骨质疏松 – 骨微环境信号提取

骨质疏松症是一种以骨量减少、骨微结构破坏为特征的全身性代谢性骨病，好发于绝经后女性。破骨细胞介导的骨吸收与成骨细胞介导的骨形成之间的失衡是骨质疏松的核心机制。研究破骨细胞活性的时空变化，对于理解骨质疏松的发生发展以及评价抗骨吸收药物的疗效至关重要。然而，破骨细胞深埋在骨髓腔内部，位于骨小梁表面，被皮质骨和骨松质层层包裹。光信号要从破骨细胞传递到体表探测器，需要穿越骨基质、骨髓、皮质骨、肌肉和皮肤等多个层次，衰减极其严重。

传统方法只能通过终点组织学检测：将骨组织脱钙后切片，进行抗酒石酸酸性磷酸酶染色，手工计数破骨细胞数量。这种方法不仅破坏了骨组织的三维结构，而且丢失了动态信息。

科辰星飞系统通过对骨组织光学特性的专门优化——包括使用近红外波段的荧光素酶变体（发射波长向红光移动可减少散射损失）以及专有的骨散射校正算法——使得来自骨髓腔内部的信号得以有效提取。团队在Cathepsin K-luc转基因小鼠（组织蛋白酶K在破骨细胞中特异性高表达）中建立了去卵巢骨质疏松模型。每月使用科辰星飞系统成像一次，连续观察3个月，每次均对胫骨近端、股骨远端和腰椎三个区域分别定量。

结果显示：去卵巢术前基线期，骨骼系统整体信号极低；术后第1个月，胫骨近端出现局灶性信号，强度较基线升高1.5倍；第2个月，信号显著增强至基线的2.5倍，空间分布显示胫骨近端干骺端信号最为集中，股骨远端也开始出现信号；第3个月，腰椎出现明显信号，全身骨骼的破骨细胞活性整体升高。假手术对照组3个月内信号无明显变化。这一动态过程与血清1型胶原羧基端肽水平（骨吸收标志物）的变化趋势高度一致，但活体成像提供了空间定位信息。

科辰星飞使骨骼微环境的动态研究摆脱了“离体脱钙、手工计数"的桎梏，突破性实现了骨吸收活性的活体、全身、连续、空间定量监测。