Oksidativni stres je fundamentalan za razvoj različitih patoloških stanja uključujući aterosklerozu. Međutim, ostaje da se zna efekat oksidativnog stresa na aterosklerozu.
U nedavnom izveštaju u časopisu Science Advances, Iuan Ma i tim naučnika iz hemije, kardiologije i medicine na Univerzitetu Hunan, Kina, razvili su multipleksirani dijagnostički instrument sa fotoakustičnim slikama i analizom urina za određivanje intraplaka i malondialdehida u urinu (MDA), kao i dobro poznatog krajnji proizvodi oksidativnog stresa.
Tim je sproveo molekularni dizajn kako bi razvio prvi, skoro infracrveni molekul koji reaguje na malondialdehid (skraćeno MRM). Koristeći fotoakustičnu nanosondu, tim je prijavio malondialdehid u plaku kao meru koja odražava opterećenje plaka. Ovaj MRM molekul je detektovao malondialdehid u urinu sa odličnom specifičnošću.
Rezultati su pokazali značajnu razliku u MDA u urinu između zdravih odraslih i pacijenata sa aterosklerozom. Multipleksni dijagnostički instrument može detektovati nivoe intraplaka i sistemskog oksidativnog stresa tokom progresije aterosklerotskog plaka i tretmana lekovima kod aterosklerotičnih miševa kao obećavajuću pomoćnu meru dijagnoze.
Kardiovaskularne i cerebrovaskularne bolesti su primarni uzrok morbiditeta i mortaliteta širom sveta, a ateroskleroza igra značajnu ulogu u svim fazama.
Formiranje plaka je obeležje ateroskleroze u hroničnim progresivnim lezijama, pored nepredvidivosti rupture plaka što doprinosi teškim kardiovaskularnim i cerebrovaskularnim događajima. Kao rezultat toga, procena karakteristika plaka je značajna za smanjenje morbiditeta. Ipak, tačno predviđanje stadijuma i lokacije plaka ostaje izazov za određivanje neinvazivnih i pouzdanih metoda koje leže u osnovi plakova visokog rizika.
Oksidativni stres je trenutno značajan biomarker ateroskleroze, izazvan viškom reaktivnih vrsta kiseonika. Hronična i akutna upala vaskularnih zidova takođe može povećati oksidativni stres i doprineti razvoju ateroskleroze.
Povišeni nivoi intraplak oksidativnog stresa mogu izazvati ranjivost plaka. Kao rezultat, proces procene intraplak oksidativnog stresa može pomoći biolozima i kliničarima da identifikuju plak. Pošto su tradicionalne medicinske metode snimanja ograničavajuće za procenu intraplaka i oksidativnog stresa kod ateroskleroze, Ma i kolege su nastojali da uvedu pouzdan instrument u kliničku praksu.
Da bi to postigli, prepoznali su malondialdehid (MDA) — proizvod peroksidacije lipida kao idealan biomarker oksidativnog stresa zbog njegove dovoljne stabilnosti. Tim je dizajnirao molekul koji reaguje na MDA (MRM) kao multipleksirani dijagnostički instrument.
Metoda je dala dve funkcije — fotoakustično snimanje i testiranje malondialdehida u urinu. Tim je koristio fotoakustičnu nanosondu kod aterosklerotičnih miševa da bi pokazao njenu pouzdanost u otkrivanju oksidativnog stresa i karakteristika plaka u modelu aterosklerotskog miša, sa potencijalom za pomoćnu dijagnostiku i analizu rizika od ateroskleroze u kliničkoj upotrebi.
Fotoakustični agensi za snimanje su fundamentalni za poboljšanje osetljivosti detekcije i za razvoj sondi koje se mogu aktivirati. Tim je optimizovao dostupne fotoakustične agense za njihove primene u medicinskom snimanju tako što je uveo nitro grupe u fluorescentne molekule hemocijanina kako bi poboljšao slab fotoakustični signal i svojstvo fotoizbeljivanja fluorofora sa skoro infracrvenom apsorpcijom i emisijom fluorescencije.
Nakon toga, tim je izmerio sposobnost fototermalne konverzije blizu infracrvenog 1-do-3 u direktnoj vezi sa fotoakustičnim intenzitetom. Ukazati na poboljšanu fotostabilnost uvođenjem nitro grupe, koja je inhibirala proces radijacije.
