同步辐射技术揭示超顺磁氧化铁纳米粒子在间充质干细胞中的命运和归宿

　　超顺磁氧化铁纳米粒子是目前最为常用的核磁共振成像造影剂，并已广泛应用于生物医学影像研究以及临床诊断。如其作为干细胞活体示踪纳米探针，有望揭示移植干细胞在活体内迁移、增殖、定向分化及最终归宿，从而为干细胞疗法的开发及临床转化提供依据。本课题前期以核壳结构的超顺磁Fe₃O₄@SiO₂为探针成功开发了一种体外单细胞和活体100细胞水平的高灵敏磁共振干细胞活体示踪技术（Biomaterials 2013, 34, 3010-3019）。然而，超顺磁Fe₃O₄@SiO₂纳米探针在细胞内的代谢过程及其最终归宿仍不清楚，这很大程度上限制了其进一步的应用和临床转化。中科院苏州纳米所王强斌课题组、邓忠武课题组和苏州大学施勤课题组、彭睿课题组合作利用同步辐射微区X射线荧光结合X射线吸收谱技术，对Fe₃O₄@SiO₂和Fe₃O₄在人骨髓间充质干细胞单细胞中的转运、分布以及化学形态的变化过程进行了系统研究。相关研究成果于2014年5月10日发表于《Biomaterials》上（Biomaterials 2014, 35, 6412-6421）。 

　　图1 同步辐射微区X射线荧光结合X射线吸收谱分析超顺磁Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子（A）在人骨髓间充质干细胞增殖过程中的亚细胞分布规律（C）以及细胞内（D）、细胞外排（E）纳米粒子的化学形态。 

　　该研究通过同步辐射技术的原位分析，发现与利用传统体外溶酶体模拟体系对Fe₃O₄的研究结果不同，首次证明了在干细胞增殖过程中Fe₃O₄@SiO₂和Fe₃O₄在细胞内均能保持良好的化学稳定性，而且在细胞代谢过程中Fe₃O₄@SiO₂和Fe₃O₄也都是以纳米粒子的原始形态被逐渐排出细胞外。此外，该研究还表明SiO₂包被更有利于细胞摄取纳米探针，且在细胞增殖过程中Fe₃O₄@SiO₂能均匀分布于细胞质中而不会在特定细胞器发生高浓度聚集或进入细胞核内，Fe₃O₄@SiO₂的这种性质不仅赋予了其高效的细胞标记特性同时也保障其良好的生物相容性。 

　　利用同步辐射技术对超顺磁氧化铁纳米粒子与细胞相互作用的原位分析，该结果不仅能为更加高效、安全的纳米探针的理性设计提供指导，同时也能为该超顺磁纳米影像探针的进一步临床转化奠定基础。

　　发表文章： 

　　Fei Tian¹, Guangcun Chen¹, Peiwei Yi¹, Jichao Zhang, Aiguo Li, Jing Zhang, Lirong Zheng, Zongwu Deng, Qin Shi*, Rui Peng*, Qiangbin Wang*. Fates of Fe₃O₄ and Fe₃O₄@SiO₂ nanoparticles in human mesenchymal stem cells assessed by synchrotron radiation-based techniques. Biomaterials. 2014, 35, 6412-6421.