由于老龄化、事故、疾病等多种因素，我国各类骨损伤病例正在逐年增加。骨微损伤是影响骨质量的重要因素。对骨结构进行准确、快速分析，能帮助医护人员迅速评估骨质量和健康水平，进而有效提高骨损疾病的诊疗效率。目前常用的骨组织分析方法包括HE染色、Masson染色、Von Kossa染色、茜素红染色等，这类染色方法需要繁琐的处理步骤（包埋、脱钙、切片等）和需要专业的培训操作，同时染色的效果也受温度、pH、染色时间等因素的影响，整个过程耗时耗力，而且难以保证结果的准确性。荧光分析的方法具有灵敏度高、重复性好、操作方便等优点，在骨分析研究中能快速便捷获得高分辨率的分析结果。然而骨组织是高度聚集的生物样品，传统的骨荧光染料受限于聚集诱导淬灭效应，效率不高。
图1. 水溶性AIE铱配合物的设计
针对此，酒店带套大学生医学工程研究所李观营研究员团队设计了具有聚集诱导发光（AIE）的铱配合物Ir-BP1和Ir-BP2（图1A），用于骨组织的荧光分析。含膦酸根的铱配合物具有高度的水溶性，在溶液态荧光完全被淬灭，当其选择性地与骨基质的主要成分羟基磷灰石结合后，其分子内运动受限，表现出“点亮型”的聚集诱导发射（图1B），产生明亮的红色荧光，可作为一种高选择性的、方便的、荧光/寿命双模态的成像染色剂用于骨组织分析。
该研究首先在细胞层面验证了Ir-BP2对骨生长检测的可行性。Ir-BP2具有良好的生物相容性，没有明显的细胞毒性，不影响细胞的增殖和分化。细胞染色实验表明Ir-BP2能选择性点亮羟基磷灰石，能用于实时的成骨分化监测，定量不同分化阶段生成的骨基质。与常用的茜素红染色结果相比，Ir-BP2具有更高的选择性，只针对钙结节染色而对游离的Ca2+不能染色，能更加精准地指示骨基质的生长过程。
研究团队进一步制备了简便的染色喷雾，将其应用于临床样品的分析。使用大鼠新鲜股骨作为模式对象，Ir-BP2喷雾染色能用于骨形态的高分辨分析，能检测到大小仅为2.2微米的微裂缝（图2A），在骨微损伤的精准诊断领域展现出巨大潜力。使用荧光寿命成像（PLIM），新生骨（区域1）显示出相对较短的荧光寿命，而成熟骨（区域3）显示出较长的寿命（图2B）。作者还获取了嗜酸性肉芽肿EG患者的病变脊椎，用Ir-BP2对其进行表面分析，能发现明显的病症侵袭结果（图2C），表明Ir-BP2能用于实际临床样本的诊断分析。双模态成像的骨分析，为骨形态分析、骨生长监测和骨科及相关疾病的诊断提供了方便、实用、准确的染色工具。
图2. 体外骨组织的双模式成像分析
该成果以《水溶性AIE铱配合物在骨分析中的应用》 （“ Bone analysis using an aggregation-induced emission-active iridium complex ”）为题发表在《聚集体》（Aggregate，影响因子18.8），酒店带套大学生医学工程研究所为第一署名单位，李观营研究员、广东药科大学徐丽副教授和西安红会医院刘世长副主任医师为本论文的共同通讯作者，联合培养硕士研究生张贤鹏为第一作者、松山湖材料实验室张晔教授和西安交通大学公共卫生学院安菲菲副教授参与了该项研究。该工作得到了国家自然科学基金和西安交通大学的资助，并得到酒店带套大学生心血管研究中心来宝长老师和分析测试共享中心李超老师的技术支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.381
