磁熱標記技術:一種用于細胞追蹤和靶向中風治療的創新磁熱方法

2022年11月22日，來自四川大學華西第二醫院在ACS Nano上發表了一篇重磅文章“Biocompatible Iron Oxide Nanoring-Labeled Mesenchymal Stem Cells: An Innovative Magnetothermal Approach for Cell Tracking and Targeted Stroke Therapy. ”研究成果，發現一項可能顛覆細胞治療領域的創新技術—磁熱標記技術（Magnetothermal Labeling），介紹了一種先進的磁熱標記方法，通過局部誘導熱增強膜滲透性有效標記間充質干細胞（MSCs），用于磁共振成像（MRI）追蹤和腦卒中的靶向治療，其中使用具有上級磁響應特性的生物相容性γ相亞鐵磁渦旋疇氧化鐵納米環（γ-FVIO）作為示蹤劑。

這種方法有利于安全有效地標記高達150 pg Fe/細胞的γ-FVIO，而不影響MSC的增殖和分化，這是內吞標記的3.44倍。 如此高的標記效率不僅能夠實現亞10細胞的超靈敏磁共振成像（MRI）檢測和超過10周的移植MSC的長期跟蹤，而且還賦予移植的MSC在體內的磁操縱能力。

磁熱標記技術（Magnetothermal Labeling）是一種利用磁性納米顆粒產生的熱量來增強細胞膜的通透性，從而實現細胞標記的方法。這項技術在文中主要被應用于間充質干細胞（MSCs）的標記，并用于中風治療的實驗研究。

傳統的內吞標記具有相對較差的標記效率和較短的標記壽命，阻礙了這些創新增強技術在干細胞介導的再生醫學中的實施。，利用磁性納米粒子標記干細胞是一種很有前途的技術，用于移植干細胞的體內跟蹤和磁靶向，這對于提高細胞治療的治療效果至關重要。

本文 一項使用大鼠中風模型的概念驗證研究表明，標記的MSC促進了MRI跟蹤和磁靶向，以顯著降低5 × 104移植細胞的劑量進行有效的替代治療。 這項研究的結果表明，磁熱方法作為一種有效的標記技術，為未來的臨床使用的巨大潛力。

磁熱標記技術5步法：

1.首先，研究者們通過熱轉化過程制備了γ-FVIOs，這是一種新型磁性納米顆粒材料，具有優越的磁響應特性，包括高熱轉化效率和高磁共振成像（MRI）的r2*弛豫率，使其成為理想的干細胞標記物。隨后，他們通過多種技術手段（如SEM、TEM、XRD、XPS等）對納米顆粒的物理化學性質進行了詳細表征。

2.磁熱標記MSCs：研究者們優化了磁熱標記過程，包括確定最佳的AMF暴露時間和細胞共孵育時間，以確保高效標記同時保持細胞活性。

3.評估標記效率和細胞功能：通過比較磁熱標記和傳統內吞作用標記的細胞內鐵含量，研究者們證明了磁熱標記的高效率。此外，還評估了標記后的MSCs的多向分化能力和MRI檢測靈敏度。

4.體內MRI追蹤和磁引導治療：研究者們在大鼠中風模型中測試了磁熱標記的MSCs的體內MRI追蹤能力，并展示了通過外部磁場引導細胞遷移至損傷部位的潛力。

5.治療效果評估：通過比較不同治療組的腦梗死體積和組織學分析，研究者們評估了磁熱標記MSCs在中風治療中的療效。

綜上所述，雖然磁熱標記技術在MSCs中的應用顯示出巨大潛力，其實這種類型的文章最大的技術亮點就是構建磁性納米顆粒，只要磁性納米顆粒做出來，后面要做的僅僅是一些細胞層面的驗證實驗。

文章來源：

Hanrui Liu，Ran Sun，Lei Wang et al. Biocompatible Iron Oxide Nanoring-Labeled Mesenchymal Stem Cells: An Innovative Magnetothermal Approach for Cell Tracking and Targeted Stroke Therapy. PMID: 36278899 DOI: 10.1021/acsnano.2c07581