骨关节炎早期软骨退变靶向的纳米黑色素标记分子探针及其光声成像的研究

Osteoarthritis (Osteoarthritis, OA) is a common bone and joint disease. The incidence rate of OA is around 50% in people over 50 years old. Clinical studies show that, the joint condition can be improved obviously if the arthritis is early detected and treated promptly. In OA, glycosaminoglycans (GAGs) reduction is considered to be the symbol of the early stage of cartilage degeneration. This research attempts to develop a new GAGs targeted water-soluble MNP-PEG-DPA-Zn photoacoustic imaging nano-probe, to early detect osteoarthritis molecularly. In our previous work, we found DPA-Zn could bind to GAGs in articular cartilage, and applied it in optical molecular imaging of OA early detection. But because the probe’s poor water solubility, as well as the low resolution and depth of optical imaging, limits its further biological application. The project is to design and develop a water soluble positive charged MNP-PEG-DPA-Zn, to target GAGs, and for the early detection of cartilage molecular photoacoustic imaging, and lays foundation for its application in OA molecular imaging.

骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种常见多发病。糖胺聚糖（GAGs）的减少被认为是骨关节炎软骨退变早期的标志性事件。在软骨退变阶段进行针对于GAGs靶向的早期分子成像，可以帮助医师及早诊断骨关节炎并进行治疗,使患病关节的病情得到明显改善。在我们的前期工作中，发现DPA-Zn能和关节软骨中的GAGs靶向结合，并将其应用在骨关节炎软骨退变的早期光学分子成像研究中。但由于探针的水溶性差和光学成像的较低空间分辨率、低成像深度，限制了其进一步转化应用。本课题拟研究新的软骨退变GAGs靶向水溶性黑色素纳米光声分子探针，来进行骨关节炎的早期分子诊断。本项目通过水溶性基团氨基聚乙二醇叔丁醇酯（PEG）将DPA-Zn分子连接到水溶性黑色素纳米粒子表面，获得富含正电荷的纳米分子探针，选择性识别GAGs，进行针对于骨关节炎软骨退变的早期分子光声成像，为其在骨关节炎早期分子诊断的应用奠定基础。

软骨变性是骨关节炎(OA)的标志，其早期诊断对于有效的软骨修复至关重要。然而，到目前为止，仍然缺乏能够在早期准确检测和评估软骨退化的成像方式。在这里，我们引入由聚L-赖氨酸(PLL)包裹的内源性黑色素纳米粒子(MNP)作为带正电荷的造影剂，通过其在软骨中与阴离子糖胺聚糖(GAG)的强静电相互作用，对软骨退变进行精确的光声(PA)成像。PLL-MNP具有良好的光声特性，良好的光学稳定性及生物相容性等优点。 体外PAI研究表明，与带负电荷的MNP相比，具有+32.5±9.3 mV的zeta电位的PLL-MNP具有更强的软骨摄取能力和更长的滞留时间，并且与软骨中的GAG含量成正相关。在小鼠体内模型中通过关节内注射后，PLL-MNP在正常关节（具有高GAG含量）中显示出大约比OA关节（具有低GAG含量）中两倍更强的PA信号。此外，获得的PAI结果提供了OA膝关节中GAG含量分布的准确信息。因此，通过使用PAI检测和分析OA软骨中GAG含量的变化，我们可以清楚地区分早期OA和晚期OA，并监测药物治疗OA后的治疗效果。