骨修復(fù)是***復(fù)雜的生物學(xué)過程之***，其中包括細(xì)胞增殖、分化和組織形態(tài)變化等過程，大致可分為三個(gè)相互重疊的階段：炎癥反應(yīng)、血管生成和骨重塑。整個(gè)骨修復(fù)周期通常需要幾個(gè)月甚至幾年，同時(shí)伴隨著植入物的降解，***終實(shí)現(xiàn)新生骨的正常形態(tài)和生物功能性。在臨床上，醫(yī)生需要對骨修復(fù)患者的每個(gè)階段進(jìn)行及時(shí)診斷和醫(yī)療干預(yù)，才能獲得理想的治療效果。然而，超聲、CT、MRI和PET成像等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢測方法難以實(shí)時(shí)報(bào)告骨修復(fù)的整個(gè)進(jìn)程，并且存在放射性等限制。因此，能夠原位監(jiān)測骨修復(fù)過程中的炎癥反應(yīng)、血管生成和植入物降解對于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究和臨床轉(zhuǎn)化具有重要意義。

圖1. 構(gòu)建近紅外二區(qū)比率熒光生物支架用于原位監(jiān)測骨修復(fù)過程示意圖

團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了小鼠顱骨缺損模型，并將ErBG@IR808支架植入到缺損部位。研究結(jié)果顯示，由于NIR-II窗口具有深組織穿透和低組織散射的特點(diǎn)，無需任何侵入性操作就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到支架在活體中的熒光信號。更為重要的是，通過比率熒光成像可以避免組織腫脹所引起的熒光信號波動，從而準(zhǔn)確監(jiān)測骨修復(fù)過程中的炎癥過程，并且與臨床上血常規(guī)檢測結(jié)果高度***致。

為檢測骨修復(fù)過程中血管生長情況，研究團(tuán)隊(duì)通過靜脈注射NIR-II小分子探針LZ1105與ErBG@IR808支架的近紅外二區(qū)熒光信號進(jìn)行共同定位。結(jié)果表明，在支架植入后的第1天，顱骨缺損部位沒有明顯血管生成；在21天時(shí)，可以觀察到大量新生血管沿著支架空隙生長；觀察期至90天時(shí)，發(fā)現(xiàn)新生血管繼續(xù)形成并擴(kuò)散至整個(gè)骨缺損區(qū)。更為重要的是，通過活體熒光定量分析計(jì)算不同時(shí)間點(diǎn)的新生血管數(shù)量，與傳統(tǒng)離體樣本CT分析結(jié)果相***致。此外，支架的NIR-II熒光信號可在體長達(dá)12周的時(shí)間內(nèi)，原位監(jiān)測支架的降解情況。

圖3.（a）活體監(jiān)測骨修復(fù)過程中血管生長示意圖；（b，c）骨缺損部位新生血管的熒光成像照片和統(tǒng)計(jì)分析；（d，e）骨缺損部位新生血管的micro-CT成像照片和統(tǒng)計(jì)分析；（f）VEGF表達(dá)情況。

圖4.（a）離體骨缺損樣本的光學(xué)照片和熒光照片；（b，c）Micro-CT照片和新生骨統(tǒng)計(jì)分析；（d）新生骨組織的連續(xù)熒光標(biāo)記照片；（e）Masson染色；（f）對OCN免疫組化染色。