Pošto postojeće MDA sonde pokazuju fluorescentnu emisiju kratke talasne dužine koja dovodi do smanjene penetracije u tkivo, visoke pozadinske smetnje i nižeg odnosa signal-šum, Ma i tim su koristili skoro infracrvenu-2 kao fotoakustičnu skelu sa skoro infracrvenom apsorpcijom i odlična fotoakustička svojstva. Takođe su dizajnirali MDA-reaktivni molekul koji spaja hidrazin sa benzojevom kiselinom da bi na kraju „uključio“ apsorpciju, fluorescenciju i fotoakustični signal.
Naučnici su pokazali kako je uvođenje nitro grupe u velikoj meri poboljšalo odgovor molekula koji reaguju na MDA na malondialdehid u kiselim uslovima. Rezultati su istakli osetljivost molekula malondialdehida da detektuje MDA u uslovima slabe kiseline. Istraživači su optimizovali metode testiranja MDA u urinu kao jedan od indikatora sistemskog oksidativnog stresa da bi stekli uvid u aterosklerotsku progresiju.
Dok se malondialdehid u urinu (MDA) može otkriti pomoću komercijalnog kompleta gde tiobarbiturna kiselina reaguje sa jedinjenjem da bi se formirala TBA-MDA, to može ometati tačno otkrivanje malondialdehida u urinu. Tim je stoga razvio specifičniju metodu testiranja sa molekulom koji reaguje na malondialdehid kako bi se tačno odredio sastojak od interesa, bez interferencije spoljnih analita.
Pošto malondialdehid već postoji u krvi, trenutna sonda se može aktivirati u krvi pre nego što stigne do plakova, što dovodi do lažnog slikovnog signala. Da bi to sprečio, tim je dizajnirao raciometrijsku fotoakustičnu nanosondu sa otključanom kiselinom. U svom mehanizmu delovanja, fotoakustična nanosonda se može koaktivirati kiselošću i prisustvom malondialdehida unutar plaka, dok nanosonda tiho cirkuliše krvlju zbog neutralnog pH krvi.
Naučnici su izvršili pouzdanu analizu karakteristika plaka ek vivo. Povišeni nivoi oksidativnog stresa unutar plakova mogu dovesti do lokalne proteolize, rupture plaka i formiranja tromboze u aterosklerotskim arterijama, da izazovu kardiovaskularne događaje. Važno je proučavati stvaranje malondialdehida kao krajnje tačke jer je on biomarker povišenog oksidativnog stresa tokom ateroskleroze izazvanog vrstama reaktivnog kiseonika. Rad je potvrdio pouzdanost fotoakustične nanosonde da uspostavi most između oksidativnog stresa unutar plaka i opterećenja plaka.
Ateroskleroza je spor i tih proces koji karakteriše hronična arterijska upala, koja nudi mogućnosti za dijagnozu pre neželjenog kardiovaskularnog događaja. Međutim, tradicionalno medicinsko snimanje još uvek samo olakšava otkrivanje uznapredovalog aterosklerotskog plaka.
Ma i tim su stoga koristili fotoakustične nanosonde da identifikuju plak kod živih miševa kako bi istakli pouzdane ratometrijske signale povišenog malondialdehida u plaku u različitim grupama ateroskleroze. Istraživači su zatim pratili malondialdehid intraplaka i malondialdehid u urinu kod miševa sa komplikacijama ateroskleroze i pneumonije, praćeno neinvazivnim praćenjem nivoa intraplaka i malondialdehida u urinu tokom lečenja lekovima kako bi se istražila precizna medicina ateroskleroze za anti-upalnu terapiju.
Pretklinički rad je doveo do njegovog kliničkog prevođenja. Tim je kasnije otkrio malondialdehid u urinu kod miševa i ljudi da bi ispitao aterosklerotski biomarker izlučen urinom. Merenje MDA u urinu ukazalo je na nivoe sistemskog oksidativnog stresa za pomoćnu dijagnozu ateroskleroze u ranoj fazi.
Na ovaj način, Iuan Ma i kolege su izvestili o neinvazivnom multipleksiranom dijagnostičkom alatu za pouzdanu identifikaciju nivoa intraplaka i nivoa MDA u urinu kako bi se odredio lokalizovani i sistemski oksidativni stres tokom ateroskleroze.
MDA je biomarker koji se obično koristi za određivanje nivoa oksidativnog stresa tokom inflamatornih bolesti, iako može imati granice detekcije sa godinama, fizičkom aktivnošću, ishranom i drugim faktorima rizika. Tim predlaže dodatne eksperimente za razvoj pouzdanih dijagnostičkih alata za dijagnozu bolesti.
