[发明专利]荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞及应用

说明书

本发明涉及一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，间充质干细胞内吞有荧光和MRI双影像功能微球，荧光和MRI双影像功能微球包括以下质量分数的各组分：聚合物70‑99.9％，环金属铱化合物0.05‑20％，钆剂0.05‑10％；聚合物为可降解聚合物。本发明还公开了上述干细胞在制备骨缺损修复和/或骨质疏松疾病的示踪剂和/或治疗剂中的应用。本发明所制备的荧光和MRI双影像功能微球标记的干细胞，不仅能提供稳定的单光子、双光子荧光强度和MRI影像信号，以观察干细胞在骨缺损修复和骨质疏松性治疗的迁移过程，而且同时可以修复骨缺损和治疗骨质疏松性骨缺损。

技术领域

本发明涉及分子探针技术领域，尤其涉及一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞及应用。

背景技术

目前，骨质疏松症(osteoporosis,OP)、骨质疏松性骨折等疾病已经受到广泛关注的全球性公共健康问题，早期准确的诊断、合理的治疗以及治疗效果监测对预防或降低OP导致的脆性骨折至关重要。OP的发病机理尚不明确，一般认为是由于骨稳态平衡被打破，破骨细胞和成骨细胞数目和功能失衡，骨吸收大于骨形成，而最终引起OP。OP常伴间充质干细胞增殖和成骨分化能力的下降，成骨细胞成骨能力降低。从而导致骨量减少，局部出现骨质疏松性骨缺损。

近年来，寻求植入体内的人间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)标记和示踪方法，并且辨别受体中MSCs的生存情况，仍然是当今观察和评估干细胞应用于骨缺损修复的热点研究问题。大量研究表明将MSCs植入活体内，促进MSCs成骨分化，改善骨质疏松部位的骨结构，有效修复疾病、创伤导致的骨或软骨缺损，在OP的治疗中有着广泛的应用前景。

目前，具有优良光学特性并且运用于光学成像的纳米材料包括金纳米颗粒、量子点、多孔二氧化硅纳米颗粒、纳米碳管、聚合物荧光微球等，其中荧光微球示踪的优越性在于：稳定形态结构，粒径分布集中(50-300nm)；稳定而高效的发光效率；具有优良的生物降解性和生物相容性；小分子荧光素体内代谢率大大降低等。因此，荧光微球示踪在分子影像技术领域得到广泛关注和高度重视。

环金属铱(III)化合物本身具有发光量子效率高、激发波长和发射波长间Stokes位移大、抗光漂白能力强及可发射近红外波长(580-750nm)的光谱等优势，在生物标记和成像方面得到广泛应用。至今未发现基于铱化合物的具有光学特性的分子探针示踪MSCs并且进行双模态成像的报道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞及应用，本发明所制备的荧光和MRI双影像功能微球标记的间充质干细胞，不仅能提供稳定的单光子、双光子荧光强度和MRI影像信号，而且同时可以修复骨缺损和治疗骨质疏松性骨缺损。

本发明提供了一种荧光和MRI双影像功能微球示踪的间充质干细胞，间充质干细胞内吞有荧光和MRI双影像功能微球，荧光和MRI双影像功能微球包括以下质量分数的各组分：聚合物70-99.9％，环金属铱化合物0.05-20％，钆剂0.05-10％；聚合物为可降解聚合物。微球的粒径为50-300nm。

进一步地，可降解聚合物为聚乙丙交酯(PLGA)、聚乳酸-聚乙二醇共聚物(PLA-PEG)或聚乙丙交酯-聚乙二醇共聚物(PLGA-PEG)。PLGA的分子量优选为5000-100000g/mol；PLA-PEG或PLGA-PEG的分子量优选为10000-100000g/mol，其中PEG的分子量为2000-5000g/mol。可降解聚合物被细胞内吞后，不产生毒副性作用，且可以缓慢降解，最终被完全代谢。荧光素和钆剂被聚合物负载后，释放和代谢时间延长，可增加干细胞追踪的时间。

进一步地，微球表面还连接有修饰化合物，修饰化合物为聚精氨酸、聚赖氨酸或聚乙二胺。聚精氨酸可选9个重复单元的聚合物；聚赖氨酸可选6个重复单元的聚合物；聚乙二胺的分子量为25000g/mol。上述修饰化合物能够提高微球的干细胞内吞量。