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。

近日，复旦大学张凡教授团队和上海市第六人民医院骨科合作提出了一种基于3D打印生物活性玻璃支架的集成活体荧光成像策略：选用具有优异生物相容性的生物活性玻璃（BG）作为支架的基质材料，以具有近红外二区发光性质的稀土纳米颗粒（ErNPs）作为发光核，通过3D打印技术制备得到ErBG支架，并在支架表面修饰HClO响应的荧光染料（IR808）作为响应基团，最终构建得到了近红外二区比率荧光生物支架（ErBG@IR808）。将支架植入到小鼠颅骨缺损模型，可以实现原位监测骨修复过程中的早期炎症反应、血管生成和植入物降解情况。未来，这种集成的近红外二区荧光成像策略还可以进一步拓展到原位监测血管、神经等组织工程的进程，以及可植入医疗器械与宿主的免疫反应等过程。该研究成果以“NIR-II Ratiometric Lanthanide-Dye Hybrid Nanoprobes Doped Bioscaffolds for In Situ Bone Repair Monitoring”为题在线发表于《纳米·快报》 (Nano Letters, 2022, 22, 783–791)。复旦大学裴鹏博士，陈莹博士研究生和温州医科大学胡宏悻博士研究生为文章的共同第一作者。

该工作得到了复旦大学化学系、聚合物工程国家重点实验室、上海市分子催化和功能材料重点实验室、国家重点研发项目、国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会等机构与项目的大力支持。

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。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.1c04356