骨质疏松症（OP）是老年人最常见的疾病之一，目前的治疗方法并不能有效解决这个问题。间充质干细胞（MSCs）具有多种分化潜能，可以诱导成骨分化来治疗骨质疏松症；然而，了解如何远程控制和实时检测体内的成骨分化非常重要。如下图所示，该研究开发了一种基于上转换纳米粒子（UCNP）的光致伸缩纳米平台，用于近红外（NIR）光介导的控制细胞内冰晶蛋白（ICA）的释放，以调节用于OP治疗的间充质干细胞的成骨分化，同时在体内实时检测成骨分化情况，以评估治疗效果。

本文开发了一种基于上转换纳米粒子（UCNP）的光致伸缩纳米平台，用于近红外（NIR）光介导的控制细胞内冰晶蛋白（ICA）的释放，以调节用于OP治疗的间充质干细胞的成骨分化，同时在体内实 时检测成骨分化情况，以评估治疗效果。首先合成了Tm/Er掺杂的UCNPs，并将其包覆在介孔二氧化硅上（UCNP@mSiO2）。接着，4-羟甲基-3-硝基苯甲酸（ONA）和PEG（OH-PEG4-MAL）被连接到UCNP@mSiO2的表面，并修饰β-环糊精（β- CD）和Arg-Gly-Asp（RGD）靶向肽/基质金属蛋白酶13（MMP13）敏感肽-BHQ（CGPLGVRGK-BHQ3），形成UCNP纳米平台（UCNP@mSiO2-肽-BHQ-ONA-CD）用于装载药物。在980 nm的近红外光下，来自UCNPs的上转换紫外线触发了帽状β-CD的裂解和细胞内ICA的释放，以诱导间充质干细胞的成骨分化，用于OP治疗。同时，MSCs成骨分化产生的MMP13裂解了MMP13敏感肽，去除BHQ并恢复了UCNPs的荧光，从而可以实时检测成骨分化和评估OP治疗效果。这种光敏UCNPs纳米平台有可能被用于远程控制和实时检测间充质干细胞的成骨分化，进行近红外治疗。

• RT-PCR、Western blot、ALP/ARS/免疫荧光染色和ALP活性实验的结果显示，UCNP纳米平台可以通过近红外释放ICA来有效控制体外MSCs的成骨分化。

• 股骨末端切片的H&E、Masson三色、免疫组化、TRAP和甲苯胺蓝染色的动物实验结果表明，由于UCNP纳米平台在NIR照射下的处理，OP大鼠发生了明显的骨重塑，表明其能够通过远程控制对OP进行光治疗。

• 同时，在诱导成骨分化后，UCNP纳米平台还可以作为纳米探针，通过酶解和UCNP荧光恢复，实时监测体外和体内间充质干细胞的成骨分化情况，评估OP治疗的效果。

该研究成功开发了基于UCNPs的近红外光反应性纳米平台，通过控制MSCs在体外和体内的成骨分化，用于治疗OP，并同时实时检测成骨分化情况，评估治疗效果。UCNP纳米平台可用于将近红外光转换为紫外光，光解ONA，并去除帽状β-CD，从而在体外和体内有效释放ICA，同时克服了紫外/蓝光在深层组织中的有限穿透力，以控制体内的成骨分化。

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说明：

本研究结果以题为“Near-Infrared Light-Controlled and Real-Time Detection of Osteogenic Differentiation in Mesenchymal Stem Cells by Upconversion Nanoparticles for Osteoporosis Therapy”发表在ACS Nano杂志上。第一作者为Rui Yan，通讯作者为黎锦明教授。

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Ruby