磁化标记成人外周血源性血管内皮祖细胞在肺癌异种移植瘤的7.0T磁共振示踪

摘要

背景：
　　 肿瘤是经济发达国家和发展中国家最主要的死亡原因。全球最新统计结果显示肺癌是全球发病率和死亡率最高的肿瘤；美国肿瘤协会2011年统计报道肺癌死亡率位居全美肿瘤死亡率首位(男性28％，女性26％)。肿瘤严重危害人类生命，是医学界需要攻克的首要任务。肿瘤的生长和转移依赖肿瘤血管的生成。以往的观点认为肿瘤血管的生成主要依赖既有的血管通过血管新生的方式生成；随着血管内皮祖细胞的发现，近年来越来越多的研究报道称血管内皮祖细胞能特异性归巢到肿瘤部位，参与血管形成。血管内皮祖细胞是起源于骨髓的前体细胞，目前关于血管内皮祖细胞的来源、分化、鉴定及其在肿瘤血管生长中所扮演的角色和意义尚存在争议。血管内皮祖细胞做为基因或药物载体在缺血性心血管疾病和抗肿瘤治疗中已取得了初步成果，具有广阔的应用前景。分子影像学的出现使活体无创性示踪干细胞移植成为可能。在众多的成像手段中，磁共振成像技术因其高空间分辨率和多序列成像等优点，目前已被广泛应用于分子和细胞的示踪成像。
　　 目的：
　　 1、从成人外周血分离、培养血管内皮祖细胞，建立一套成熟的血管内皮祖细胞体外培养体系。
　　 2、研究新型磁性纳米材料Alkyl-PEI2k/SPIO标记人外周血来源血管内皮祖细胞的标记效率及体外成像效果。
　　 3、研究成人外周血来源血管内皮祖细胞在重度联合免疫缺陷小鼠皮下肺癌移植瘤血管生成的作用。
　　 4、评价7.0TMicro-MR成像活体示踪干细胞移植的可行性。
　　 方法：
　　 1、经肘静脉途径采集20份成人外周血标本，通过密度梯度离心法分离、培养血管内皮祖细胞。电子显微镜动态观察EPCs的形态学特征；流式细胞术检测EPCs表面标记物CD31、CD34和VEGFR-2的阳性表达率；Dil-ac-LDL内吞摄取实验和FITC-UEA-I结合实验鉴定EPCs细胞功能。
　　 2、低分子量聚乙烯亚胺包被的超顺磁性氧化铁(Alkyl-PEI2k/SPIO)采用共孵育方法标记人外周血来源血管内皮祖细胞，普鲁士蓝染色检测Alkyl-PEI2k/SPIO对EPCs的标记率，原子吸收光谱仪火焰法对标记EPCs含铁量进行测定，Dil-ac-LDL内吞摄取实验以及FITC-UEA-I结合实验检测标记后EPCs细胞功能；CCK-8试剂盒检测、绘制细胞生长曲线，Transwell迁移实验及Matrigel成管实验分别检测Alkyl-PEI2k/SPIO标记EPCs后细胞的生长、增殖活性，迁移能力及体外成管能力；采用琼脂糖凝胶制作不同细胞数(0、5×103、1×104、5×104、1×105、2.5×105、5×105、1×106和1.5×106个)的Alkyl-PEI2k/SPIO标记细胞模型，7.0T磁共振TurboRARE-T2、MGE-T2*、MSME-T2map、MGE-T2*map序列扫描，测量各细胞模型的信号强度、T2值和T2*值。
