Photoacoustic imaging of elevated glutathione in models of lung cancer for companion diagnostic applications

谷胱甘肽 肺癌 化学 体内 生物医学中的光声成像 生物标志物 癌症研究 癌细胞 分子成像 癌症 医学 病理 内科学 生物化学 生物 生物技术 物理 光学
作者
Melissa Y. Lucero,Jefferson Chan
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:13 (12): 1248-1256 被引量:152
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00804-0
摘要

Companion diagnostics (CDx) are powerful tests that can provide physicians with crucial biomarker information that can improve treatment outcomes by matching therapies to patients. Here, we report a photoacoustic imaging-based CDx (PACDx) for the selective detection of elevated glutathione (GSH) in a lung cancer model. GSH is abundant in most cells, so we adopted a physical organic chemistry approach to precisely tune the reactivity to distinguish between normal and pathological states. To evaluate the efficacy of PACDx in vivo, we designed a blind study where photoacoustic imaging was used to identify mice bearing lung xenografts. We also employed PACDx in orthotopic lung cancer and liver metastasis models to image GSH. In addition, we designed a matching prodrug, PARx, that uses the same SNAr chemistry to release a chemotherapeutic with an integrated PA readout. Studies demonstrate that PARx can inhibit tumour growth without off-target toxicity in a lung cancer xenograft model. Imaging-based companion diagnostics can provide real-time information to match therapies to patients; however, glutathione is abundant in most cells, making it an unlikely candidate for companion diagnosis. Now, a chemical probe has been developed that can detect elevated glutathione concentrations via photoacoustic imaging. Using this probe enables normal and pathological states in a lung cancer model to be distinguished.
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