巢、分布、转归等动态变化规律，探讨EPCs对血管内皮损伤和新生血管的特异靶向性，以及对内皮损伤性病变的修复和促血管生成作用。结果显示：0.25uM-3uM浓度的多功能分子影像探针能有效标记EPCs，对细胞的生物学特性无明显影响。近红外光学成像和磁共振可在体外进行标记细胞群成像，间接反映干细胞的数量和分裂增殖状态。探针标记的EPCs在移植后3-5天即归巢至病变靶器官。磁共振和光学成像可以对影像探针标记的EPCs进行活体示踪，在缺血性脑卒中模型，光学成像较磁共振更早检测到EPCs。EPCs在血管新生化过程中起到重要作用，归巢后参与了肿瘤、缺血下肢、脑的毛细血管壁的新生。EPCs移植对肿瘤体积、微血管密度未见到显著影响，EPC治疗组的缺血下肢脱落率显著低于对照组，磁共振活体评价显示移植治疗组缺血下肢、脑水肿面积小于对照组，下肢肌纤维、脑内神经纤维改善，组织血氧饱和度增高，与病理组织学评价相吻合。本项目为新型多功能分子影像探针的构建、干细胞的标记、多种影像手段协同下的细胞活体示踪提供深入探索，也为EPCs在血管生成中作用机制的认识和疗效评价提供一个新的视角。此外，在完成以上研究基础上，设计构建了对缺血缺氧部位微酸环境具有信号应激能力的近红外荧光智能探针，实现对生理微酸环境的高普适性、高信噪比示踪；构建了对整合素蛋白αvβ3具有受体靶向性的纳米探针，实现对αvβ3高表达新生血管内皮细胞和肿瘤细胞的准确示踪。