特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种不可逆的间质性肺炎疾病,具有慢性、进行性、致死率高的特点。其主要表现为细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)过度沉积,肺泡结构被破坏,导致气体交换受阻,最终患者呼吸衰竭死亡。近年来,间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)在治疗IPF方面取得了一系列重要进展。MSCs能够分化为肺部受损细胞,并分泌大量的化学因子、细胞因子、生长因子以及旁分泌分子等治疗IPF。然而,对移植后MSCs的体内行为,如分布、迁移、存活、增殖和分化等了解很少,极大地限制了 MSCs的临床应用。因此,需要可靠的成像方法来示踪MSCs,以确认移植MSCs的体内命运。在临床环境和人体研究中,需要一种非侵入性的方法来评估MSCs体内行为从而评价其治疗效果。此外,移植后MSCs存活率低是其临床转化受限的另一个关键原因。损伤肺部缺血、炎症、氧化应激和机械应力的恶劣微环境导致移植后的MSCs大量死亡。由此,设计能够结合干细胞实时成像示踪及提高移植后干细胞存活率的策略,对于实现干细胞的临床转化及了解移植干细胞的体内治疗机制具有重要意义。基于计算机断层扫描(computed tomography,CT)成像在肺纤维化临床诊断中的广泛应用,本博士论文以具有高X射线衰减能力的金基纳米粒子作为CT成像示踪剂用于移植后干细胞的体内实时成像示踪。同Trace biological evidence时结合药物治疗,改善移植后肺纤维化部位炎症、氧化压力、纤维化微环境,进而提高移植后干细胞存活率,最终实现对IPF治疗效果的提升。论文主要分为以下三个部分:1.为了实现对移植干细胞实时成像示踪的同时,提高移植后干细胞的存活率,本部分工作通过设计合成一种Au@PEI@PEG纳米示踪剂,结合荧光素酶报告基因(red-emitting firefly luciferase,Rfluc),实现对MSCs的有效标记,并对移植后干细胞进行体内实时CT及生物发光(bioluminescence,BL)示踪。同时,对肺纤维化小鼠灌胃注入尼达尼布药物,用于缓解肺纤维化部位的炎症及纤维化微环境,提高移植后干细胞存活率。通过BL及CT双模态成像实时观测移植后MSCs在体内的分布、迁移及存活情况,通过尼达尼布的治疗作用延长了体内移植MSCs的存活时间(从6 d延长至12 d),从而显著提高对肺纤维化的治疗效果。2.前期工作已经证明了干细胞和药物联合治疗IPF的效果明显优于干细胞单独治疗。但是,由于灌胃给药易造成生物利用率低,产生胃肠道反应等副作用。本部分工作制备了一NVP-TNKS656分子量种能够粘附于细胞膜表面,同时响应疾病部位活性氧(reactive oxygen species,ROS)微环境释放药物的金基两面神(Janus)纳米粒子。Janus纳米粒子表面一半亲水性修饰,一半疏水性修饰的特征,使其能够粘附于细胞膜表面而不被细胞内吞。最终实现对移植干细胞CT示踪的同时,疾病微环境条件Colforsin小鼠下刺激响应性靶向释放药物。药物释放后,纳米粒子被内吞入细胞,实现了长达60 d的CT示踪。此外,干细胞与药物联合治疗IPF表现出显著优于干细胞单独治疗的效果。3.疾病部位高浓度的ROS破坏移植干细胞线粒体膜,增加凋亡蛋白Caspase 3的表达水平,导致细胞凋亡。为了提高移植干细胞存活率,本章工作设计了一种能够共递送视黄酸(retinoic acid,RA)与miRNA的纳米载体(Au@PEI@PEG(@TAT纳米粒子)。RA被递送入胞内后,提高抗氧化剂的表达水平,清除细胞内高浓度的ROS。而miRNA能够抑制Caspase 3的表达。最终,化学药物和核酸药物协同作用抑制移植干细胞凋亡,提高了移植干细胞的存活率,从而增强了干细胞的IPF治疗效果。同时,利用CT及BL双模态成像实现了对移植MSCs的体内实时成像示踪。综上,本博士学位论文设计了功能性金基纳米粒子,实现了对移植干细胞的实时CT成像示踪,并通过与药物联用提高了移植干细胞的存活率,显著改善了 IPF的治疗效果。