Is deep brain imaging on the brink of transformation with a bioluminescence molecule?

Abstract

Cephalofurimazine (CFz), when paired with Antares luciferase, shows superior blood-brain barrier permeability and enhanced imaging depth and clarity for deep brain imaging. This bioluminescence provides a less invasive method for real-time monitoring of deep brain activity, with the potential to advance targeted therapies and deepen our understanding of brain functions. Further molecular engineering and localized delivery can reduce the potential toxicity of CFz and enhance its efficacy for clinical deep brain imaging.

Keywords

bioluminescence molecule / blood-brain barrier / brain imaging

References

[1] Y. Chen, S. Wang, F. Zhang, Nat. Rev. Bioeng. 2023, 1, 60.

[2] S. Xu, X. Xiao, F. Manshaii, J. Chen, Nano Lett. 2024, 24, 4703.

[3] A. J. Syed, J. C. Anderson, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 5668.

[4] S. Xu, M. Momin, S. Ahmed, A. Hossain, L. Veeramuthu, A. Pandiyan, C. C. Kuo, T. Zhou, Adv. Mater. 2023, 35, 2303267.

[5] S. Xu, K. Scott, F. Manshaii, J. Chen, Matter 2024, 7, 1684.

[6] J. Yin, S. Wang, T. Tat, J. Chen, Nat. Rev. Bioeng. 2024, 2, 541.

[7] T. Kuchimaru, S. Iwano, M. Kiyama, S. Mitsumata, T. Kadonosono, H. Niwa, S. Maki, S. Kizaka-Kondoh, Nat. Commun. 2016, 7, 11856.

[8] H. Yin, W. Jiang, Y. Liu, D. Zhang, F. Wu, Y. Zhang, C. Li, G. Chen, Q. Wang, BMEMat 2023, 1, e12023.

[9] S. Iwano, M. Sugiyama, H. Hama, A. Watakabe, N. Hasegawa, T. Kuchimaru, K. Z. Tanaka, M. Takahashi, Y. Ishida, J. Hata, S. Shimozono, K. Namiki, T. Fukano, M. Kiyama, H. Okano, S. Kizaka-Kondoh, T. J. McHugh, T. Yamamori, H. Hioki, S. Maki, A. Miyawaki, Science 2018, 359, 935.

[10] Y. Su, J. R. Walker, M. P. Hall, M. A. Klein, X. Wu, L. P. Encell, K. M. Casey, L. X. Liu, G. Hong, M. Z. Lin, T. A. Kirkland, Nat. Chem. Biol. 2023, 19, 731.

[11] Y. Su, J. R. Walker, Y. Park, T. P. Smith, L. X. Liu, M. P. Hall, L. Labanieh, R. Hurst, D. C. Wang, L. P. Encell, N. Kim, F. Zhang, M. A. Kay, K. M. Casey, R. G. Majzner, J. R. Cochran, C. L. Mackall, T. A. Kirkland, M. Z. Lin, Nat. Methods 2020, 17, 852.

[12] J. Li, Z. Che, X. Wan, F. Manshaii, J. Xu, J. Chen, Biomaterials 2024, 304, 122421.

[13] J. Zhao, Z. Chen, S. Liu, P. Li, S. Yu, D. Ling, F. Li, BMEMat 2024, 2, e12066.

[14] T. H. Kim, M. J. Schnitzer, Cell 2022, 185, 9.

[15] Z. Guo, R. D. Parakra, Y. Xiong, W. A. Johnston, P. Walden, S. Edwardraja, S. V. Moradi, J. P. Ungerer, H.-W. Ai, J. J. Phillips, K. Alexandrov, Nat. Commun. 2022, 13, 789.

[16] M. Izci, C. Maksoudian, B. B. Manshian, S. J. Soenen, Chem. Rev. 2021, 121, 1746.

[17] S. Xu, Y. Liu, H. Lee, W. Li, Exploration 2024, 4, 20230146.

[18] W. Ma, Y. Su, Q. Zhang, C. Deng, L. Pasquali, W. Zhu, Y. Tian, P. Ran, Z. Chen, G. Yang, G. Liang, T. Liu, H. Zhu, P. Huang, H. Zhong, K. Wang, S. Peng, J. Xia, H. Liu, X. Liu, Y. M. Yang, Nat. Mater. 2022, 21, 210.

[19] Y. Zhou, D. Kong, X. Wang, G. Yu, X. Wu, N. Guan, W. Weber, H. Ye, Nat. Biotechnol. 2022, 40, 262.

[20] I. Legnini, L. Emmenegger, A. Zappulo, A. Rybak-Wolf, R. Wurmus, A. O. Martinez, C. C. Jara, A. Boltengagen, T. Hessler, G. Mastrobuoni, S. Kempa, R. Zinzen, A. Woehler, N. Rajewsky, Nat. Methods 2023, 20, 1544.

[21] R. Liu, J. Yang, J. Yao, Z. Zhao, W. He, N. Su, Z. Zhang, C. Zhang, Z. Zhang, H. Cai, L. Zhu, Y. Zhao, S. Quan, X. Chen, Y. Yang, Nat. Biotechnol. 2022, 40, 779.

[22] Z. Belhadj, Y. Qie, R. P. Carney, Y. Li, G. Nie, BMEMat 2023, 1, e12018.

[23] X. Zhao, Y. Zhou, Y. Song, J. Xu, J. Li, T. Tat, G. Chen, S. Li, J. Chen, Nat. Mater. 2024, 23, 703.

[24] S. Xu, F. Manshaii, G. Chen, J. Chen, Chem 2024, 10, 1638.

[25] E. Lee, H. K. Choi, Y. Kwon, K. B. Lee, Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2400394.

RIGHTS & PERMISSIONS

2024 The Author(s). BMEMat published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Shandong University.