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計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 是目前最常用的疾病診斷和治療引導(dǎo)技術(shù)之一，基于CT造影劑的增強(qiáng)CT可以精準(zhǔn)鑒定微小腫瘤病灶，然而依據(jù)CT造影結(jié)果在腫瘤手術(shù)切除時(shí)精確界定腫瘤切緣卻十分困難。大多數(shù)碘造影劑的清除速度過快導(dǎo)致有效性不足，而金屬造影劑則受到強(qiáng)烈的成像偽影干擾并具有生物安全問題。此外，絕大部分CT造影劑肉眼難以識(shí)別，因而嚴(yán)重限制了手術(shù)過程中對(duì)腫瘤邊緣輪廓的界定。如何將CT診斷結(jié)果精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)化為治療干預(yù)是目前亟需解決的重大臨床問題。

在這項(xiàng)研究中，研究人員首先將單體diiodobutadiyne與模板分子進(jìn)行適當(dāng)?shù)目臻g排列組裝，通過拓?fù)浠瘜W(xué)聚合制備了一種僅由碳碘組成的共軛高分子PIDA。PIDA具有超高含碘量 (>84 wt%) , 可賦予其前所未有的X 射線衰減能力。并且PIDA可形成納米纖維，其在水介質(zhì)中的CT信號(hào)表現(xiàn)出聚集誘導(dǎo)放大效應(yīng)，可進(jìn)一步增大10倍以上。

同時(shí)，PIDA的納米纖維特性可使其在組織內(nèi)呈現(xiàn)顯著的滯留效應(yīng)，與商用碘海醇（Iohexol）相比，在同等碘濃度下，PIDA可在較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)維持很高的CT信號(hào)，并具有良好的幾何和位置穩(wěn)定性。因而，有望通過PIDA進(jìn)行術(shù)前CT引導(dǎo)下的腫瘤標(biāo)記和輪廓勾勒，其信號(hào)持久性可有效銜接CT診斷與腫瘤手術(shù)過程。

其次，PIDA 的高度平面化共軛碳骨架使其呈現(xiàn)深藍(lán)色，因此肉眼很容易將其與周圍組織區(qū)分開來。PIDA的這種兼具CT成像和肉眼可視的雙重特性保證了CT引導(dǎo)下的腫瘤輪廓標(biāo)記結(jié)果可直接呈現(xiàn)給進(jìn)行腫瘤切除手術(shù)的外科醫(yī)生。研究人員在原位異種移植瘤大鼠模型手術(shù)中成功驗(yàn)證了基于PIDA的術(shù)前CT規(guī)劃腫瘤切緣和可視化手術(shù)引導(dǎo)。

最后，研究人員將PIDA應(yīng)用于影像介導(dǎo)的放療（Imaging-guided radiotherapy）。與臨床上使用的金基準(zhǔn)標(biāo)記物相比，PIDA 具有更好的生物相容性、定位穩(wěn)定性和幾乎不可見的偽影，同時(shí)保持有效的高CT 強(qiáng)度。這些特性對(duì)于術(shù)前放療規(guī)劃中劑量分布的精確計(jì)算以及機(jī)器人影像介導(dǎo)放療中的精確輻射遞送至關(guān)重要。研究人員在比格犬模型上驗(yàn)證了基于 PIDA 的實(shí)時(shí) CT 成像介導(dǎo)的立體定向放射治療，并獲得預(yù)期效果。

長(zhǎng)期以來，科研人員一直在追求共軛高分子材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用和臨床轉(zhuǎn)化。本研究首次將共軛高分子應(yīng)用于CT成像介導(dǎo)大鼠腫瘤手術(shù)切除和比格犬立體定向放射治療，驗(yàn)證了其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的可行性和安全性。該工作進(jìn)一步推動(dòng)了影像介導(dǎo)治療技術(shù)的發(fā)展，并展現(xiàn)了PIDA 在精準(zhǔn)醫(yī)療上的巨大臨床潛力，為后續(xù)臨床轉(zhuǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

華中科技大學(xué)生命學(xué)院為論文第一單位，華中科技大學(xué)生命學(xué)院博士生殷明明、華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院放射科劉小明主管技師和雷子喬教授為論文共同第一作者，羅亮教授為論文通訊作者。這是一次醫(yī)工交叉科研的共同合作成果。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21877042）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFA0208903）、華中科技大學(xué)引進(jìn)人才啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)和湖北省自然科學(xué)基金（2021CFB442）的資助。研究人員將計(jì)劃與協(xié)和醫(yī)院共同開展相關(guān)臨床研究。

此項(xiàng)工作是羅亮教授課題組在生物醫(yī)用共軛高分子材料方向的又一重要成果。羅亮教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于共軛高分子材料的設(shè)計(jì)、制備及在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究，對(duì)于如何賦予共軛高分子多功能性，促進(jìn)其安全高效地應(yīng)用于生物醫(yī)藥診療領(lǐng)域開展了系統(tǒng)深入的探究。近年來，先后發(fā)展高效靶向拉曼生物成像探針（Nat. Commun. 2020, 11, 81；Nano Lett. 2022, accepted）、熒光檢測(cè)探針（J. Am. Chem. Soc. 2019，141，20097）、化學(xué)發(fā)光探針（Adv. Mater. 2020，2004685）、溫?zé)犴憫?yīng)水凝膠（Nat. Commun. 2019, 10，4781；Nano-Micro Lett. 2021, 13,141）等，并探討了此類材料的可降解性與降解機(jī)制（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143，10054；Chem. Eng. J. 2021, 417,127890）。團(tuán)隊(duì)研究工作交叉融合高分子材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)等學(xué)科，并積極推動(dòng)相關(guān)的臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30263-1

參考資料：http://life.hust.edu.cn/info/1277/13767.htm