　　 3、富血供的A549人肺腺癌细胞接种于重度联合免疫缺陷小鼠(SCID)建立小鼠皮下移植瘤模型。实验分三组(每组小鼠各6只)，A组：小鼠接种A549肿瘤细胞一周后静脉注入标记的EPCs；B组：A549肿瘤细胞和磁性标记EPCs混合细胞悬液皮下接种于SCID小鼠；C组：小鼠单纯皮下接种A549肿瘤细胞而未接受EPCs处理。三组小鼠于不同时间点行MR扫描，扫描序列TurboRARE-T2、MGE-T2*。28天后处死小鼠取肿瘤组织制备石蜡、冰冻切片，行HR染色、普鲁士蓝染色和免疫荧光染色。
　　 结果：
　　 1、成人外周血密度梯度离心分离的单个核细胞在特定条件诱导培养，形态上逐渐分化成具有典型EPCs特征的“鹅卵石样”外观，流式细胞术EPCs表面标记物CD31、CD34、VEGFR-2的阳性率分别为52.77％、10.53％、65.85％，免疫荧光结果显示细胞孵育Dil-ac-LDL后呈红色，孵育FITC-UEA-I后呈绿色，图像重叠后细胞呈黄色，表明所培养细胞为正在分化的血管内皮祖细胞。
　　 2、Alkyl-PEI2k/SPIO标记EPCs后，普鲁士蓝染色显示EPCs标记率接近100％，原子吸收光谱仪火焰法检测标记后EPCs的含铁量为6.062±0.050pg/细胞，免疫荧光显示标记后细胞同样具有特异性内吞摄取乙酰化低密度脂蛋白以及结合荆豆凝集素Ⅰ的能力，CCK-8法检测标记和未标记细胞的吸光度，统计分析结果显示两者差异无统计学意义(P＞0.05)，Transwell迁移实验计数迁移细胞数表明，SPIO标记组(80.6±8.0个)和未标记组EPCs(77.6±4.6个)迁移细胞数之间的差异无统计学意义(P=0.39)，Matrigel成管实验显示，SPIO标记组成管数量(9.0±1.0个)和未标记组EPCs成管数量(9.4±1.5个)相当，两者差异无统计学意义(P=0.615)。EPCs琼脂糖凝胶体外模型MR成像结果显示，T2、T2*图像信号强度和弛豫时间随细胞数目的增加而减少，配对t检验分析表明T2和T2*两者间的信号强度、弛豫时间差异有显著统计学意义(P＜0.01)。
　　 3、通过A549细胞悬液接种成功建立SCID小鼠肺腺癌皮下移植瘤模型(A组5只，B组5只，C组6只)。A组小鼠在静脉注入标记EPCs第7、8天，MR扫描肿瘤边缘可见片状或条状低信号区，随时间延长，可见低信号向肿瘤内部延伸，但信号强度逐渐减弱；B组小鼠低信号主要分布在肿瘤中央，并逐渐在肿瘤内分散；对C组在MR扫描期间未见明确低信号。肿瘤生长至第28天，B组肿瘤明显较其他两组大(P值均＜0.01)，而A组肿瘤体积与C组间差异无统计学意义(P=0.199)。肿瘤组织石蜡切片常规HE染色显示肿瘤间质明显增厚，肿瘤血管丰富；普鲁士蓝染色显示A组和B组肿瘤内蓝染的铁颗粒，部位与MR图像相对应，而C组肿瘤内未见明确蓝染颗粒。冰冻切片免疫荧光染色，A组和B组荧光显微镜下可见染成绿色的抗人CD31阳性细胞，而C组只有染成红色的抗小鼠CD31阳性细胞。
　　 结论：
　　 1、通过密度梯度离心和适当的条件下贴壁培养可从成人外周血获得细胞活性和增值能力较强的血管内皮祖细胞。
　　 2、低分子量聚乙烯亚胺包被的超顺磁性氧化铁(Alkyl-PEI2k/SPIO)可高效率标记血管内皮祖细胞，标记后对细胞活性无明显影响。
　　 3、成人外周血源性血管内皮祖细胞可特异归巢到小鼠皮下肺腺癌肿瘤内，参与肿瘤血管生成。
　　 4、7.0TMicro-MR可实现对干细胞移植的活体无创性追踪成像。