背景和目的目前在软骨组织构建中,种子细胞、细胞支架、生物反应条件三者结合始终是最为经典的模式。其中,干细胞是种子细胞之首选,其在活体内的存活状况、位置分布等转归的结局是其作用机制的探究基础。然而,目前的实验室常用活体干细胞示踪技术较局限,如荧光素等操作成本较高,且有一定细胞毒性。在新兴的细胞示踪技术中,上转换纳米材料(UCN)备受研究者关注,其具有独特的上转换成像光学性能,兼具CT、MRI的影像学造影功能,使得多模态示踪细胞成为可能。在相关研究报道中,上转换纳米材料对于肿瘤细胞的定位示踪及靶向治疗的研究占据多数,而示踪干细胞修复重建组织的报道相对较少较浅。此研究旨在探究上转换纳米材料在组织构建过程中的活体示踪的应用价值。方法用UCN标记大鼠的关节来源的软骨细胞和软骨干细胞,检测UCN对细胞活性、增殖、功能的影响,确定最适的共培养浓度、时间、条件。对不同浓度的UCN标记的细胞进行980nm上转换共聚焦荧光成像,观察其体外的示踪作用。将UCN标记的细胞的水凝胶团块进行CT、MRI显影,测定不同细胞密度下的造影信号强度,确定可利用与骨软骨组织区分的浓度作为应用浓度。将UCN标记的大鼠软骨干细胞制成水凝胶团块,置于裸鼠皮下,于d0,d14,d28进行上转换活体荧光UCL和CT拍摄,分别记录信号强度。根据UCL和CT的结果进行细胞团块的定位和相对定量。结果对于大鼠软骨细胞,UCN的半数致死的标记浓度为1.25mg/mL;对于大鼠软骨干细胞,UCN的半数致死的标记浓度为1.5mg/m。当细胞标记浓度小于250μg/mL时,大鼠软骨细胞和软骨干细胞的活性、增殖、迁移能力均未受影响。当标记浓度大于100μg/mL时,大鼠软骨干细胞的分化能力会受到一定抑制。故选取100μg/mL作为标记细胞的UCN悬液浓度。在上转换荧光共聚焦成像、CT中,UCN的信号强度与浓度成正比。而在MRI中,当UCN相对于细胞块的浓度大于2.5mg/mL时,在T1、T2信号中均无法接收到信号。在上转换活体荧光成像中,UCN可在裸鼠皮下示踪水凝胶混合的大鼠软骨干细胞至少28天,以100μg/mL为标记浓度的前提下,细胞相对水凝胶球的浓度在高于3×106/mL时均可显示清晰的上转换光信号。在CT的活体成像中,细胞浓度在高于15 ×106/mL时可明确所在的位置并相对定量,低于该密度时需结合上转换发光信号的位置方可定位。