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  干細胞療法對心肌梗死和心力衰竭等心臟疾病表現出良好的治療效果，近年來得到廣泛的研究。對心臟移植干細胞的細胞行為進行高穿透性和高精準度的影像示蹤是心臟干細胞療法臨床轉化的關鍵所在。目前，電子計算機斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI）等技術常被用于活體干細胞示蹤。然而，這些技術難以實現實時的觀察定位，在心臟的持續運動下成像的分辨率和準確性受到了較大的限制。因此，在干細胞的心臟再生應用中，迫切需要一種具有足夠組織穿透能力和高分辨率的多模態、正對比成像探針，以實現對心臟移植干細胞的有效示蹤。

  表面增強拉曼光譜（SERS）技術具有高特異性、高分辨率、高穩定性、高信噪比，以及操作簡便等優勢，在生物醫學領域表現出良好的應用前景。浙江大學周民研究員團隊近年來在拉曼影像生物醫學應用領域持續開展工作，發表了一系列相關研究論文（Advanced Sciences 2021；Biomaterials 2021; Biomaterials 2020; WIREs Nanomedicine & Nanobiotechnology 2021; Acta Pharmaceutica Sinica B 2018）。通過基于納米拉曼探針的SERS技術，實現了對腹腔卵巢腫瘤/結直腸腫瘤的高效識別，實現了腫瘤病灶的精準切除和術后清掃。周民團隊前期也開展了基于銀納米材料SERS技術監控下的耐藥菌感染傷口滅菌及促愈合研究。

  近日，浙江大學周民研究員團隊在材料領域期刊《Advanced Functional Materials》在線發表題為 “Simultaneous Deep Tracking of Stem Cells by Surface Enhanced Raman Imaging Combined with Single-Cell Tracking by NIR-II Imaging in Myocardial Infarction”的研究論文。該工作率先提出了利用拉曼影像技術用于干細胞活體示蹤。利用拉曼影像技術的高靈敏度和高分辨率特征，將其應用于干細胞活體示蹤，實現了干細胞活體高靈敏度、高分辨率成像。同時結合二區成像的高組織穿透率能力，實現了深層組織干細胞成像。該研究基于金納米星構建了具有二區熒光/表面增強拉曼雙模態成像功能的新型納米探針 (GDS NPs)。利用此探針實現了心臟注射干細胞的深度和高分辨率活體示蹤。

圖1. 干細胞拉曼影像/二區熒光雙模態成像示意圖

  本研究設計了一種由金納米星和硫化銀量子點構成的新型納米探針，用于心肌梗死治療過程中間充質干細胞的SERS/NIR-II雙模態活體示蹤。基于拉曼信號分子標記的金納米星，可以進行高分辨率拉曼成像，并通過結合硫化銀量子點，進一步實現具有高組織穿透性的NIR-II熒光成像。經過標記后，間充質干細胞注射進入心臟梗死區域，并使用拉曼和熒光成像進行持續監測。NIR-II熒光成像技術使我們能夠動態評估標記干細胞在體內的分布和代謝情況，而拉曼成像則可以進一步得到標記干細胞在心臟組織中的精確定位，從而揭示干細胞在心臟部位的分布及遷移模式，并同時劃分出正常組織和注射區域之間的精確邊界。此外，這種探針具有良好的生物相容性，標記后干細胞的生物功能并未發生顯著的改變，心超及切片染色等結果也均表明GDS NPs不會對干細胞的心梗治療效果產生不利影響。綜上所述，通過SERS/NIR-II雙模態成像可以實現高穿透性和高分辨率的干細胞示蹤，并具有良好的生物相容性，在干細胞示蹤領域表現出廣闊的應用前景。

圖2. 皮下干細胞拉曼/二區熒光雙模態成像

圖3. 干細胞拉曼影像

  浙江大學碩士生華詩遠為本文的第一作者，博士生鐘淑涵、何健為本文的共同第一作者，周民研究員和胡新央教授為論文的共同通訊作者。該研究工作得到了浙江大學附屬第二醫院眼科中心、浙江大學轉化醫學研究院、浙江大學附屬第二醫院心內科、浙江大學現代光學儀器國家重點實驗室等的大力支持。該研究也得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100468

  課題組主頁：https://person.zju.edu.cn/mi