基于纳米探针和近红外成像技术动态观测胶原支架材料内降解的基础性研究

Although degradable biomaterials have been widely applied in bone repair engineering, challenges remain in real-time observing those biomaterials in vivo degradation. As a non-invasive imaging technolgy, near infrared (NIR) imaging is suitable for in situ monitoring of implanted biomaterials based on its deeper tissue penetration (lower absorbance) and lower auto-fluorescence background. With the development of nanotechnology, NIR imaging is a promising technique of tracking biomaterial in vivo degradation based on near infrared fluorescence nanoprobe. Our previous studies shown that collagen, silk protein and bioglass enabled to improve the biocompatibility of polyethylene terephthalate (PET) materials and enhance the tendon-bone healing，but its further application was limited by lacking of real-time in vivo data. In this study, collagen scaffolds was firstly conjugated with fluorescent gold nanoclusters, and then were tracked its degradation in animals model by NIR imaging. Our project is not only enable to increase the accuracy of in vivo data from animals, but also pave a novel way for developing next generation biomaterials.

可吸收生物材料在医学尤其是骨科领域应用广泛，但是如何实时研究其体内降解动态过程目前仍是技术难点。近红外光学成像作为一种深层组织实时成像且背景干扰低的非接触性成像技术非常适合用于体内研究。随着纳米技术快速发展，利用纳米探针和近红外成像技术观测生物体内实时动态变化成为新兴研究热点。本课题前期研究中证实胶原蛋白、丝蛋白和生物玻璃等能有效提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料表面生物相容性，促进腱骨愈合。但是，体内实验实时定量数据的缺乏限制了开发出更符合临床需求的生物材料。本课题以胶原作为研究对象，偶联前期制备的荧光金纳米团簇探针，建立动物模型，通过近红外成像技术进一步研究胶原在体内降解和代谢的动态过程。本项目立足可吸收生物材料研究中的关键基础性问题，融合纳米科学和影像学前沿技术，不仅为了后续研究提供科学可靠的体内实时定量数据，也为了开发其他骨科可吸收生物材料提供了新的研究手段和思路。

可吸收生物材料在医学尤其是骨科领域应用广泛，但是如何实时研究其体内降解动态过程目前仍是技术难点。荧光光学成像作为一种深层组织实时成像且背景干扰低的非接触性成像技术非常适合用于体内研究。随着纳米技术快速发展，利用纳米探针和近红外成像技术观测生物体内实时动态变化成为新兴研究热点。本课题制备的不同波段的荧光纳米探针，结合小动物模型，建立短波红外光学活体成像技术，依托此进一步体内精细化研究，尤其是胶原在体内降解和代谢的动态过程。本项目立足可吸收生物材料研究中的关键基础性问题，融合纳米科学和影像学前沿技术，不仅为了成功制备复合体内成像所需具有良好生物相容性的纳米探针，也成功实现了对活体小动物深层组织如血管，淋巴结，骨组织以及脏器等的长时间荧光成像技术，也研究胶原在体内代谢的情况，也为了生物材料的体内实验提供了新的研究手段和思路。