内因性ホルムアルデヒドのバイオマーカー視覚化診断と糖尿病の評価のための堅牢な活性化可能な2光子蛍光プローブ

糖尿病とその合併症は、世界最大の医療負担の1つであり、毎年増加しています。しかし、効果的なバイオマーカーと非侵襲的リアルタイム監視ツールの欠如は、糖尿病の早期診断にとって大きな課題のままです。内因性ホルムアルデヒド（FA）は、生物系の重要な反応性カルボニル種を表し、FAの代謝と機能の変化は、糖尿病の病因と維持と密接に関連しています。さまざまな非侵襲的生物医学イメージング技術の中で、識別応答性蛍光（FL）イメージングは、糖尿病などのいくつかの疾患の包括的なマルチスケール評価に大きな利益をもたらす可能性があります。ここでは、糖尿病中のFAレベルの変動の最初の非常に選択的な監視のために、堅牢な活性化可能な2光子プローブDM-FAを設計しました。密度官能理論（DFT）理論計算により、FAとの反応の前後にFLをオンにする活性化可能な蛍光プローブDM-FAの合理性を解明しました。さらに、DM-FAは、FAを認識する過程で、優れた高い選択性、高成長因子、良好な光安定性を持っています。DM-FAの鮮やかな2光子および1光子FLイメージング機能により、細胞およびマウスの外因性および内因性FAの視覚化に成功しています。驚くべきことに、強力なFLイメージング視覚化ツールとして、DM-FAは、FA含有量の変動を通じて糖尿病を視覚的に診断および調査するために初めて導入されました。2光子および1光子FLイメージング実験でのDM-FAの適用が成功したことで、高グルコース刺激糖尿病細胞モデルでFAレベルが上昇しました。糖尿病マウスのFAレベルのアップレギュレーションを成功裏に視覚化し、複数のイメージングモダリティを使用して複数の視点からNAHSO3によって除去された糖尿病マウスのFAレベルの低下を行いました。この研究は、糖尿病の初期診断と糖尿病の治療のための薬物療法の有効性の評価のための新しい戦略を提供する可能性があり、臨床医学にプラスの影響を与える可能性があります。

Diabetes mellitus and its complications are one of the largest healthcare burdens in the world and are increasing every year. However, the lack of effective biomarkers and non-invasive real-time monitoring tools remains a great challenge for the early diagnosis of diabetes mellitus. Endogenous formaldehyde (FA) represents a key reactive carbonyl species in biological systems, and altered metabolism and functions of FA have been closely related to the pathogenesis and maintenance of diabetes. Among various noninvasive biomedical imaging techniques, the identification-responsive fluorescence (FL) imaging could greatly benefit the comprehensive multi-scale assessment of some diseases such as diabetes. Herein, we have designed a robust activatable two-photon probe DM-FA for the first highly selective monitoring of fluctuations in FA levels during diabetes mellitus. Through the density functional theory (DFT) theoretical calculations, we elucidated the rationality of the activatable fluorescent probe DM-FA turning on the FL before and after the reaction with FA. In addition, DM-FA has excellent high selectivity, high growth factor and good photostability in the process of recognizing FA. Due to the brilliant two-photon and one-photon FL imaging capabilities of DM-FA, it has been successfully used to visualize of exogenous and endogenous FA in cells and mice. Remarkably, as a powerful FL imaging visualization tool, DM-FA was introduced for the first time to visually diagnose and explore diabetes through the fluctuation of FA content. The successful application of DM-FA in two-photon and one-photon FL imaging experiments found elevated FA levels in high glucose-stimulated diabetic cell models. We successfully visualized upregulation of FA levels in diabetic mice and decreased of FA levels in diabetic mice scavenged by NaHSO3 from multiple perspectives using multiple imaging modalities. This work may provide a novel strategy for the initial diagnosis of diabetes mellitus and the evaluation of the efficacy of drug therapy for treating diabetes mellitus, which will likely have a positive impact on clinical medicine.