超声(US)成像是一种安全的疾病诊断医疗工具，具有无创、非电离辐射、成本低和实时可视化等优点。为了提高成像质量和分辨率，人们开发了超声造影剂，比如由蛋白质、脂质、聚合物和无机纳米颗粒稳定的充气微泡(MBs)，它可以提高超声反射率并延长超声信号在器官的停留时间。而MBs的超声信号受壳层材料的物理化学性能影响较大，虽然交联可以有效地增强聚合物壳层，增强MBs的稳定性，但其可压缩性会进一步降低，非线性振荡会得到很大的抑制，削弱造影效果。因此，如何解决MBs超声造影剂的长期稳定性和造影效果之间的矛盾仍然是一个艰巨的挑战。
基于此，中科大刘世勇教授、胡进明教授、中科大附属第一医院沈爱宗教授和何年安教授合作合成了一系列两亲性共聚多肽，并将其作为稳定填充有全氟化碳(PFC)的MBs的壳层材料。其中亲水聚乙二醇(PEG)嵌段和氟化全氟聚甲醛嵌段分别构成MBs壳层的外层和内层。具有较低界面张力和较低拉普拉斯压力的氟化嵌段与内部负载的八氟丙烷(C3F8)接触时，可以提高MBs的稳定性。同时，作者还合成了侧链中含有可交联的二乙炔嵌段的共聚肽，UV诱导交联能够进一步提高了MBs的稳定性，但由于非线性振荡被抑制，US信号下降。为了解决这一问题，作者合成了末端带有马来酰亚胺(MI)的共聚物，通过原位Michael加成反应与白蛋白等血浆蛋白共价偶联后，MI修饰的MBs的非线性振荡明显增强。
图1 双亲共聚多肽的合成和MBs的制备
MBs的制备及表征
共聚多肽在PBS缓冲液中水化得到半透明悬浮液，在50 oC下进一步搅拌48 h得到胶束分散液。然后，向其中加入C3F8并将温度降至0oC，在超声作用下得到负载C3F8的MBs，而且改变超声时间可以调控MBs的尺寸。在4oC放置14天，负载C3F8的MBs的尺寸和数目也没有发生明显的变化，而商用SonoVueTMMBs的粒径明显增大，数目明显减小，这可能是由于负载气体的外泄。共聚多肽稳定的MBs在放置14天后，通过手摇即可完全恢复其宏观外观，尺寸从~2.4 μm略微增加到~3 μm。
图2 共聚多肽稳定的MBs的表征
共聚多肽稳定的MBs在体外的超声成像性能
然后，作者研究了制备的MBs在不同BSA浓度下的对比增强超声成像(CEUS)性能。图像的原始灰度值为98，当BSA浓度为1、3和10 g/L时，孵育1 min后，其灰度值分别增强至135、170和198。除了增强信号强度外，BSA共价结合能够反射二次谐波信号，大大增加了US成像时间窗口。在CEUS模式下，共聚多肽稳定的MBs经10 g/L BSA孵育后，在300 s内信号强度仅减弱20%，而SonoVueTMMBs在相同孵育时间下信号明显减弱。体外成像实验表明，SonoVueTMMBs在120秒后失去信号。相比之下，共聚多肽稳定的MBs仅在管的底部变暗，而顶部在300 s后仍保持明亮，说明该MBs具有更高的信号强度和更长的成像窗口。
图3 共聚多肽稳定的MBs的体外超声成像性能
共聚多肽稳定的MBs的体内超声成像性能
接下来，作者进一步评估了共聚肽稳定的MBs在家兔体内的US成像性能。经静脉注射共聚多肽稳定的MBs后，取兔的肝脏和肾脏进行B模式和CEUS模式US成像。共聚多肽BP1稳定的MBs提高对比度的效果不明显，而在CEUS成像模式中，共聚多肽BP5稳定的MBs和商业产品SonoVueTMMBs的信号都得到了改善，这表明BP5稳定的MBs具备作为一种高效的超声造影剂的潜力。与BP1稳定的MBs相比，BP5稳定的MBs在体内的US成像能力显著增强，这可能归因于MI基团与血浆蛋白的原位结合，进一步表明白蛋白的结合可以显著增强BP5稳定的MBs的US信号。然后，作者研究了静脉注射BP5稳定的MBs和SonoVueTMMBs后，兔肝脏和肾脏在B模式和CEUS模式下的灰度值随时间的变化。BP5稳定的MBs的B模信号衰减相对较慢，100 s时的一谐波增强是SonoVueTMMBs的两倍。而在CEUS模式下，BP5稳定的MBs的灰度值始终高于SonoVueTMMBs。与BP1 稳定的MBs相比，BP5 稳定的MBs在B模式下图像强度与之相似，而其在CEUS模式下的灰度值(~120)是BP1稳定的MBs(~70)的1.7倍。这是因为血浆蛋白能够通过MI基团原位偶联到BP5稳定的MBs上，改善了MBs的非线性振荡。
图4 经典B模式和CEUS模式成像性能
小结：作者合成了嵌段共聚多肽，并用于稳定全氟化碳，得到尺寸可控、尺寸分布窄的MBs，可进一步用作超声造影剂。由于界面张力较低，MBs的稳定性得到很大提高。此外，交联还可以进一步增强MBs的稳定性，与市面上的SonoVueTMMBs相比，其成像时间窗口更长。更重要的是，作者提出了一种原位表面修饰的方法，将白蛋白共价偶联到MBs表面以增加MBs的二次谐波信号强度，解决了基于MBs的超声造影剂长期稳定性和对比度增强持续时间短的矛盾。
--3D打印展--
--荐号--
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209610
来源：高分子科学前沿
