利用体内DNP-MRI技术评估骨折愈合过程中形成愈伤组织的骨骼前体细胞中的氧化还原动态变化

《npj Imaging》：Evaluation of redox dynamics in callus-forming skeletal progenitor cells during fracture healing using in vivo DNP-MRI

　　

摘要

骨折愈合是一个复杂的生物过程，涉及炎症反应、成骨前体细胞（CaSPCs）的激活以及组织重塑，而氧化还原调节在这一过程中起着关键作用。目前尚无成熟的成像技术能够在体内评估骨折部位的CaSPC相关氧化还原活性，因为传统的成像方法主要反映的是结构变化而非细胞活动。体内动态核极化磁共振成像（DNP-MRI）则能够显示组织的氧化还原状态。在本研究中，我们利用小鼠胫骨骨折模型，探讨了DNP-MRI在可视化骨折部位时空氧化还原变化方面的应用价值。使用硝基自由基探针卡巴酰-PROXYL（CmP）进行的体内DNP-MRI检测显示，在骨折愈合的早期和中期，骨折愈合组织中的CmP信号衰减速度会加快，且这种加速现象具有阶段性特征。进一步的体外氧化还原分析表明，CaSPCs的CmP衰减速率明显高于正常骨骼来源的成骨前体细胞（IB-SPCs）。离体实验则显示，CaSPCs产生的线粒体ROS数量也多于IB-SPCs。这些研究结果表明，骨折愈合组织内的氧化还原动态具有阶段性特点，反映了与CaSPCs相关的固有代谢特性。体内DNP-MRI作为一种功能性成像技术，能够展示骨折愈合过程中的氧化还原代谢情况，不仅能提供结构信息，还能更早地评估骨再生状况。