热点应用丨复旦大学张凡团队开发近红外二区比率荧光生物支架用于骨修复的原位监测

骨修复是最复杂的生物学过程之一，其中包括细胞增殖、分化和组织形态变化等过程，大致可分为三个相互重叠的阶段：炎症反应、血管生成和骨重塑。整个骨修复周期通常需要几个月甚至几年，同时伴随着植入物的降解，最终实现新生骨的正常形态和生物功能性。在临床上，医生需要对骨修复患者的每个阶段进行及时诊断和医疗干预，才能获得理想的治疗效果。然而，超声、CT、MRI和PET成像等传统医学检测方法难以实时报告骨修复的整个进程，并且存在放射性等限制。因此，能够原位监测骨修复过程中的炎症反应、血管生成和植入物降解对于基础医学研究和临床转化具有重要意义。

图1. 构建近红外二区比率荧光生物支架用于原位监测骨修复过程示意图

团队构建了小鼠颅骨缺损模型，并将ErBG@IR808支架植入到缺损部位。研究结果显示，由于NIR-II窗口具有深组织穿透和低组织散射的特点，无需任何侵入性操作就可以实时监测到支架在活体中的荧光信号。更为重要的是，通过比率荧光成像可以避免组织肿胀所引起的荧光信号波动，从而准确监测骨修复过程中的炎症过程，并且与临床上血常规检测结果高度一致。

为检测骨修复过程中血管生长情况，研究团队通过静脉注射NIR-II小分子探针LZ1105与ErBG@IR808支架的近红外二区荧光信号进行共同定位。结果表明，在支架植入后的第1天，颅骨缺损部位没有明显血管生成；在21天时，可以观察到大量新生血管沿着支架空隙生长；观察期至90天时，发现新生血管继续形成并扩散至整个骨缺损区。更为重要的是，通过活体荧光定量分析计算不同时间点的新生血管数量，与传统离体样本CT分析结果相一致。此外，支架的NIR-II荧光信号可在体长达12周的时间内，原位监测支架的降解情况。

图3.（a）活体监测骨修复过程中血管生长示意图；（b，c）骨缺损部位新生血管的荧光成像照片和统计分析；（d，e）骨缺损部位新生血管的micro-CT成像照片和统计分析；（f）VEGF表达情况。

图4.（a）离体骨缺损样本的光学照片和荧光照片；（b，c）Micro-CT照片和新生骨统计分析；（d）新生骨组织的连续荧光标记照片；（e）Masson染色；（f）对OCN免疫组化染色。

近红外二区小动物活体成像系统NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system