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Nature子刊新技术:无需化学“标签”,用“糖”追踪大脑中的干细胞

2022-02-10 19:36     来源:scitechdaily biology     核磁共振成像技术 磁共振成像

与大多数其他细胞不同,甘露糖残留(绿色)在MSC细胞膜上丰富。利用对甘露糖敏感的核磁共振成像技术,追踪移植的间充质干细胞现在是可能的。图片来源:由Shreyas Kuddannaya提供

约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins)的一位医学科学家花了30年时间研究如何在细胞中添加化学标签,以跟踪其在活组织中的运动。他发现,某些自我更新的干细胞具有内置的示踪剂——由糖制成——在注入小鼠大脑时,无需添加化学“标签”,即可完成这项工作。研究人员说,这一发现是由广泛应用于多发性硬化症和其他神经退行性疾病的实验疗法的干细胞所获得的,是一个令人欢迎的惊喜。

“有一个完整的科学领域致力于化学和基因细胞标记,因为否则,我们就看不到特殊和昂贵的工程治疗细胞在哪里移动,也看不到它们是否到达身体的预定部位,以修复或替换病变组织,”约翰·霍普金斯大学医学院放射学和放射科学教授,约翰·霍普金斯细胞工程研究所细胞成像主任Jeff Bulte博士说。

Bulte说,如果在随后的实验中得到证实,这项新研究将简化和推进针对大脑疾病的恢复性研究。由于大脑及其血脑屏障的敏感性,大脑被认为是最难追踪治疗的器官。

根据Bulte的经验,他说,在任何器官中标记可供人类临床试验的治疗细胞都是一个成本高昂且困难的过程,需要进行广泛的安全性研究,并让科学家团队专注于寻找更好的方法来追踪多发性硬化和其他神经退行性疾病损伤的治疗细胞。

在这类研究中,科学家们长期以来一直在使用所谓的间充质基质细胞,这是一种在骨髓中发现的干细胞,可以发育成多种类型的细胞,还可以减少炎症。

在今天(2022年2月7日)发表在《自然生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)上的新的原理证明研究中,Bulte和他的研究团队发现,这些间充质基质细胞含有高水平的甘露糖,它类似于葡萄糖,可以通过基于磁共振成像(MRI)的标准成像方法轻松成功地发现。

Bulte的团队在《自然通讯》(Nature Communications)上发表了另一项研究,表明某些肿瘤细胞失去了大量容易被核磁共振成像仪检测到的糖分子后,产生了使用糖作为示踪剂的想法。Bulte实验室的研究员Yue Yuan博士发现,干细胞含有丰富的甘露糖——大约是典型细胞中甘露糖含量的两到三倍。

Bulte和他的团队认为,由于哺乳动物的细胞通常缺乏高糖含量,注射天然含有大量糖的干细胞可能很容易在脑组织的背景下被发现。

在他们的研究中,Bulte的团队将四种人类细胞注射到活体小鼠的大脑中,包括间充质干细胞。对于每种细胞类型,研究人员都注射了300000个细胞。

然后,研究人员用MRI追踪他们在两周内发现的注射细胞簇的位置。

他们发现,骨髓间充质干细胞的MRI信号比其他三种注射细胞类型高出约60%,并且在注射后两周的MR图像上很容易看到。有趣的是,他们说,只有活细胞才会产生MRI信号,这为使用该技术确定移植细胞存活率和追踪提供了机会。

Bulte的团队正在计划进行更多的研究,以确定细胞糖分子是否可以用于检测干细胞向其他细胞类型的分化。

Bulte说:“在我开始标记细胞领域的研究30年后,我发现大脑中的这些间充质干细胞毕竟不需要化学标记来进行追踪,而且可能有更好、更简单的方法来追踪大脑中的这些细胞,这是非常了不起的。”

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