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

在這項研究中，研究人員首先將單體diiodobutadiyne與模板分子進行適當的空間排列組裝，通過拓撲化學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，其在水介質中的CT信號表現出聚集誘導放大效應，可進一步增大10倍以上。

同時，PIDA的納米纖維特性可使其在組織內呈現顯著的滯留效應，與商用碘海醇（Iohexol）相比，在同等碘濃度下，PIDA可在較長時間范圍內維持很高的CT信號，并具有良好的幾何和位置穩(wěn)定性。因而，有望通過PIDA進行術前CT引導下的腫瘤標記和輪廓勾勒，其信號持久性可有效銜接CT診斷與腫瘤手術過程。

其次，PIDA 的高度平面化共軛碳骨架使其呈現深藍色，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引導下的腫瘤輪廓標記結果可直接呈現給進行腫瘤切除手術的外科醫(yī)生。研究人員在原位異種移植瘤大鼠模型手術中成功驗證了基于PIDA的術前CT規(guī)劃腫瘤切緣和可視化手術引導。

最后，研究人員將PIDA應用于影像介導的放療（Imaging-guided radiotherapy）。與臨床上使用的金基準標記物相比，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，同時保持有效的高CT 強度。這些特性對于術前放療規(guī)劃中劑量分布的精確計算以及機器人影像介導放療中的精確輻射遞送至關重要。研究人員在比格犬模型上驗證了基于 PIDA 的實時 CT 成像介導的立體定向放射治療，并獲得預期效果。

長期以來，科研人員一直在追求共軛高分子材料的生物醫(yī)學應用和臨床轉化。本研究首次將共軛高分子應用于CT成像介導大鼠腫瘤手術切除和比格犬立體定向放射治療，驗證了其在生物醫(yī)學應用中的可行性和安全性。該工作進一步推動了影像介導治療技術的發(fā)展，并展現了PIDA 在精準醫(yī)療上的巨大臨床潛力，為后續(xù)臨床轉化奠定了堅實的基礎。

華中科技大學生命學院為論文第一單位，華中科技大學生命學院博士生殷明明、華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(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。該研究得到了國家自然科學基金（21877042）、國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0208903）、華中科技大學引進人才啟動經費和湖北省自然科學基金（2021CFB442）的資助。研究人員將計劃與協(xié)和醫(yī)院共同開展相關臨床研究。

此項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。羅亮教授團隊長期致力于共軛高分子材料的設計、制備及在生物醫(yī)學中的應用研究，對于如何賦予共軛高分子多功能性，促進其安全高效地應用于生物醫(yī)藥診療領域開展了系統(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）、熒光檢測探針（J. Am. Chem. Soc. 2019，141，20097）、化學發(fā)光探針（Adv. Mater. 2020，2004685）、溫熱響應水凝膠（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制（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143，10054；Chem. Eng. J. 2021, 417,127890）。團隊研究工作交叉融合高分子材料學、生物醫(yī)學工程、醫(yī)學和藥學等學科，并積極推動相關的臨床應用轉化。

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