アセチルコリンエステラーゼを標的とした薬剤誘発性アポトーシスの生体内イメージングのための改良型生物発光プローブ (PMID:40889471)

アセチルコリンエステラーゼ（AChE）は、組織のアポトーシスを光学的にイメージングするための有望なバイオマーカーとして注目されています。既存のAChE標的イメージング法は蛍光プローブに大きく依存していますが、その性能は自家蛍光、光散乱、光毒性、光退色、および生体内での精度限界といった課題にしばしば妨げられます。生体発光イメージングは、外部からの励起を必要としない固有の光放出モダリティであり、これらの限界を克服すると同時に、生体システムにおける優れた感度と適用性を提供します。しかしながら、内因性AChEに応答する生物発光（BL）プローブは、これまでに報告されていません。本研究では、D-ルシフェリン骨格にN,N-ジメチルエステル基を導入することにより、3種類のアセチルコリンエステラーゼ（AChE）活性化型BLプローブ（AhBL-1、AhBL-2、AhBL-3）の設計と合成を報告します。その中で、AhBL-3は最も高いAChE特異性を示し、検出限界は0.384 mU·mL⁻¹、細胞検出閾値はわずか152細胞でした。シスプラチン誘発アポトーシス腫瘍組織において、AhBL-3は優れた生体適合性とイメージング性能で、細胞内AChEダイナミクスのリアルタイム可視化を可能にしました。本研究は、初のAChE応答性BLプローブプラットフォームを提示し、生医学および製薬研究における非侵襲的アポトーシスイメージングのための堅牢なツールを提供します。

Acetylcholinesterase has emerged as a compelling biomarker for optical imaging of tissue apoptosis. Existing AChE-targeted imaging approaches rely heavily on fluorescent probes, whose performance is often hindered by autofluorescence, light scattering, phototoxicity, photobleaching, and limited in vivo accuracy. Bioluminescence imaging, an intrinsic light-emitting modality that requires no external excitation, overcomes these limitations while offering superior sensitivity and applicability in living systems. However, no bioluminescent (BL) probes responsive to endogenous AChE have been reported to date. Herein, we report the design and synthesis of three AChE-activatable BL probes (AhBL-1, AhBL-2, and AhBL-3) by incorporating N, N-dimethyl ester groups into the D-luciferin scaffold. Among them, AhBL-3 demonstrated the highest AChE specificity, with a detection limit of 0.384 mU·mL-1 and a cellular detection threshold as low as 152 cells. In cisplatin-induced apoptotic tumor tissues, AhBL-3 enabled real-time visualization of intracellular AChE dynamics with excellent biocompatibility and imaging performance. This study presents the first AChE-responsive BL probe platform, providing a robust tool for noninvasive apoptosis imaging in biomedical and pharmaceutical research.