基于PET分子影像的心肌梗死干细胞治疗的活体代谢功能监测

摘要

心肌梗死(myocardial infarction，MI)是目前冠心病中死亡率最高的疾病，也是全球致死率和致残率的首要因素之一。心肌梗死后大量的心肌细胞坏死凋亡，使得心脏功能降低而逐步走向心力衰竭。目前的治疗方法如药物、介入及手术治疗仅仅局限于改善症状，并不能挽救损伤的心肌细胞。近年来，细胞疗法成为了修复损伤细胞的新研究热点。胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESCs)能够分化成心肌细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞等多种细胞来改善心脏功能，但是因其免疫排斥及伦理问题等多方面因素限制其在临床的广泛应用。所以寻找一种可替代的、无上述问题的细胞应用于心肌梗死就显得尤为重要。
　　2006年，Yamamaka是利用逆转录病毒载体将Oct3/4、Sox2、Klf4、c-Myc4种转录因子导入小鼠成纤维细胞，诱导出一种具有类似ESCs特性的多功能干细胞-诱导多功能干细胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)。 iPSCs在形态、分子特征、分化潜能等方面与ESCs具有相似性，并且在体外可以被诱导分化成各种心脏的组成细胞，如心肌细胞和血管内皮细胞等。
　　然而，干细胞治疗的瓶颈之一就是无法活体，无创，重复的监测其在体内的定植，分化等治疗效果。为了更好地了解和评估干细胞在活体内的治疗效果，就需要使用一种无创，敏感的方法来监测其在活体内的生物学行为。正电子发射断层显像（positron emission tomography，PET）技术用18氟脱氧葡萄糖(18Ffluorodeoxyglucose，18F-FDG)代谢来反映局部组织器官的功能及代谢变化，所以PET是目前评价干细胞治疗效果的有效方法。尽管有研究表明ESCs、iPSCs均能够改善心肌功能代谢，但尚未有研究将上述两种干细胞同时运用于一种动物模型并进行影像监测来评价其治疗效果。结合前述内容，本实验首次应用PET评价ESCs、iPSCs两种干细胞及其诱导分化的心肌细胞对大鼠心肌梗死的治疗效果，并对其疗效进行直接对比。
　　第一部分:PET分子影像监测多功能干细胞治疗心肌梗死的实验研究
　　我们用micro-PET、micro-超声和免疫荧光检查来监测和评价ESCs和iPSCs移植入大鼠心肌梗死模型后的治疗效果。建立大鼠心肌梗死模型，术中移植ESCs和iPSCs，对照组注射等体积的磷酸盐缓冲液（phosphate-buffered saline，PBS）。术后的第3天、1、2、3和4周行micro-PET、micro-超声和免疫荧光检查，最后一次PET扫描后，每组各取一只大鼠做放射自显影检查，其余大鼠做免疫组织学检查。结果显示:与PBS组相比，28天内干细胞组的功能及代谢都明显增加。ESCs组在第1周时心肌功能代谢均明显高于iPSCs组，而在第3-4周iPSCs组则明显高于ESCs组。免疫组织化学和免疫荧光检查证实移植ESCs和iPSCs存活并迁移到梗死区内分化为心肌细胞、血管平滑肌细胞和血管内皮细胞来修复损伤的心肌。时空动态的PET、超声及免疫荧光检查显示:ESCs和iPSCs能够促进心肌梗死后的代谢和功能恢复。
　　第二部分:干细胞诱导分化的心肌细胞治疗心肌梗死的影像学研究
　　基于前期的探索和研究，我们在体外将ESCs和iPSCs诱导分化成心肌细胞并用micro-PET、micro-超声来监测和比较两种心肌细胞的移植治疗效果。建立大鼠心梗模型后移植两种心肌细胞，同样在术后的第3天、1、2、3和4周行micro-PET、和micro-超声检查，最后一次PET扫描后，所有大鼠均做免疫组织学检查。结果显示:与PBS组相比，4周内干细胞组的功能及代谢均显著增加; human ESC-derived cardiomyocytes(hESC-CM)组和 human iPSC-derived cardiomyocytes(hiPSC-CM)组在4周内并无统计学差异;免疫组织化学检查证实移植的两种干细胞存活并改善心肌功能代谢。

目录

声明

致谢

摘要

缩写词

第一部分 PET分子影像监测多功能干细胞治疗心肌梗死的实验研究

摘要

前言

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验方法

2．3 实验流程

2．4 动物分组和MI模型制作

2．5 micro-PET及micro-超声扫描

2．6 心脏灌注

2．7 放射自显影

2．8 免疫组织化学及免疫荧光

2．9 统计学分析

3 结果

3．1 micro-PET结果

3．2 miero-超声结果

3．3 L／N变化值和LVEF变化值的相关性分析

3．4 放射自显影结果

3．5 免疫组织化学和免疫荧光结果

4 讨论

5 结论

第二部分 干细胞诱导分化的心肌细胞治疗心肌梗死的影像学研究

摘要

前言

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验流程

2．3 人源多能干细胞的分化培养

2．4 动物分组和MI模型制作

2．5 micro-PET及micro-超声扫描

2．6 免疫组织化学检查

2．7 统计学分析

3 结果

3．1 多能干细胞向心肌分化的结果

3．2 micro-PET结果

3．3 micro-超声结果

3．4 免疫组织化学结果

4 讨论

5 结论

参考文献

综述 干细胞治疗心肌梗死的多模态影像研究

作者简历