应用超声微泡促进内皮祖细胞心肌内归巢的机制研究

最近研究提出，应用超声微泡介导干细胞移植明显提高干细胞的疗效。我们前期实验中，发现超声微泡改善猪骨髓单个核干细胞移植治疗心肌梗死，机制可能与干细胞归巢增加有关；我们实验得到，一定辐照条件下，超声微泡不影响离体间充质干细胞和内皮祖细胞（EPC）生长分化。基于前期工作，本项目重点探索超声微泡对干细胞归巢的促进作用机制，拟在体外实验中，以归巢相关细胞因子SDF-1、VEGF变化和微泡作用剪切力等为指标，观察超声微泡对EPC生长、细胞因子分泌和归巢物理因素的影响；利用介入方法建立心肌缺血动物模型，采用超顺磁氧化铁磁粒子（SPIO）标记示踪EPC，在体内以EPC心肌内归巢比率、巢区及周围组织细微结构变化、细胞因子水平和超声下冠脉内血流剪切力等为指标，观察超声微泡影响EPC心肌内归巢的体内机制。通过上述研究阐明应用超声微泡介导EPC心肌内归巢的机制，以期最终利用超声波帮助解决干细胞移植中的归巢难题。

国内外近年研究表明，超声微泡可以有效地介导干细胞移植治疗冠心病心肌梗死，具体的机制尚不十分明确。在我们的研究中，首先应用超声联合普通微泡造影剂在不同辐照强度下，干预体外培养的细胞，包括内皮祖细胞、间充质干细胞和血管内皮细胞。应用流式细胞仪技术、MTT法等证明超声微泡作用在一定参数下，对干细胞的生长周期、增殖凋亡无明显影响；同时，微泡干预可以增加培养细胞分泌归巢缺血心肌相关细胞因子SDF-1、VEGF，而超声微泡作用在体外能够产生非酶化的一氧化氮。上述因素均从体外解释微泡介导增效干细胞移植的部分机制；体内研究我们采用介入法、开胸结扎法成功制备并验证动物心肌梗死模型，通过超顺磁氧化铁磁粒子（SPIO）标记示踪法和荧光标记法，证实干细胞归巢在超声微泡介导时更加有效，且电镜观察到局部血管内皮细胞间隙增大，以及心肌组织的VEGF、SDF-1分泌增加等有利于干细胞归巢的因素；干细胞移植后的动物心功能改善在超声联合微泡干预组也更加明显。另外，课题组成功制备创新性的一氧化氮（NO）微泡，从体内外研究证明，NO微泡联合超声波作用不影响干细胞生长、凋亡等，对于心肌组织无明显的损伤作用，并且能够促进心肌组织SDF-1的表达，有利于干细胞的归巢；完成的干细胞体外趋化性实验部分，同样证明在应用超声联合NO微泡时，干细胞移动归巢更多；体内研究中，采用了干细胞荧光标记追踪其归巢心肌的效应、并进行归巢相关细胞因子的Western blotting等检测，毛细血管密度检测以及小动物超声测量心功能等手段，一系列结果均支持新型NO微泡与普通微泡比较可更好促进骨髓起源间充质干细胞向大鼠的缺血心肌归巢，增加新生毛细血管密度，进而改善梗死后心功能。课题的研究结论进一步支持超声微泡在干细胞移植领域有较大的应用价值。课题组将借已有研究基础开展更加深入的研究。