研究靶向造影剂在干细胞移植中的进展
2018-09-23 15:53:25
至今，诸多国内外学者均对干细胞移植技术进行了研究，干细胞移植技术能把供体干细胞移植到损伤的心肌组织中，修复损伤坏死的心肌细胞，同时还能在局部积聚诱导血管新生。该技术为急性心肌梗死的有效治疗指明了一个崭新的方向，但其效果会受到移植干细胞存活率、分化率以及靶向性等的限制。有研究表明，声造影剂中微气泡可加强空化效应，从而促进声生物效应，利用声微介导术能提高移植干细胞存活率、分化率以及促进心肌梗死区域内血管的新生，其主要机理在于声介导微泡空化效应靶向传输。本文由声造影剂的组成、理化特性、制备方式、靶向分子成像及联合声微泡造影剂促进干细胞移植的研究进展综述如下，为进一步研究声造影剂在基础研究及临床应用方面提供了理论基础，使其能够在干细胞移植技术治疗心肌梗死的过程中发挥更积极的作用。
声微泡造影剂的组成、理化特性和制备方式靶向声造影剂是在声造影剂的表面连接上特异性配体，使其能够自动和靶器官或靶组织上相应的受体结合，并产生的特异性影像，在分子水平上直观地反映出病变位置的变化。声造影剂的组成主要成分是微气泡，一般直径为2~10um，由核心及外壳包膜构成。其中，声造影剂微泡的核心可以是氟碳类的气体，也可以是磷脂或者是氟烷类的液体；声造影剂微泡的外壳包膜则多为脂类、白蛋白或者多聚体。外壳包膜成分的区别，造成声造影剂微泡的理化性质也存在一定的差别，主要有白蛋白及多聚体和脂质类外壳包膜等构成外壳包膜两种，其中脂类化合物外壳包膜则较薄，仅有1~3nm，因此脂质类物质制成的外壳包膜更容易进行靶向修饰，制备的声微泡造影剂具有偶联配体的生物学活性，更有利于靶向声微泡技术的应用，在国内被广泛使用。
特异性的声微泡造影剂作为一种理想的基因或药物递送载体，具有连接配体和其相应的靶向组织的能力。声靶向分子成像就是利用这种特性将造影剂聚集在靶器官或者靶组织，然后利用声显影技术在分子水平上呈现出靶器官或者靶组织的病理变化，较后实现特异性增强靶向区域信号以加强局部治疗的作用。同时，声微泡造影剂和靶向微泡造影技术，通过介导微泡内的药物或基因，可以定位到病灶部位细胞表达的特异性抗原或受体上，达到靶向性定位治疗的效果。声造影剂外壳包膜与其特异性配体的连接方法主要有两种：①直接化学连接法，首先需要将这类小分子配体与外壳包膜的分子进行结合(直接或间接结合)，之后通过使用普通造影剂的制作方法来获得具有稳定黏附配体的声造影剂；②非吸附性非共价键结合的免疫化学固定方法，该方法利用生物素-亲和素系统较强的亲和力，将生物素配体与声造影膜的外壳包膜连接在一起，将其生物素化，却不改变其生物活性和生理特性，应用较为广泛的有亲血栓性靶向声造影剂等。
声联合微泡促进干细胞移植在心肌梗死区的归巢
声波的生物学效应是具有空化效应、热效应和机械效应等。增强空化效应是指通过外源性给予声微泡来增加空化核的数目、降低声的空化阈值来实现的。“空化核”是指液体中存在的微小气泡。空化效应是指产生高温、高压、冲击波来增宽内皮细胞间隙、提高细胞膜的通透性，使细胞膜发生短暂性可逆的小孔，增加微泡破裂周围组织生物屏障的通透性。通过相关分析，徐琢等利用干细胞移植来进行猪急性心肌梗死的治疗试验中发现，利用声来对微泡的破坏进行传导可以明显的提高干细胞在心肌梗死区的靶向移植效率，提示声破坏微泡产生机械作用和空化效应，使内皮细胞收缩，内皮间隙增宽，同时促使干细胞向梗死的心肌组织细胞进行迁移。此外，也有报道显示，声介导微泡破坏对靶向血管的通透性有一定的影响，有利于干细胞的迁移，从而提高干细胞的移植效率。心脏功能的逐步完善也从另一方面证明了声孔效应的作用。声与微泡的刺激作用产生相关细胞因子，促进干细胞归巢当进行干细胞移植时，首先需要将干细胞通过静脉注射的方式注入体内，然后要增加干细胞在心脏梗死区域和周边组织的聚集数量，从而提高治疗的成功率。
声结合微泡促进梗死区心肌血管新生
在近些年关于声微泡和干细胞移植的研究中发现，这两者对血管的新生有很好的促进作用。研究发现，由声微泡作用所引起的的梗死区血管新生其作用机理主要是通过炎症反应来促进血管新生同时通过外源性基因的介导来实现血管的新生。梗死区血管新生需要多种因子对其进行调控，是一个很复杂的过程。
目前存在的问题及展望
随着声靶向破坏微泡技术在提高干细胞移植中的靶向归巢、促进心功能改善和联合基因中的应用不断的发展与进步，同时也向我们提出了一些问题：(1)声介导微泡的靶向破坏虽然可以提高干细胞治疗心肌梗死的移植率，但是在这一治疗过程中，声参数的选择和使用目前还没有相对统一的结论。Vancraeynest等在实验研究中发现，如果使用的声参数过高会导致试验动物的左心室出现功能障碍，同时有短暂的ST段抬高从而导致心肌收缩带的坏死。因此，微泡介导的相关声参数需要被大量、重复、系统地研究，以求将不良反应降到较低而治疗效果较佳。(2)声辐照介导的微泡破坏可能引起一些不良反应，如血管内溶血、组织出血及器官损伤等，这些都与声的机械参数密切相关。(3)声介导微泡破坏的时间窗：在急性的心肌梗死发生时，机体早期的炎症反应可以促使干细胞向梗死心肌组织迁移，但是有较佳的时间段，而目前的很多研究都没有在这一研究中达到统一。随着新型声微泡的不断发展，目前面临的挑战主要有：(1)通过对干细胞的特点进行分析来构建专一性的靶向声微泡，从而在活体内更好的追踪干细胞，对于急性心肌梗死发生后的干细胞作用机制进行研究。(2)为了更好的提高干细胞移植的治疗效果，构建出活体内大容量的特异性微泡。我们有理由相信，在医疗技术的不断发展中，微泡的构建技术与干细胞移植技术的不断发展，多学科多领域的交叉融合和研究表明，靶向声微泡造影剂必将在干细胞移植治疗急性心肌梗死的作用中发挥更大的优势，拥有更加广阔的发展前景。
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