实时成像技术可以在任何时候对同一个样本进行纵向观察，实现对植入材料的无创跟踪，被广泛应用于现代医学的各个领域。先进的成像技术，如荧光（FL）成像、超声（US）成像、光声（PA）成像和X射线计算机断层扫描（CT），均可以获取植入材料的相关信息。但是每种成像技术都有其局限性，人们无法使用单一成像技术获取植入材料的多个降解参数。因此多模式生物成像是未来生物降解材料“可视化”的发展趋势。由于不同的生物成像模式通常依赖于不同的功能部分或材料成分，开发多模式成像系统最常见的方法是混合或封装不同的单功能成分到一个平台。然而，这些方法很容易受到材料相分离、成像部分结构不匹配、信号猝灭和干扰等阻碍。因此，在单个生物材料中实现实时多模式生物成像的同步是非常具有挑战性的。尤其是，使用的成像模式越多，实现同步就越困难。

  鉴于此，复旦大学朱亮亮、丁建东等合作展示了一种长期多模式生物成像（CT、FL、PA和US成像），并且可以同步体内体外多种生物降解参数的通用共组装策略。该策略以聚乳酸（PDLLA）作为基本基质，将成像基团以共价键的形式接枝到PDLLA链的末端，两条改性的PDLLA链以成像基团共组装，然后通过压缩成型后植入SD大鼠背部。该共组装策略的巧妙之处，一方面通过非共价键控制了材料的降解的速率，降低因快速降解导致无菌性炎症的发生概率；另一方面，通过共组装将成像基团“锁在”植入物的本体中，有效地避免了随着植入物的降解产生成像基团大量损失而导致成像信号猝灭。相关研究成果以题为“Imaging moiety-directed co-assembly for biodegradation control with synchronous four-modal biotracking”发表在最新一期《Biomaterials》上。博士生刘青松为第一作者。 

【文章要点】

一、多模式成像

  作者首先通过¹H NMR核磁谱确定了成像基团通过酯化反应接枝到PDLLA链末端，并使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和变温核磁确定了非共价键共组装的存在。由于荧光分子存在聚集诱导荧光猝灭（ACQ），作者通过体外成像实验，选择了荧光强度最强的比例作为植入材料，这样既保证了固态材料的FL成像效果，也避免了在植入材料降解过程中因荧光分子浓度带来的信号干扰。作者通过体外加速降解证明了成像基团共组装控制材料降解速率（质量、分子量和降解液的pH）。

二、体内体外多种参数关联

  为了获得该材料生物降解过程的进一步信息，作者对三个参数进行了处理（即质量除以分子量，然后除以体积），得到了材料的固态摩尔浓度的变化趋势。在整个降解过程中，材料的固体摩尔浓度变化较小。该结果表明，材料可以通过生物可降解中聚合物链的断裂来补偿质量损失和吸水体积膨胀。这一结果同样表明这种共组装策略在维持材料的缓慢降解过程中发挥了关键作用。

  原文链接：

  Qingsong Liu, Ye Fu, Bin Wu, Jingyu Tang, Yaoben Wang, Yanping Wu, Man Zhang, Shen Shen, Yang Shen, Caiyun Gao, Jiandong Ding*, Liangliang Zhu*, Imaging moiety-directed co-assembly for biodegradation control with synchronous four-modal biotracking, Biomaterials 2022, 287, 121665.

  https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121665