第一部分目的:关节软骨是一种复杂的功能性含水组织,由软骨细胞、蛋白多糖和胶原组成,覆盖关节表面,提供平滑的接触面,减少关节移动时的摩擦和振动。关节软骨的退变,发生在骨性关节炎的早期阶段,并贯穿骨性关节炎的整个病程,是骨性关节炎的主要病理变化之一。然而,在骨性关节炎发生的早期,当前临床上常用的方法无法检测出关节软骨的退变。因此,开发新的策略以实现关节软骨退变的早期诊断对于骨性关节炎的临床诊治及早期干预显得尤为重要。近红外(NIR)荧光成像技术因为其具有快速和实时显示,高分辨率和高灵敏度,成本相对较低和使用方便等优点在医学分子成像方面得到广泛关注和飞速发展,为解决早期诊断关节软骨退变的难题带来新的曙光。本课题第一部分拟利用近红外二窗(NIR-Ⅱ)荧光基团CH1055和Ⅱ型胶原蛋白靶向肽构建一种近红外二窗荧光探针并表征其化学特性。方法:利用近红外二窗荧光基团CH1055和靶向Ⅱ型胶原蛋白的多肽WYRGRL采用化学方法合成近红外二窗分子探针CH1055-WL,对照探针CH1055-YW由CH1055和乱序多肽YRLGRW合成。然后采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)测定探针分子量。在808 nm激光激发下测定其吸收峰和发射峰。评估CH1055-WL在不同溶质中以及持续激光照射条件下的稳定性。结果:MALDI-TOF-MS测得探针CH1055-WL和对照探针CH1055-YW的分子量均为1.802kDa。探针的吸收峰在~750nm处,发射峰在~1055nm处。CH1055-WL在PBS、培养基和血清中均能够维持稳定,并在持续激光照射下表现出远胜于吲哚青绿(ICG)的优异光稳定性(P<0.001)。结论:利用荧光基团CH1055和Ⅱ型胶原靶向性多肽WYRGRL合成的NIR-Ⅱ荧光探针CH1055-WL具有分子量小、优异的溶质稳定性和光稳定性特点。第二部分目的:在体外评估CH1055-WL是否能与关节软骨组织结合,以及与关节软骨结合的特性,并检测探针的体外细胞毒性。方法:采用新鲜猪膝关节离体软骨组织评估探针CH1055-WL与软骨的结合特性,包括探针摄取能力、探针亲和力、探针潴留能力。采用MTT测定法在人成骨细胞系hFOB1.19和兔软骨细胞中测定探针CH1055-WL的体外细胞毒性。结果:探针CH1055-WL能够与离体关节软骨组织结合使软骨在近红外二窗显像,其结合具有特异性、高效性特点,能够被过量多肽WYRGRL阻断(P<0.001)。CH1055-WL与软骨组织的结合在6-8小时内达到饱和,在24小时内具有较强的潴留能力。不同浓度CH1055-WL对于人成骨细胞系hFOB1.19和兔软骨细胞无明显细胞毒性(P>0.05)。结论:CH1055-WL能高效、特异地结合关节软骨组织使软骨成像,并未显示明显细胞毒性。第三部分目的:在正常裸鼠体内评估CH1055-WL能否与关节软骨结合,以及与关节软骨结合的特性。在骨关节炎模型鼠体内评估CH1055-WL能否检测早期关节软骨退变。方法:通过在正常裸鼠膝关节腔内注射探针后不同时间点检测裸鼠膝关节荧光强度评估探针活体内结合软骨能力。利用裸鼠构建年龄相关性骨关节炎模型和手术诱导性骨关节炎模型(ACLT+DMM),然后在关节炎模型中验证该探针通过荧光强度变化检测早期软骨退变的效果。结果:在正常裸鼠膝关节软骨组织中,探针CH1055-WL比对照组(CH1055-WL+阻断剂)拥有更高的潴留率和更久的潴留时间,随着时间推移,关节腔内游离的探针被组织快速清除出去,CH1055-WL注射组膝关节荧光强度显著高于对照侧(P<0.001),说明探针CH1055-WL在裸鼠体内同样能特异性靶向关节软骨从而使关节软骨在近红外二区显像。随后,我们在年龄相关性骨关节炎模型和手术诱导性骨关节炎模型裸鼠体内评估了探针CH1055-WL对早期关节软骨退变的检测能力。结果表明,无论是在年龄相关性骨关节炎模型,还是在手术诱导性骨关节炎模型中,退变的膝关节软骨组织中Ⅱ型胶原含量较正常膝关节降低(年龄相关性骨关节炎模型P<0.01,手术诱导性骨关节炎模型P<0.01),近红外成像结果则显示病变膝关节的荧光强度随时间降低更快,在探针注射后24h荧光强度显著低于正常组膝关节的荧光强度(年龄相关性骨关节炎模型P<0.001,手术诱导性骨关节炎模型P<0.001),说明CH1055-WL确实能通过荧光强度的强弱反应关节软骨内Ⅱ型胶原含量的变化,从而实现早期关节软骨退变的可视化检测。结论:探针CH1055-WL在活体内能特异性、靶向性结合关节软骨使关节软骨在近红外二区成像。CH1055-WL能通过检测关节软骨内Ⅱ型胶原含量的变化实现早期关节软骨退变的可视化诊断,为临床早期干预软骨退变进程、延缓骨性关节炎的发生提供可能。