基于干细胞的再生医学作为治愈人类重大疾病最有潜力的方法之一,引起了科研工作者的广泛关注。明确移植干细胞在宿主体内的存活、迁移和分化行为是指导干细胞有效治疗的重要前提^[1]。能够无创、实时地监控和量化体内移植干细胞活体命运的示踪方法对于评估干细胞治疗的安全性和有效性及其临床转化至关重要。本论文设计了新型磁热干细胞标记技术,利用磁共振（MRI）高T₂*造影增强性能的涡旋磁纳米环（γ-FVIO）作为造影剂,利用它在交变磁场下优良的磁热转换性能对间充质干细胞进行标记,并从细胞安全性、体内外MRI示踪灵敏度、体内示踪时程等方面展开了研究,为无创移植干细胞的高灵敏度、长时程示踪提供理论和技术支持。本论文的主要研究内容及具体结果如下:（1）利用水热反应及热相转变途径合成γ-Fe₂O₃涡旋磁纳米环（γ-FVIO）,并采用配体交换的策略对其进行表面改性。结果显示合成的γ-FVIO外径为63 nm,在水相中稳定性良好;其比吸收速率（SAR）是超顺磁纳米氧化铁（SPIO）的15.6倍;同时其弛豫率r₂*是SPIO的约10倍。（2）明确磁热标记的最适条件。通过细胞毒性实验确定最适的安全标记浓度为50μg Fe/m L;通过分析不同时间点施加交变磁场（AMF）的细胞毒性,确定了最适AMF施加时间为共培养的1.5 h;在该时间点施加不同时长的AMF,分析细胞毒性及铁摄取量确定最佳施加时长为10 min。结果表明该标记方法在保证生物安全性的同时,其标记效率相较于普通内吞提高了3.44倍。（3）研究磁热标记的机制。通过标记过程中γ-FVIOs的荧光强度变化来探究细胞内温度的变化,分析γ-FVIOs可能的入胞途径;并通过共聚焦显微镜分析纳米探针的胞内分布。结果表明在AMF下γ-FVIOs在细胞膜表面能够快速升温并进入细胞;磁热标记后γ-FVIO与溶酶体的共定位效率由91%降至37%,显示较多γ-FVIOs分散在细胞质中。（4）标记干细胞的体外MRI成像性能研究。对单个及多个标记干细胞进行MRI成像;分析细胞铁含量与单细胞检测限的关系;研究体外长时间培养下细胞铁含量随时间的变化情况。结果显示细胞铁含量高于20 pg时,单个标记干细胞可被MRI检测到;磁热标记12天后胞内铁含量仍保持20 pg以上,表明此标记方法有潜力进行长时程示踪。（5）磁热标记干细胞的活体示踪灵敏度及长时程示踪研究。将磁热标记的干细胞以不同数量移植入大鼠脑部进行MRI成像,探究最少可检测的移植细胞数;再进行长达10周的MRI成像,探究该标记方法的活体长时程示踪效果。结果显示可在活体水平检测到10个移植干细胞,并可长效示踪最少1000个移植干细胞。实现了高灵敏度、长时程活体细胞影像示踪。