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心血管疾病是全球致死和致殘的主要因素，約占每年所有死亡人數的三分之一。動脈粥樣硬化是一種慢性炎症性疾病，由動脈內脂質斑塊積聚引起，是觸發心血管疾病的首要病因。動脈粥樣硬化斑塊的形成和演變可使動脈血管狹窄，從而阻礙血液流動，導致嚴重的心血管事件如心肌梗死、中風甚至猝死。因此，動脈粥樣硬化斑塊的精準鑑定有助於臨床醫生做出及時有效的病情判斷，對心血管疾病的早期干預具有重要意義。
目前，臨床上對動脈粥樣硬化斑塊的診斷基於MRI、CT、OCT等影像學方法，這些方法通常靈敏度和空間解析度不足，無法實現早期微小斑塊檢測，亦無法提供病變處的分子生物學信息。為了解決這一重大臨床難題，南開大學劉定斌（點擊查看介紹）團隊根據動脈粥樣硬化斑塊形成的特點，設計了一種叫做iSHERLOCK（in-sequence high-specificity dual-reporter unlocking）的「分子神探」高特異檢測策略，實現了動脈粥樣硬化斑塊的精準識別與鑑定，為心血管疾病的早期檢測、組織活檢和手術導航提供了一種全新的成像手段。該研究成果於近期發表在化學頂級期刊Angew. Chem. In. Ed.上。
泡沫細胞是動脈粥樣硬化斑塊形成的始動因素。在泡沫細胞形成過程中，常常伴隨氧化型低密度脂蛋白的積累，從而促進脂滴的生成；與此同時，斑塊中因氧化損傷產生大量活性氧自由基，尤以次氯酸為甚。鑑於此，該項工作中設計的iSHERLOCK探針首次實現了脂滴和次氯酸的靶向激活和比率檢測，二者分別代表了泡沫細胞（或斑塊）中的脂質積累和氧化應激水平。在體外實驗中，探針能夠以高靈敏度、高選擇性依次響應脂滴模擬物和次氯酸，並根據螢光信號（強度和比率）變化定量分析二者的水平，檢測限分別達到157 ng/mL和87 nM。
隨後，作者利用細胞實驗和活體動物模型實驗，驗證了iSHERLOCK對泡沫細胞的準確檢測和對動脈粥樣硬化斑塊的精準識別。通過同時成像脂滴和次氯酸的相對濃度，iSHERLOCK能夠精確描繪出主動脈中斑塊的形貌與分布。值得一提的是，在ApoE−/−模型小鼠中，肝臟和主動脈中都發現了豐富的脂質積累（螢光強度信號增強），但僅在主動脈中發生了明顯的氧化應激（螢光比率信號升高），進一步佐證了iSHERLOCK對動脈粥樣硬化斑塊的精準鑑定能力。
最後，作者為了進一步確認主動脈中的動脈粥樣硬化斑塊，使用市售的LD-Tracker作為對比劑對主動脈切片進行染色分析。發現iSHERLOCK能夠以更高的特異性對脂質斑塊進行染色，而且在黃/紅比率通道中可以清楚地描繪出主動脈的形態和氧化應激狀態，藉此清晰地勾勒出了斑塊和動脈壁之間的邊界，為動脈粥樣硬化斑塊的精準切除提供一種全新的影像學工具。
ISHERLOCK探針易於合成，且擁有良好的生物相容性，在揭示動脈粥樣硬化的病理機制以及輔助精確組織活檢方面具有巨大潛力。最後，基於iSHERLOCK的分子設計策略只需改變識別基團，便可以方便地擴展到其他靶標檢測領域，具有良好的通用性。
該論文的第一作者是南開大學化學學院的博士研究生葉卓。南開大學生命科學學院的丁丹教授在動物模型建立方面給予了大力支持；南京醫科大學第一附屬醫院的孫偉教授指導了切片染色與分析。南開大學化學學院的劉定斌教授是論文的唯一通訊作者。
In-Sequence High-Specificity Dual-Reporter Unlocking of Fluorescent Probe Enables the Precise Identification of Atherosclerotic Plaques
Zhuo Ye, Moxuan Ji, Kefeng Wu, Jie Yang, An-An Liu, Wei Sun, Dan Ding, Dingbin Liu
Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202204518
劉定斌教授簡介
劉定斌，國家高層次人才計劃入選者。2006年本科畢業於蘭州大學，2012年博士畢業於國家納米科學中心（師從蔣興宇教授），隨後在美國國立健康研究院（師從Shawn Chen教授）開展疾病診斷研究；2014年加入南開大學化學學院，任研究員/教授、藥物化學生物學國家重點實驗室體外檢測與分子影像研究室課題組長（PI）。近年來，已在生物醫學檢測和臨床診斷領域發表論文80餘篇，其中第一或通訊作者論文50餘篇，包括1篇Chem. Rev.、5篇Angew. Chem. Int. Ed.、4篇ACS Nano、1篇Nano Lett.和15篇Anal. Chem.等。已獲授權專利十餘項，並實現了部分專利的成果轉化。主持國家重點研發計劃課題1項和國家自然科學基金面上項目4項（已結題2項）；榮獲中華醫學會青年科技獎；擔任國際醫學雜誌Nanotheranostics副主編和《高等學校化學學報》青年編委。
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