5月12日，华中科技大学生命科学与技术学院国家纳米药物工程技术研究中心罗亮教授团队开发了一种碘含量可高达84%的共轭高分子材料，可作为CT对比剂进行高效CT成像，进而引导肿瘤的精准手术切除和立体定向放射治疗。该工作以“Precisely translating computed tomography diagnosis accuracy into therapeutic intervention by a carbon-iodine conjugated polymer“为题发表在《自然-通讯》上(Nature Communications，2022，13，2625)。
计算机断层扫描 (CT) 是目前最常用的疾病诊断和治疗引导技术之一，基于CT造影剂的增强CT可以精准鉴定微小肿瘤病灶，然而依据CT造影结果在肿瘤手术切除时精确界定肿瘤切缘却十分困难。大多数碘造影剂的清除速度过快导致有效性不足，而金属造影剂则受到强烈的成像伪影干扰并具有生物安全问题。此外，绝大部分CT造影剂肉眼难以识别，因而严重限制了手术过程中对肿瘤边缘轮廓的界定。如何将CT诊断结果精准、实时地转化为治疗干预是目前亟需解决的重大临床问题。
在这项研究中，研究人员首先将单体diiodobutadiyne与模板分子进行适当的空间排列组装，通过拓扑化学聚合制备了一种仅由碳碘组成的共轭高分子PIDA。PIDA具有超高含碘量 (>84 wt%) , 可赋予其前所未有的X 射线衰减能力。并且PIDA可形成纳米纤维，其在水介质中的CT信号表现出聚集诱导放大效应，可进一步增大10倍以上。
同时，PIDA的纳米纤维特性可使其在组织内呈现显著的滞留效应，与商用碘海醇(Iohexol)相比，在同等碘浓度下，PIDA可在较长时间范围内维持很高的CT信号，并具有良好的几何和位置稳定性。因而，有望通过PIDA进行术前CT引导下的肿瘤标记和轮廓勾勒，其信号持久性可有效衔接CT诊断与肿瘤手术过程。
其次，PIDA 的高度平面化共轭碳骨架使其呈现深蓝色，因此肉眼很容易将其与周围组织区分开来。PIDA的这种兼具CT成像和肉眼可视的双重特性保证了CT引导下的肿瘤轮廓标记结果可直接呈现给进行肿瘤切除手术的外科医生。研究人员在原位异种移植瘤大鼠模型手术中成功验证了基于PIDA的术前CT规划肿瘤切缘和可视化手术引导。
最后，研究人员将PIDA应用于影像介导的放疗(Imaging-guided radiotherapy)。与临床上使用的金基准标记物相比，PIDA 具有更好的生物相容性、定位稳定性和几乎不可见的伪影，同时保持有效的高CT 强度。这些特性对于术前放疗规划中剂量分布的精确计算以及机器人影像介导放疗中的精确辐射递送至关重要。研究人员在比格犬模型上验证了基于 PIDA 的实时 CT 成像介导的立体定向放射治疗，并获得预期效果。
长期以来，科研人员一直在追求共轭高分子材料的生物医学应用和临床转化。本研究首次将共轭高分子应用于CT成像介导大鼠肿瘤手术切除和比格犬立体定向放射治疗，验证了其在生物医学应用中的可行性和安全性。该工作进一步推动了影像介导治疗技术的发展，并展现了PIDA 在精准医疗上的巨大临床潜力，为后续临床转化奠定了坚实的基础。
华中科技大学生命学院为论文第一单位，华中科技大学生命学院博士生殷明明、华中科技大学同济医学院附属协和医院放射科刘小明主管技师和雷子乔教授为论文共同第一作者，罗亮教授为论文通讯作者。这是一次医工交叉科研的共同合作成果。该研究得到了国家自然科学基金(21877042)、国家重点研发计划(2018YFA0208903)、华中科技大学引进人才启动经费和湖北省自然科学基金(2021CFB442)的资助。研究人员将计划与协和医院共同开展相关临床研究。
此项工作是罗亮教授课题组在生物医用共轭高分子材料方向的又一重要成果。罗亮教授团队长期致力于共轭高分子材料的设计、制备及在生物医学中的应用研究，对于如何赋予共轭高分子多功能性，促进其安全高效地应用于生物医药诊疗领域开展了系统深入的探究。近年来，先后发展高效靶向拉曼生物成像探针(Nat. Commun. 2020, 11, 81;Nano Lett. 2022, accepted)、荧光检测探针(J. Am. Chem. Soc. 2019，141，20097)、化学发光探针(Adv. Mater. 2020，2004685)、温热响应水凝胶(Nat. Commun. 2019, 10，4781;Nano-Micro Lett. 2021, 13,141)等，并探讨了此类材料的可降解性与降解机制(J. Am. Chem. Soc. 2021, 143，10054;Chem. Eng. J. 2021, 417,127890)。团队研究工作交叉融合高分子材料学、生物医学工程、医学和药学等学科，并积极推动相关的临床应用转化。
