华东理工大学王琪、朱志荣团队/中山医院王利新团队《Biomaterials》：活性氧响应型荧光和光声双模用于动脉粥样硬化斑块成像

动脉粥样硬化（AS）是心血管疾病的潜在因素之一，其准确检测对于及时有效的治疗至关重要。活性氧（ROS）在AS疾病进展过程中起着核心作用，它们参与氧化应激、炎症反应及斑块形成等多个关键环节。然而，现有的成像技术如超声、磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描（CT）等，在诊断AS时面临着诸多局限性，包括侵入性、低灵敏度、辐射风险和高昂成本等问题。为了克服这些局限性，近年来研究人员开始探索多模式成像技术，特别是近红外（NIR）荧光和光声（FL/PA）成像技术。NIR FL/PA成像因其高灵敏度、深组织穿透能力和成本效益等优势而备受关注。然而，传统的荧光探针在深部组织穿透能力方面仍然存在不足，这限制了其在临床应用中的效果。

面对这些挑战，华东理工大学王琪、朱志荣团队与中山医院王利新团队合作开发了ROS响应型的NIR FL/PA双模态成像探针TPA-QO-B。ROS敏感的苯硼酸酯基团的引入不仅使探针吸收峰发生蓝移，还抑制了分子内电荷转移（ICT）过程，导致微弱的初始FL/PA信号。ROS能特异性触发TPA-QO-B向TPA-QO-OH的转化，从而协同放大FL/PA信号，并有效地区分AS模型和健康模型。NIR荧光成像可以实现0.3厘米的组织穿透成像深度，而其PA₇₇₅信号能够穿透0.8厘米的组织，确保了AS模型小鼠体内成像的深度。ROS触发的FL/PA双信号放大策略同时提高了准确性与深部组织穿透能力，为生命科学和临床前应用中生物标志物的体内追踪提供了一个有前景的工具。相关工作近期以“Fluorescence and Photoacoustic (FL/PA) Dual-Modal Probe: Responsive to Reactive Oxygen Species (ROS) for Atherosclerotic Plaque Imaging”发表在《Biomaterials》。

Scheme 1. ROS-triggered probe TPA-QO-B for NIR FL/PA dual-modal imaging of atherosclerotic plaques.

体外实验表明，TPA-QO-B在ROS存在下表现出显著增强的FL/PA信号，并具有良好的组织穿透能力（Figure.1）。在泡沫细胞和M1巨噬细胞模型评估了TPA-QO-B的成像能力，结果表明其能够成功响应细胞内的ROS水平（Figure.2）。此外，也在AS小鼠主动脉和三瓣膜切片模型中证明了其检测组织中ROS水平的能力（Figure.3）。进一步的活体FL/PA成像结果表明，TPA-QO-B在炎症和AS模型中展现出显著放大的FL/PA信号，证实了其作为AS诊断工具的潜力（Figure.4）。

Figure 1. ROS-activatable TPA-QO-B produces specific NIR FL/PA signals.

Figure 2. Specific FL/PA imaging of the intracellular overexpression of ROS.

Figure 3. In vitro imaging of aorta and tricuspid valve tissue of AS mice.

Figure 4. In vivo FL and PA dual-imaging of TPA-QO-B for early AS.

【展望】

近红外荧光/光声双模态成像技术在动脉粥样硬化等生物成像领域的应用仍面临挑战。未来仍需开发具有高信噪比和靶向特异性的近红外II区（1000-1700 nm）探针，以实现深层组织成像和光热疗法。结合荧光成像与磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）将提高成像的灵敏度和分辨率，设计双靶点响应探针将在复杂的生物学环境中提高特异性，有助于疾病早期诊疗。

华东理工大学王琪教授、朱志荣博后与复旦大学附属中山医院王利新教授为论文的共同通讯作者，华东理工大学博士生余倩倩与上海交通大学博士生段诣是论文的共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和国家博士后科学基金的支持。

参考文献

Qianqian Yu, Yi Duan, Nian Liu, Zhirong Zhu, Ying Sun, Haojian Yang, Yiqi Shi, Xiangyu Li, Wei-Hong Zhu, Lixin Wang, Qi Wang, Fluorescence and Photoacoustic (FL/PA) Dual-Modal Probe: Responsive to Reactive Oxygen Species (ROS) for Atherosclerotic Plaque Imaging, Biomaterials, 2024,

122765, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122765.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224002990)

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224002990