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  傳統(tǒng)組織工程技術(shù)主要依賴破壞性的組織學(xué)技術(shù)來(lái)獲取信息，無(wú)法對(duì)同一實(shí)驗(yàn)個(gè)體進(jìn)行連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。由于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的個(gè)體差異，反饋的“碎片化”信息難以反映真實(shí)的組織再生狀況，據(jù)此設(shè)計(jì)的工程化組織因缺乏良好的生物適配性而失敗。非侵入影像技術(shù)的快速發(fā)展，為連續(xù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控組織再生過(guò)程提供了研究條件。在骨組織工程的研究中，將多模態(tài)影像技術(shù)整合到生物活性骨支架中，開(kāi)發(fā)出“診療一體化”骨支架，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)骨再生過(guò)程中支架降解、細(xì)胞分化、血管長(zhǎng)入和新骨生成等再生要素的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并揭示各再生要素在骨再生中的協(xié)同作用，以優(yōu)化支架設(shè)計(jì)并促進(jìn)骨修復(fù)。

  近期，東華大學(xué)何創(chuàng)龍教授團(tuán)隊(duì)基于具有生物安全性與可持續(xù)監(jiān)測(cè)性的熒光和磁共振成像技術(shù)，利用3D打印技術(shù)構(gòu)建了一種融合多模態(tài)影像功能和骨修復(fù)能力的骨組織工程支架。在復(fù)合支架中引入多模態(tài)影像劑和辛伐他汀，不僅提高了支架的骨再生能力，還能夠通過(guò)熒光和磁共振成像技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支架的早期成骨和降解過(guò)程（圖1）。他們利用堿性磷酸酶（ALP）響應(yīng)型膠束（Sup）裝載熒光染料吲哚菁綠（ICG）獲得ALP響應(yīng)型熒光探針（ICG@Sup）。ICG@Sup可在ALP的作用下解離釋放ICG，產(chǎn)生強(qiáng)近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光信號(hào)，使負(fù)載ICG@Sup的復(fù)合支架利用NIR-II熒光成像實(shí)現(xiàn)成骨早期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在載有辛伐他汀的SV/IU@OCP支架上接枝陰性造影劑氨基化超小超順磁性氧化鐵納米粒子（USPIO-NH₂）賦予支架磁共振成像能力。支架降解引起造影劑流失使USPIO-NH₂濃度降低，產(chǎn)生較高的磁共振T₂信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)支架降解的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（圖2）。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SV/IU@OCP支架通過(guò)上調(diào)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）相關(guān)成骨基因的表達(dá)（Runx2、ALP、Col I和OPN）來(lái)增強(qiáng)骨生成。此外，SV/IU@OCP支架通過(guò)促進(jìn)BMSCs大量分泌ALP的方式增強(qiáng)了NIR-II熒光信號(hào)強(qiáng)度（圖3）。大鼠顱骨缺損模型研究結(jié)果顯示，SV/IU@OCP支架通過(guò)NIR-II熒光成像監(jiān)測(cè)骨形成早期過(guò)程，通過(guò)磁共振成像監(jiān)測(cè)植入物降解情況，初步實(shí)現(xiàn)了骨缺損修復(fù)的原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（圖4）。SV/IU@OCP支架還顯示出最佳的骨修復(fù)效果（圖5）。 

圖4 大鼠體內(nèi)熒光/磁共振成像性能評(píng)價(jià)

圖5 大鼠體內(nèi)骨再生性能評(píng)價(jià)

  綜上所述，本研究為開(kāi)發(fā)“可視化”骨組織工程技術(shù)提供了一種有益的嘗試，隨著支架被賦予更多的成像功能，未來(lái)有望對(duì)骨修復(fù)過(guò)程中的所有再生要素提供非侵入性的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。結(jié)合影像學(xué)和組織學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)支架的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可望開(kāi)發(fā)出具有良好骨再生潛能的修復(fù)材料，也能大大減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用數(shù)量。

  原文鏈接https://doi.org/10.1002/adhm.202302687