MRI 助力检测猪膝关节衰老细胞：开启骨关节炎诊疗新篇

骨关节炎（OA）中衰老细胞可促进疾病进展，目前缺乏体内检测衰老细胞的技术。研究人员评估 β - 半乳糖苷酶（β -gal）响应的钆（Gd）螯合物能否用 MRI 检测猪关节衰老细胞。结果显示该方法在体外、体内及猪膝关节标本中均有效，有望用于 OA 诊疗。

　　在人体的关节世界里，有一种常见且麻烦的 “敌人”—— 骨关节炎（Osteoarthritis，OA），它就像一个悄悄搞破坏的 “小怪兽”，常常引发关节疼痛、活动受限和僵硬等问题，严重影响人们的生活质量。近年来，科学家们发现衰老细胞在骨关节炎的发展过程中扮演着关键 “帮凶” 的角色。这些衰老细胞会分泌炎症介质，加速关节软骨的降解，最终导致关节被破坏。为了对抗骨关节炎，各种衰老细胞清除疗法（senolytic therapies）应运而生，像达沙替尼（dasatinib）、槲皮素（quercetin）等药物都进入了临床试验阶段，并且展现出了减缓骨关节炎进展的潜力。

然而，在这个对抗骨关节炎的 “战场” 上，目前还存在一个棘手的问题：没有一种可靠的成像技术能够在体内检测衰老细胞。这就好比在黑暗中作战，看不到敌人在哪里，很难做到精准打击。为了解决这个难题，来自斯坦福大学医学院（Stanford University School of Medicine）等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们致力于探究一种 β - 半乳糖苷酶（β -galactosidase，β -gal）响应的钆（gadolinium，Gd）螯合物，能否借助标准的临床磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术，实现对衰老细胞的非侵入性检测。这项研究成果发表在《npj Imaging》杂志上，为骨关节炎的诊疗带来了新的希望。

研究人员在研究过程中，运用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，他们从猪的髂嵴抽取骨髓，分离培养出间充质基质细胞（Mesenchymal Stromal Cells，MSCs） ，并使用多柔比星（doxorubicin）诱导部分细胞衰老。在动物实验中，选用了约克夏小型猪（Yucatan minipigs），在其膝关节创建软骨缺损模型，分别植入衰老细胞和正常细胞。之后，利用 MRI 对样本进行扫描，通过分析 T₁加权成像和 T₁映射数据，测量 R₁弛豫率等指标来评估检测效果。同时，运用免疫细胞化学（immunocytochemistry，ICC）技术，检测衰老相关标志物如 p16、p21 和 β -gal 的表达，以验证 MRI 检测结果。

下面来看具体的研究结果：

• β -gal 响应的 Gd 螯合物最佳浓度：有效检测 β -gal 响应的 Gd 螯合物的激活依赖于合适的浓度。实验发现，与未孵育 β -gal 酶的 Gd 螯合物相比，孵育后的 Gd 螯合物在 T₁加权磁共振成像（T₁-weighted MRI）上显示出增强的 T₁对比效果和更短的 T₁弛豫时间，其 r₁弛豫率也更高。这表明合适浓度的该螯合物在检测 β -gal 活性时具有优势。
• MRI 区分衰老细胞和活细胞：研究人员用 Gd 螯合物孵育衰老和活的 MSCs，再进行 MRI 分析。结果显示，经多柔比星诱导的衰老 MSCs 中 β -gal 阳性率达 89 ± 2.1%，显著高于未处理的对照组（13 ± 3.2%） 。在 0.5 mM 浓度下，衰老 MSCs 在 T₁加权 MRI 图像上信号更强，R₁弛豫率显著长于活细胞对照组，且两组细胞样本的 Gd 浓度无显著差异，说明衰老细胞 T₁信号增强是由于 β -gal 响应的 Gd 螯合物被激活。
• β -gal 响应的 Gd 螯合物在猪膝关节标本中检测衰老细胞：将对照组和衰老细胞与 Gd 螯合物孵育后植入猪膝关节标本的软骨缺损处，然后进行 MRI 检测。结果显示，植入衰老 MSCs 的部位在 T₁加权 MR 图像上信号更强，其平均 R₁弛豫率显著长于活细胞植入部位，信号噪声比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）也显著更高，表明该螯合物能在关节解剖背景下检测衰老细胞。
• β -gal 响应的 Gd 螯合物在体内检测衰老细胞：在活猪膝关节中植入衰老和对照细胞，24 小时后关节内注射 β -gal 响应的 Gd 螯合物，MRI 扫描显示含衰老细胞的软骨缺损处信号更强，R₁弛豫率更高，SNR 也显著高于对照细胞。动物处死后的离体 MRI 结果与活体猪相似，进一步证实了该螯合物在体内检测衰老细胞的能力。
• 衰老 MR 成像的免疫细胞化学验证：对猪膝关节标本进行组织学分析，通过免疫细胞化学检测 p16、p21 和 β -gal 等衰老标志物。结果显示，衰老细胞植入物中这些标志物的表达水平显著高于对照植入物，且通过其他染色排除了巨噬细胞流入和血管差异的影响，验证了 MRI 检测衰老细胞的准确性。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：β -gal 响应的 Gd 螯合物能够借助 MRI 在体外、膝关节外植体以及活体猪模型中实现对衰老细胞的非侵入性检测。这一成果意义重大，它为骨关节炎的诊疗开辟了新的道路。一方面，有望用于筛选适合衰老细胞清除疗法的患者，根据患者体内衰老细胞的分布和数量制定个性化的治疗方案；另一方面，还能实时监测治疗效果，帮助医生及时调整治疗策略。不过，该研究也存在一定的局限性，比如实验设计没有完全模拟骨关节炎的自然发病环境，目前还不清楚该探针在患者中的敏感性和特异性，也不确定检测到的 β -gal 是细胞内还是细胞外的。但总体而言，这项研究为未来骨关节炎以及其他与衰老相关疾病的研究和治疗提供了重要的参考，推动了生命科学和健康医学领域的发展。