实验表明糖分子如何用于追踪大脑中的干细胞
与大多数其他细胞不同，MSC 细胞膜上富含甘露糖残基（绿色）。使用对甘露糖存在敏感的 MRI 技术，现在可以跟踪移植的 MSC，而无需对其进行标记。图片由 Shreyas Kuddannaya 提供
约翰霍普金斯大学的一位医学科学家花了 30 年时间研究如何将化学标签放入细胞中以追踪它们在活组织中的运动，他发现某些自我更新的干细胞具有内置的示踪剂——由糖制成——可以完成这项工作注入小鼠大脑时不添加化学“标签”。研究人员说，这一发现是由广泛用于多发性硬化症和其他神经退行性疾病的实验疗法的干细胞制成的，令人惊喜。
“有一个完整的科学领域致力于化学和遗传细胞标记，否则，我们无法看到经过特殊和昂贵工程改造的治疗细胞的行进方向，以及它们是否到达体内的预定位置以修复或替换病变组织，”约翰霍普金斯大学医学院放射学和放射科学教授、约翰霍普金斯细胞工程研究所细胞成像主任 Jeff Bulte 博士说。
Bulte 说，如果随后的实验得到证实，这项新研究应该会简化和推进对大脑疾病的恢复性研究，由于大脑及其血脑屏障的敏感性，大脑被认为是最难追踪治疗的器官.
他说，根据 Bulte 的经验，在任何器官中标记可用于人体临床试验的治疗细胞是一个昂贵且困难的过程，需要进行广泛的安全性研究，并让科学家团队专注于寻找更好的方法来追踪因多发性硬化症和其他神经退行性疾病。
对于此类研究，科学家们长期以来一直在使用所谓的间充质基质细胞，这是一种在骨髓中发现的干细胞，可以发育成多种类型的细胞，还可以减少炎症。
在在Nature Biomedical Engineering上描述的新原理验证研究中，Bulte 和他的研究小组发现，这些间充质基质细胞含有高水平的称为甘露糖的糖，这种糖与葡萄糖相似并且可以被发现使用基于磁共振成像 (MRI) 的标准成像方法轻松且成功地进行。
Bulte 的团队在 Nature Communications上发表了另一项研究 表明某些肿瘤细胞会丢失大量糖分子很容易被 MRI 机器检测到，因此他们产生了使用糖作为示踪剂的想法。Bulte 实验室的研究员 Yu Yuan 博士发现，干细胞中含有丰富的甘露糖——大约是典型细胞中甘露糖含量的两到三倍。
由于哺乳动物的细胞通常缺乏高糖含量，Bulte 和他的团队推断，注射天然含有大量糖的干细胞可能很容易在脑组织的背景下被发现。
在他们的研究中，Bulte 的团队将四种人类细胞注入活小鼠的大脑，包括间充质干细胞。对于每种细胞类型，研究人员注射了 300,000 个细胞。
然后，研究人员使用 MRI 跟踪他们在两周内发现注射细胞簇的位置。
他们发现间充质干细胞的 MRI 信号比其他三种注射细胞类型高约 60%，并且在注射后长达两周的 MR 图像上很容易看到。他们说，有趣的是，只有活细胞会产生 MRI 信号，这为使用该技术确定移植细胞的存活率以及跟踪提供了机会。
Bulte 的团队正在计划进行额外的研究，以确定细胞糖分子是否可用于检测干细胞分化为其他细胞类型。
“在我开始标记细胞领域的研究 30 年后，我发现大脑中的这些间充质干细胞毕竟不需要为了追踪目的而进行化学标记，而且可能有更好、更简单的方法跟踪大脑中的这些细胞，”Bulte 说。