一种新型介孔硅纳米颗粒介导的HGF基因修饰化骨髓间充质干细胞的构建及其在缺血性心脏病的应用研究

Mesenchymal stem cells transplantation and hepatocyte growth factor (HGF) gene therapy are both potential clinical strategies for ischemic heart disease.And HGF gene manipulated mesenchymal stem cells transplantation could promote cardiac repair more perfectly.However,the ideal gene vector is the key point of the gene delivery and HGF gene manipulated stem cells construction.The previous studies demonstrated that mesoporous silica nanoparticle,which was stable and biocompatible,could load small molecule drugs into its mesoporous channels for drug delivery safely and effectively.Nevertheless,the narrow pore size of mesoporous channel was unsuitable for entrance and delivery for large molecule plasmid.In this study,we aimed to construct the novel mesoporous silica gene vector,which possess the appropriate morphology,particle size and ultra-large pore size,could deliver HGF gene into mesenchymal stem cells safely and effectively.After transplantation,the manipulated stem cells could enable satisfactory cardiac repair.This study could provide an excellent gene vector for HGF gene manipulated stem cells construction.Besides that,the novel mesoporous silica nanoparticle may be a novel vector tool for other gene delivery platforms.

骨髓间充质干细胞移植或肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor,HGF)基因治疗均是具有临床应用潜力的缺血性心脏病治疗方案，而经HGF基因修饰化的骨髓间充质干细胞移植可起到更完善的心肌修复效果。然而，如何选择理想的基因载体进行基因转染、构建基因修饰化干细胞是治疗中的关键点。既往研究表明，介孔硅纳米颗粒性质稳定、生物相容性好，并可在其介孔孔道中装载小分子药物后进行安全、高效的药物输送，但其有限的孔径却并不适合质粒大分子进入孔道而顺利实现基因转染。本项目旨在构建形貌、粒径合适的超大孔径介孔硅纳米颗粒，安全、高效地携带HGF基因转染骨髓间充质干细胞，移植缺血心肌后发挥满意的心肌修复作用。本研究可为HGF基因修饰化干细胞的构建提供一种理想的载体选择，并为其他基因转染平台的建立提供一种新型的载体工具。

骨髓间充质干细胞（BMMSCs）移植治疗是具有临床应用潜力的缺血性心脏病的治疗方案，而经治疗基因修饰化的骨髓间充质干细胞移植可起到更完善的心肌修复效果。然而，如何选择理想的基因载体进行基因转染，构建基因修饰化的干细胞是治疗中的关键点。既往研究表明，介孔硅纳米颗粒性质稳定，并可在其介孔孔道中装载小分子药物后进行高效的药物输送，但其有限的孔径却并不适合质粒等大分子进入孔道而顺利实现基因转染。此外，介孔硅作为一种无机材料，其在体生物相容性也有待进一步提高。因此，本项目设计并合成了有机、无机分子高度杂化的介孔有机硅纳米颗粒（HMONs），其拥有有序的超大孔径（大于20纳米）、空心结构、较小的粒径及高度的分散性，能实现高容量基因装载及保护作用，其转染效率证实高于同等转染条件下脂质体（Lipofectamine 2000）及聚乙烯亚胺（25kDa）。透射电镜追踪胞内纳米颗粒可以发现，入胞后纳米颗粒仍能较稳定存在，保持其形貌特点，起到胞内基因保护和缓释的作用。为了进一步构建具有强化治疗作用的BMMSCs，肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factor, HGF）基因质粒经由HMONs装载并高效转染BMMSCs，并以心肌内注射方式移植至心肌梗死的大鼠模型。结果发现，术后第一天，实验组梗死区域边缘凋亡心肌细胞数量明显降低（30.01 ± 3.14%，相较于单纯BMMSCs的51.01 ± 6.31% ，P<0.05），四周后结果发现，相较于单纯BMMSCs组，实验组梗死面积减少（20.02 ± 3.06%相较于32.19 ± 2.81%，P<0.05），间质胶原纤维化程度减轻（6.36 ± 1.07%相较于11.18 ± 1.14%，P<0.05），移植局部心肌新生毛细血管的密度增加（每高倍视野87.02 ± 7.18相较于59.78 ± 6.28），小动脉血管数量增加（每高倍视野8.91 ± 1.12相较于3.08 ± 1.75，P < 0.05），心功能明显改善（左室射血分数58.63 ± 6.17%，相较于41.91 ± 4.32%，P < 0.05）。本研究为HGF基因修饰化BMMSCs的构建提供了一种理想的非病毒化载体选择，进而为急性心肌梗死的治疗提供一种有效的治疗方案，并为其他基因转染平台的建立提供了一种新型有效的载体工具。