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背景与目的细胞治疗(cellular therapy)作为缺血性脑卒中的新的治疗模式正受到越来越多的关注。使用骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)及其它类型干细胞治疗缺血性脑卒中安全性和有效性在临床前期及临床研究中已经取得了较多证据。目前使用BMSCs作为治疗手段的动物实验及临床研究所采用的细胞递送方式包括：局部定点注射和全身系统性给予(包括经静脉或动脉递送细胞)。局部定点注射可靶向性将细胞直接递送至脑损伤区域,然而其高风险,有创性等特点严重限制了其临床应用。系统递送包括经静脉及动脉注射,这种细胞递送方式相对无创,但经静脉给予的细胞多数都被截留于外周器官的毛细血管床内,只有非常少部分或无细胞到达脑组织；经动脉递送细胞有导致血流减少和微血管栓塞的可能性。经鼻给药是一种无创,方便的给药方式,这种给药方式可以越过血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)并直接将药物递送至中枢神经系统(central nervous system, CNS)。有研究表明,经鼻给予的BMSCs可以通过支配鼻腔的嗅神经和三叉神经迁移至脑组织的不同区域。这种方式递送的细胞相比较于心脏、肾脏、肺组织、肝脏、脾脏和胃,在脑组织中有最高的聚集。目前有关于利用经鼻递送BMSCs治疗CNS疾病的研究鲜有报道。也未见用经鼻给予的方式将BMSCs靶向性递送入局灶性缺血脑组织及经鼻BMSCs对缺血损伤脑组织的神经保护作用的研究。本研究首先验证了通过无创、脑靶向性的经鼻腔给予的方式将BMSCs递送入缺血脑组织的可行性及有效性。并进一步证实,移植前缺氧预处理BMSCs可以提高其经鼻给予后向缺血损伤脑组织区迁移的靶向性。方法贴壁法原代分离培养大鼠BMSCs,流式细胞法检测表面标志物CD105, CD73,CD34,和CD45以确定所得细胞的属性。为更好地研究细胞向缺血损伤脑组织区迁移的靶向性,本研究采用损伤相对局限的皮层局灶性缺血小鼠模型。经鼻递送前,细胞使用Hoechst 33342(蓝色)标记以示踪其在脑内的分布及迁移。经鼻递送后1.5小时,将脑组织行20μm连续冰冻切片,并用碘化丙啶(propidium iodide,PI,红色)复染脑片,以显示脑组织的细胞核。为检测经鼻递送的BMSCs对缺血脑区域靶向性,对迁移至前囟1.10到前囟-2.10 mm区域内脑组织各区域的PI和Hoechst双标记细胞(紫红色)进行计数。免疫荧光染色CollagenⅣ标记脑组织血管结构,用以观察经鼻递送的细胞与脑血管的位置关系。缺氧预处理(0.1%02培养24小时,恢复正常氧浓度1小时)BMSCs以提高其经鼻递送后的存活及向缺血区域迁移的靶向性。Western blot、划痕试验、transwell试验被用来研究在正常氧浓度及缺氧预处理情况下培养细胞的向损伤信号或化学趋化因子定向迁移能力及相关机制。为检测缺血24小时后经鼻递送BMSCs的神经保护作用,脑缺血后4天(经鼻递送细胞后3天)用TTC染色评估梗塞体积,TUNEL染色检测缺血半暗带区域脑细胞DNA损伤及死亡情况。贴纸去除(Adhesive-removal)试验用于检测脑缺血后的小鼠的感觉运动神经功能缺损及经鼻递送BMSCs的神经功能保护作用。结果脑缺血损伤后24小时经鼻给予BMSCs,1.5小时后便可在嗅球,前脑皮层,脑梗塞及其周围区域,梗塞对侧皮层等各脑区观察到Hoechst 33342预标记的蓝色细胞。经鼻给予BMSCs后1.5小时便发现细胞直接位于脑血管结构外,这不同于经静脉或动脉递送后有很多细胞会被卡在血管腔内,需要24小时甚至10天的时间越过血管内皮进入脑实质内。与正常氧浓度培养的BMSCs(Normoxic cultured BMSCs,N-BMSCs)相比,缺氧预处理BMSCs(hypoxia preconditioned BMSCs, HP-BMSCs)的CXCR4, MMP2,MMP9表达水平有显著上调。HP-BMSCs向损伤信号或化学趋化因子定向迁移能力较之N-BMSCs有明显增强。HP-BMSCs经鼻给予后向脑缺血区域迁移有显著的靶向性。脑缺血24小时后,经鼻递送N-BMSCs,HP-BMSCs均可显著降低脑梗塞体积,降低脑梗塞周边区域TUNEL细胞的阳性比例。在贴纸去除试验中,经鼻给予HP-BMSCs的脑缺血小鼠的感觉运动神经功能评估显著好于经鼻给予媒介液的脑缺血损伤小鼠。结论本研究结果表明,经鼻递送BMSCs可以进入脑组织缺血损伤区。缺氧预处理可显著提高BMSCs体外向损伤信号或化学趋化因子定向迁移能力及其经鼻后向脑缺血区域迁移的靶向性。经鼻给予BMSCs对缺血脑组织有神经保护作用。