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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技術(shù)來獲取信息，無法對同一實驗個體進行連續(xù)的動態(tài)監(jiān)測。由于實驗動物的個體差異，反饋的“碎片化”信息難以反映真實的組織再生狀況，據(jù)此設(shè)計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)和動態(tài)監(jiān)控組織再生過程提供了研究條件。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，開發(fā)出“診療一體化”骨支架，有望實現(xiàn)對骨再生過程中支架降解、細胞分化、血管長入和新骨生成等再生要素的動態(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)計并促進骨修復。

  近期，東華大學何創(chuàng)龍教授團隊基于具有生物安全性與可持續(xù)監(jiān)測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)影像功能和骨修復能力的骨組織工程支架。在復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，還能夠通過熒光和磁共振成像技術(shù)實時監(jiān)測支架的早期成骨和降解過程（圖1）。他們利用堿性磷酸酶（ALP）響應型膠束（Sup）裝載熒光染料吲哚菁綠（ICG）獲得ALP響應型熒光探針（ICG@Sup）。ICG@Sup可在ALP的作用下解離釋放ICG，產(chǎn)生強近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光信號，使負載ICG@Sup的復合支架利用NIR-II熒光成像實現(xiàn)成骨早期的動態(tài)監(jiān)測。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，實現(xiàn)對支架降解的動態(tài)監(jiān)測（圖2）。體外細胞實驗結(jié)果表明，SV/IU@OCP支架通過上調(diào)骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）相關(guān)成骨基因的表達（Runx2、ALP、Col I和OPN）來增強骨生成。此外，SV/IU@OCP支架通過促進BMSCs大量分泌ALP的方式增強了NIR-II熒光信號強度（圖3）。大鼠顱骨缺損模型研究結(jié)果顯示，SV/IU@OCP支架通過NIR-II熒光成像監(jiān)測骨形成早期過程，通過磁共振成像監(jiān)測植入物降解情況，初步實現(xiàn)了骨缺損修復的原位動態(tài)監(jiān)測（圖4）。SV/IU@OCP支架還顯示出最佳的骨修復效果（圖5）。 

圖4 大鼠體內(nèi)熒光/磁共振成像性能評價

圖5 大鼠體內(nèi)骨再生性能評價

  綜上所述，本研究為開發(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，未來有望對骨修復過程中的所有再生要素提供非侵入性的動態(tài)監(jiān)測。結(jié)合影像學和組織學數(shù)據(jù)，對支架的各項結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)進行優(yōu)化，可望開發(fā)出具有良好骨再生潛能的修復材料，也能大大減少實驗動物的使用數(shù)量。

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