《Photoacoustics》：Volumetric Photoacoustic Imaging of Elastin and Age-related Remodeling Using Near-infrared Probe ElaNIR
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弹性蛋白为组织提供弹性与结构稳定性，但其在成年期再生极少。因此，监测弹性蛋白重塑对于理解衰老及相关心血管疾病具有重要意义。然而，荧光成像（FL）缺乏深层组织可视化所需的穿透深度，而组织学方法具有侵入性、依赖于终点且在三维评估方面受限。在此，研究人员展示了利用三
弹性蛋白为组织提供弹性与结构稳定性，但其在成年期再生极少。因此，监测弹性蛋白重塑对于理解衰老及相关心血管疾病具有重要意义。然而，荧光成像（FL）缺乏深层组织可视化所需的穿透深度，而组织学方法具有侵入性、依赖于终点且在三维评估方面受限。在此，研究人员展示了利用三维多光谱光声计算机断层扫描（PACT）对近红外弹性蛋白靶向探针ElaNIR进行三维容积评估。多光谱解混技术将ElaNIR信号与内源性血红蛋白分离，实现了在解剖学背景下的深度分辨探针分布可视化。年轻小鼠在富含弹性蛋白的组织（包括皮肤和耳）中显示出强烈且均匀的ElaNIR信号，而年老小鼠则表现出减弱且不连续的信号。相反，年老小鼠在与清除相关的器官（包括肾脏、肝脏和膀胱）中表现出增加的ElaNIR信号，这表明探针滞留和生物分布随衰老发生了改变。这些结果确立了三维多光谱PACT作为一种三维容积成像框架，该框架将弹性蛋白相关的探针滞留与器官水平的生物分布相结合，用于解释年龄相关的变化。
弹性蛋白是维持组织弹性与结构稳定的关键细胞外基质（ECM）蛋白。由于在早期发育后弹性蛋白合成显著减少且更新极慢，与年龄相关的弹性纤维断裂、变薄和组织紊乱会随时间累积，成为组织重塑、心血管功能障碍和组织再生受损的重要标志。因此，能够在体内无损可视化弹性蛋白生物分布的成像方法，对于理解衰老相关变化并将其微观基质改变与宏观组织形态相联系具有重要意义。传统的弹性蛋白成像多依赖于组织学染色和表面光学技术，这些方法需切片，无法进行体内纵向监测；基于自发荧光的无标记方法又受限于组织散射和穿透深度；而现有的靶向荧光探针发射波长较短，成像深度受限。为突破上述深层组织成像与三维定量评估的局限，研究人员开展了将光声成像（PA）与新型近红外探针结合的研究。该论文发表在《Photoacoustics》上，研究确立了三维多光谱PACT作为三维容积成像框架，能够将弹性蛋白相关的探针滞留与器官水平的生物分布相整合，用于无创解释年龄相关的组织重塑变化，具有深远的临床前研究意义。
研究中主要采用了以下关键技术方法：研究人员合成了一种基于两性离子支架并具有弹性蛋白亲和力的近红外探针ElaNIR。成像采用配备1024元素半球形换能器阵列的三维多光谱PACT系统，通过光声信号采集与定制化相旋波束成形算法实现各向同性三维重建。通过多光谱采集（700、800、900 nm）与最小二乘法拟合的解混技术，将ElaNIR信号与内源性含氧/脱氧血红蛋白有效分离。实验样本队列来源于韩国浦项科技大学批准的动物中心，使用了6周龄（年轻组）与12月龄（年老组）的Balb/c裸鼠。
ElaNIR的表征：弹性蛋白特异性的近红外探针
研究人员首先评估了ElaNIR的光学及光声特性。通过体模实验和皮下注射灵敏度测试，证实ElaNIR在760-790 nm处具有强吸收峰，其光声信号随浓度线性增加。计算得出其检测限为6.33 μM，单像素灵敏度达到0.35 pmol，表明该探针具有适合定量分子PACT成像的高检测灵敏度。
体内三维多光谱PACT及ElaNIR信号的光谱解混
小鼠静脉注射ElaNIR后进行全身PACT。多光谱解混成功将混合图像中的ElaNIR信号与背景总血红蛋白（HbT）分离。在解混后的图像中，ElaNIR信号高亮于皮肤层及特定器官，而HbT清晰勾勒出血管与器官形态。三维容积可视化证实了该技术能够在HbT提供的解剖学背景下，有效评估探针的三维空间分布。
全身ElaNIR生物分布
利用未解混的三维图像，研究人员提取了深度分辨的横截面进行分析。注射后，沿皮肤表面出现连续的ElaNIR信号层，并在肾脏、肝脏和膀胱中有局部蓄积。定量分析表明，不同器官的信号增加反映了ElaNIR在弹性蛋白丰富的组织中的滞留以及通过肝肾尿路排泄的药代动力学特征。
年轻与年老小鼠的比较三维多光谱PACT
研究人员对比了年轻与年老小鼠在24小时内的探针分布变化。注射后即刻，年轻小鼠皮肤层呈现强且均匀的ElaNIR信号，而年老小鼠信号较弱且分布不连续，此趋势在1小时和6小时依然存在。相反，在肾脏、肝脏和膀胱等与清除相关的器官中，年老小鼠的ElaNIR信号显著高于年轻小鼠，并在24小时内逐渐累积。体内荧光成像验证了上述皮肤层的年龄依赖性差异。
讨论部分指出，弹性蛋白作为关键细胞外基质成分，其体内分布的改变是累积组织重塑和功能衰退的关键指标。本研究结合了ElaNIR探针与三维多光谱PACT，实现了体内深度分辨的三维评估。在富含弹性蛋白的皮肤和耳组织中，ElaNIR信号降低了年老小鼠的组织滞留，反映了年龄相关的弹性纤维结构改变；而在清除相关器官中信号升高则暗示了未结合探针的系统再分布。相较于传统的表面荧光成像，PACT提供了三维容积信息和共配准的解剖背景，使得研究人员能将皮肤组织的衰老差异与探针的系统清除联系起来分析。研究结论表明，3D多光谱PACT成功确立了作为三维容积成像评估体内ElaNIR信号的框架，通过直观可视化和量化分析深度分辨的探针分布，为解读弹性蛋白相关的分布模式和衰老相关的生理改变提供了更为完整的活体药代动力学背景。但仍需注意光谱解混受组织光学衰减影响，未来需通过光通量补偿算法和增加激发波长提升精确度，并扩大样本量以增强结论可靠性。
