المراقبة الديناميكية لتوازن العظام من خلال التصوير الفلوري ثنائي الألوان لنشاط الخلايا العظمية والخلايا العظمية الناقصة

يتم الحفاظ على توازن العظام من خلال توازن ديناميكي بين تكوين العظام الذي يوسّره الخلايا العظمية (OBs) وامتصاص العظام المدفوع من قبل الخلايا العظمية الناقصة (OCs). بينما تم تطوير العديد من المجسات لاكتشاف إما الفوسفاتاز القلوي (ALP) أو بروتونات خارج الخلية (H⁺)، التي تعمل كمؤشرات حيوية رئيسية لنشاط OBs و OCs على التوالي، لا توجد أي منصة تصوير جزيئية أحادية موجودة تمكّن المراقبة المتزامنة، في الوقت الحقيقي، لتكوين العظام وامتصاصها في الموقع. في هذه الدراسة، طورنا منصة تصوير فلوري قريبة من الأشعة تحت الحمراء (NIR) تستجيب بشكل مزدوج لمراقبة إعادة تشكيل العظام من دون تدخل وفي الوقت الحقيقي. تم تصميم مجسين فلوريين NIR، NIR-OB و NIR-OC، للاستجابة بشكل انتقائي لـ ALP و H⁺ من خلال انبعاثات FL متميزة "OFF-ON" عند 710 نانومتر و 820 نانومتر. تم ارتباط هذه المجسات كيميائيًا بهياكل TCP المصنعة من فوسفات الكالسيوم الثلاثي وقرص القحف من الفئران، مما يتيح كلًا من الوظيفة التشابكية والاستشعار الكيميائي. أكدت تجارب في المختبر والخارج أن المجسات تستجيب لنشاط OBs و OCs. أظهرت الفئران التي تم استئصال المبايض في vivo زيادة تدريجية في الإضاءة الفلورية في منطقة الفخذ والظهر، مما يتوافق مع فقدان العظام الذي تم التحقق منه بواسطة التصوير المقطعي المحوسب الدقيق. حدد التصوير الفلوري ثنائي القناة بوضوح مناطق تكوين العظام وامتصاصها، مما يمكّن المراقبة الدقيقة والمُحلية لإعادة تشكيل العظام، حيث أظهرت مجسات NIR ثباتية ضوئية عالية وتوافق بيولوجي على مدار 16 أسبوعًا. وبالتالي، تؤسس هذه النتائج NIR-OB و NIR-OC كأدوات قوية لتتبع الأيض العظمي بتقنية مزدوجة، مع إمكانيات كبيرة للتحويل للتشخيص المبكر والمراقبة طويلة الأمد من هشاشة العظام. تصريح الأهمية: نتيجة إعادة تشكيل العظام من الأنشطة الأيضية للخلايا العظمية والخلايا العظمية الناقصة، ومع ذلك، لا توجد أدوات تصوير جزيئية تمكّن المراقبة المتزامنة لها في الموقع وفي الوقت الحقيقي. هنا، نقدم منصة تصوير فلوري قريبة من الأشعة تحت الحمراء تستجيب بشكل مزدوج باستخدام مجسين (NIR-OB و NIR-OC) يقومان بتصوير أنشطة الخلايا العظمية والخلايا العظمية الناقصة بإشارات انبعاث متميزة (710 نانومتر و 820 نانومتر). أظهر هذا النظام تخصصًا عاليًا، وتوافقًا بيولوجيًا، واستقرارًا على مدى فترة طويلة في المختبر، وخارج المختبر، وفي الحيوان، مع ارتباط قوي لإشارات الفلورسنت بتقدم فقدان العظام في النماذج المصابة بهشاشة العظام. من خلال تمكين تتبع دقيق ومحلي وغير تدخلي لتكوين العظام وامتصاصها، توفر هذه المنصة أداة جديدة قوية ذات إمكانيات تحويل كبيرة للتشخيص المبكر والمراقبة طويلة الأمد لهشاشة العظام وأمراض العظام الأيضية ذات الصلة.