Simultaneous In Vivo Imaging of Neutrophil Elastase and Oxidative Stress in Atherosclerotic Plaques Using a Unimolecular Photoacoustic Probe

氧化应激 体内 化学 分子成像 弹性蛋白酶 氧化磷酸化 生物医学中的光声成像 生物化学 生物物理学 生物 光学 物理 生物技术
作者
Yuan Ma,Hui Cao,Baode Chen,Xinyu Xu,Qingpeng Zhang,Haoming Chen,Xiao‐Bing Zhang,Guosheng Song
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (46): e202411840-e202411840 被引量:44
标识
DOI:10.1002/anie.202411840
摘要

Atherosclerosis, a major global health concern with high morbidity and mortality rates, involves complex interactions of chronic inflammation, oxidative stress, and proteolytic enzymes. Conventional imaging methods struggle to capture the dynamic biochemical processes in atherosclerotic plaques. Here, we introduce a novel unimolecular photoacoustic probe (UMAPP) designed with specific binding sites for neutrophil elastase (NE) and the redox pair O2-/GSH, enabling real-time monitoring of oxidative stress and activated neutrophils in plaques. UMAPP, comprising a boron-dipyrromethene (BODIPY) core linked to a hydrophilic NE-cleavable tetrapeptide and dual oxidative stress-responsive catechol moieties, facilitates NE-mediated modulation of photoinduced electron transfer impacting photoacoustic intensity at 685 nm (PA685). Furthermore, oxidation and reduction of catechol groups by O2- and GSH induce reversible, ratiometric changes in the photoacoustic spectrum (PA745/PA685 ratio). Initial UMAPP applications successfully distinguished atherosclerotic and healthy mice, evaluated pneumonia's effect on plaque composition and verified the probe's effectiveness in drug-treatment studies by detecting molecular alterations before visible histopathological changes. The integrated molecular imaging capabilities of UMAPP offer promising advancements in atherosclerosis diagnosis and management, enabling early and accurate identification of vulnerable plaques.
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