Optical three-dimensional (3D) molecular imaging is highly desirable for providing precise distribution of the target-of-interest in disease models. However, such 3D imaging is still far from wide applications in biomedical research; 3D brain optical molecular imaging, in particular, has rarely been reported. In this report, we designed chemiluminescence probes with high quantum yields (QY), relatively long emission wavelengths, and high signal-to-noise ratios (SNRs) to fulfill the requirements for 3D brain imaging in vivo. With assistance from density-function theory (DFT) computation, we designed ADLumin-Xs by locking up the rotation of the double-bond via fusing the furan ring to the phenyl ring. Our results showed that ADLumin-5 had a high quantum yield of chemiluminescence and could bind to amyloid beta (Aβ). Remarkably, ADLumin-5's radiance intensity in brain areas could reach 4×107 photon/s/cm2/sr, which is probably 100-fold higher than most chemiluminescence probes for in vivo imaging. Because of its strong emission, we demonstrated that ADLumin-5 could be used for in vivo 3D brain imaging in transgenic mouse models of Alzheimer's disease (AD).

Abstract Over the past decades, classical drug development approaches for Alzheimer’s disease have yielded limited success, and this futileness has prompted scientists to seek non-classical approaches. In this report, we demonstrated that, with irradiation of LED light or with molecularly generated light (dubbed as “molecular light”) from chemiluminescence probe ADLumin-4, photolabile curcumin analogue CRANAD-147 could change properties, structures (sequences) and neurotoxicity of amyloid beta (Aβ) species in vitro. We further demonstrated that, with the assistance from molecular chemiluminescence imaging, the combination of CRANAD-147/LED or CRANAD-147/ADLumin-4 (molecular light) could slow down the accumulation of Aβs in transgenic 5xFAD mice in vivo. Due to the unlimited capacity of tissue penetration of molecular light in vivo, phototherapy with the combination of photolabile Aβ ligand and molecular light has great potential as an alternative approach for AD drug discovery.

Numerous methods have been reported for detecting ROS/RNS in vitro and in vivo; however, detecting methods for the secondary products of the ROS/RNS reactions, particularly quasi‐stable oxidized products, have been much less explored. In this report, we observed that half‐curcumins could generate chemiluminescence. In contrast to other chemiluminescence scaffolds, the distinguishing feature of a half‐curcumin is the formation of a carbanion intermediate of its acetylacetone moiety, opening unique avenues for applications. In this study, we designed a series of half‐curcumins CRANAD‐Xs and found that CRANAD‐164 could be used to detect quasi‐stable oxidized proteins (QSOP) in vivo and in patient serum samples. We illustrated that CRANAD‐164 could be used to monitor the responses of taurine, an amino acid with newly reported anti‐aging capacity, in an inflammatory mouse model. Remarkably, we further demonstrated that the QSOP levels were much higher in the disease serum samples, including Alzheimer’s disease, compared to the samples from healthy controls. Moreover, our results revealed that the sera chemiluminescence intensities were higher in aged healthy controls compared to young healthy subjects, suggesting that CRANAD‐164 can be used to monitor the increase of QSOP during aging.

Alcohol use disorder (AUD) is a disorder of clinical and public health significance requiring novel and improved therapeutic solutions. Both environmental and genetic factors play a significant role in its pathophysiology. However, the underlying epigenetic molecular mechanisms that link the gene-environment interaction in AUD remain largely unknown. In this proof-of-concept study, we showed, for the first time, the neuroepigenetic biomarker capability of non-invasive imaging of class I histone deacetylase (HDAC) epigenetic enzymes in the

Abstract Bioluminescence imaging has changed daily practice in preclinical research of cancers and other diseases in the last decades; however, it has been rarely applied in preclinical research of Alzheimer’s disease (AD). In this report, we demonstrated that bioluminescence imaging could be used to report the levels of amyloid beta (Aβ) species in vivo. We hypothesized that AkaLumine, a newly discovered substrate for luciferase, could bind to Aβ aggregates and plaques. We further speculated that the Aβ species have the reservoir capacity to sequester and release AkaLumine to control the bioluminescence intensity, which could be used to report the levels of Aβs. Our hypotheses have been validated via in vitro solution tests, mimic studies with brain tissues and mice, two-photon imaging with AD mice, and in vivo bioluminescence imaging using transgenic AD mice that were virally transduced with aka Luciferase (AkaLuc), a new luciferase that generates bioluminescence in the near infrared window. As expected, compared to the control group, we observed that the Aβ group showed lower bioluminescence intensity due to AkaLumine sequestering at early time points, while higher intensity due to AkaLumine releasing at later time points. Lastly, we demonstrated that this method could be used to monitor AD progression and therapeutic effectiveness of avagacestat, a well-studied gamma-secretase inhibitor. Importantly, a good correlation (R 2 = 0.81) was established between in vivo bioluminescence signals and Aβ burdens of the tested AD mice. We believe that our approach can be easily implemented into daily imaging experiments and has tremendous potential to change daily practice of preclinical AD research.

Abstract Targeting receptor‐interacting protein kinase 1 (RIPK1) has emerged as a promising therapeutic stratagem for neurodegenerative disorders, particularly Alzheimer's disease (AD). A positron emission tomography (PET) probe enabling brain RIPK1 imaging can provide a powerful tool to unveil the neuropathology associated with RIPK1. Herein, the development of a new PET radioligand, [ 11 C]CNY‐10 is reported, which may enable brain RIPK1 imaging. [ 11 C]CNY‐10 is radiosynthesized with a high radiochemical yield (41.8%) and molar activity (305 GBq/µmol). [ 11 C]CNY‐10 is characterized by PET imaging in rodents and a non‐human primate, demonstrating good brain penetration, binding specificity, and a suitable clearance kinetic profile. It is performed autoradiography of [ 11 C]CNY‐10 in human AD and healthy control postmortem brain tissues, which shows strong radiosignal in AD brains higher than healthy controls. Subsequently, it is conducted further characterization of RIPK1 in AD using [ 11 C]CNY‐10‐based PET studies in combination with immunohistochemistry leveraging the 5xFAD mouse model. It is found that AD mice revealed RIPK1 brain signal significantly higher than WT control mice and that RIPK1 is closely related to amyloid plaques in the brain. The studies enable further translational studies of [ 11 C]CNY‐10 for AD and potentially other RIPK1‐related human studies.