Gold nanohexapods represent a novel class of optically tunable nanostructures consisting of an octahedral core and six arms grown on its vertices. By controlling the length of the arms, their localized surface plasmon resonance peaks could be tuned from the visible to the near-infrared region for deep penetration of light into soft tissues. Herein we compare the in vitro and in vivo capabilities of Au nanohexapods as photothermal transducers for theranostic applications by benchmarking against those of Au nanorods and nanocages. While all these Au nanostructures could absorb and convert near-infrared light into heat, Au nanohexapods exhibited the highest cellular uptake and the lowest cytotoxicity in vitro for both the as-prepared and PEGylated nanostructures. In vivo pharmacokinetic studies showed that the PEGylated Au nanohexapods had significant blood circulation and tumor accumulation in a mouse breast cancer model. Following photothermal treatment, substantial heat was produced in situ and the tumor metabolism was greatly reduced for all these Au nanostructures, as determined with 18F-flourodeoxyglucose positron emission tomography/computed tomography (18F-FDG PET/CT). Combined together, we can conclude that Au nanohexapods are promising candidates for cancer theranostics in terms of both photothermal destruction and contrast-enhanced diagnosis.

Joon-Mo Yang and colleagues have developed a new endoscopic technique for the in vivo imaging of internal organs, combining endoscopic ultrasound and photoacoustic endoscopy in a single instrument. In addition to improved resolution, imaging depth, multimodal contrast, and distal-end scanning, the new hybrid imaging modality can also provide functional information such as hemoglobin concentration and blood oxygenation. Feasibility is shown in vivo by simultaneous photoacoustic endoscopy and endoscopic ultrasound imaging of the upper and lower gastrointestinal tracts of rats and rabbits. At present, clinicians routinely apply ultrasound endoscopy in a variety of interventional procedures that provide treatment solutions for diseased organs. Ultrasound endoscopy not only produces high-resolution images, but also is safe for clinical use and broadly applicable. However, for soft tissue imaging, its mechanical wave–based image contrast fundamentally limits its ability to provide physiologically specific functional information. By contrast, photoacoustic endoscopy possesses a unique combination of functional optical contrast and high spatial resolution at clinically relevant depths, ideal for imaging soft tissues. With these attributes, photoacoustic endoscopy can overcome the current limitations of ultrasound endoscopy. Moreover, the benefits of photoacoustic imaging do not come at the expense of existing ultrasound functions; photoacoustic endoscopy systems are inherently compatible with ultrasound imaging, thereby enabling multimodality imaging with complementary contrast. Here we present simultaneous photoacoustic and ultrasonic dual-mode endoscopy and show its ability to image internal organs in vivo, thus illustrating its potential clinical application.

This communication reports a new theranostic system with a combination of capabilities to both enhance the contrast of photoacoustic (PA) imaging and control the release of a chemical or biological effector by high-intensity focused ultrasound (HIFU). The fabrication of this system simply involves filling the hollow interiors of gold nanocages with a phase-change material (PCM) such as 1-tetradecanol that has a melting point of 38−39 °C. The PCM can be premixed and thus loaded with a dye, as well as other chemical or biological effectors. When exposed to direct heating or HIFU, the PCM will melt and escape from the interiors of nanocages through small pores on the surface, concurrently releasing the encapsulated molecules into the surrounding medium. We can control the release profile by varying the power of HIFU, the duration of exposure to HIFU, or both.

With Au nanocages as an example, we recently demonstrated that radioactive 198Au could be incorporated into the crystal lattice of Au nanostructures for simple and reliable quantification of their in vivo biodistribution by measuring the γ radiation from 198Au decay and for optical imaging by detecting the Cerenkov radiation. Here we extend the capability of this strategy to synthesize radioactive 198Au nanostructures with a similar size but different shapes and then compare their biodistribution, tumor uptake, and intratumoral distribution using a murine EMT6 breast cancer model. Specifically, we investigated Au nanospheres, nanodisks, nanorods, and cubic nanocages. After PEGylation, an aqueous suspension of the radioactive Au nanostructures was injected into a tumor-bearing mouse intravenously, and their biodistribution was measured from the γ radiation while their tumor uptake was directly imaged using the Cerenkov radiation. Significantly higher tumor uptake was observed for the Au nanospheres and nanodisks relative to the Au nanorods and nanocages at 24 h postinjection. Furthermore, autoradiographic imaging was performed on thin slices of the tumor after excision to resolve the intratumoral distributions of the nanostructures. While both the Au nanospheres and nanodisks were only observed on the surfaces of the tumors, the Au nanorods and nanocages were distributed throughout the tumors.

Macrophages undertake pivotal yet dichotomous functions during skin wound healing, mediating both early proinflammatory immune activation and late anti-inflammatory tissue remodeling processes. The timely phenotypic transition of macrophages from inflammatory M1 to proresolving M2 activation states is essential for efficient healing. However, the endogenous mechanisms calibrating macrophage polarization in accordance with the evolving tissue milieu remain undefined. In this study, we reveal an indispensable immunomodulatory role for fibroblast-secreted exosomes in directing macrophage activation dynamics. Fibroblast-derived exosomes permitted spatiotemporal coordination of macrophage phenotypes independent of direct intercellular contact. Exosomes enhanced macrophage sensitivity to both M1 and M2 polarizing stimuli, yet they also accelerated timely switching from M1 to M2 phenotypes. Exosome inhibition dysregulated macrophage responses, resulting in aberrant inflammation and impaired healing, whereas provision of exogenous fibroblast-derived exosomes corrected defects. Topical application of fibroblast-derived exosomes onto chronic diabetic wounds normalized dysregulated macrophage activation to resolve inflammation and restore productive healing. Our findings elucidate fibroblast-secreted exosomes as remote programmers of macrophage polarization that calibrate immunological transitions essential for tissue repair. Harnessing exosomes represents a previously unreported approach to steer productive macrophage activation states with immense therapeutic potential for promoting healing in chronic inflammatory disorders.

Abstract Efficient cutaneous wound healing requires a coordinated transition between inflammatory phases mediated by dynamic changes in leukocyte subset populations. Here, we identify STING as a key innate immune mediator governing timely resolution of inflammation by regulating macrophage dynamics during skin repair. Using a mouse model, we show STING deficiency caused delayed wound closure associated with abnormal persistence of TNF-α+ leukocytes. This resulted from the impaired macrophage recruitment. STING controlled the trafficking of bone marrow myeloid cells into blood and wounds, intrinsically enhancing macrophage migratory capacity through STAT3 activation. Specifically, STING modulated the production of monocyte chemokines and their receptors CCR2/CCR5 to enable efficient egress and wound infiltration. Consequently, disrupted systemic and local STING-STAT3-chemokine signaling combine to delay macrophage influx. This study elucidates STING as a critical rheostat tuning macrophage responses through STAT3 to orchestrate inflammatory resolution necessary for efficient wound healing. Our findings have broad implications for targeting STING therapeutically in both regenerative medicine and inflammatory disease contexts. STING regulates the macrophage trafficking through STAT3 in wound healing.

Heart failure (HF) causes structural and functional changes in the heart, with the pyroptosis-mediated inflammatory response as the core link in HF pathogenesis. E3 ubiquitin ligases participate in cardiovascular disease progression. Here, we explored the underlying molecular mechanisms of E3 ubiquitin ligase Smurf1 in governing HF.