PLGA介導(dǎo)的分子影像學(xué)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展*

張 瑜 綜述，郭大靜 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科 400010)

隨著納米技術(shù)的發(fā)展及分子探針在影像學(xué)中的不斷應(yīng)用，影像醫(yī)學(xué)已從對傳統(tǒng)的解剖和生理功能的研究深入到分子水平成像，由此產(chǎn)生了一門新興的學(xué)科——分子影像學(xué)(molecular imaging，MI)，國外核醫(yī)學(xué)學(xué)會將其定義為在活體狀態(tài)下從細(xì)胞和分子水平對生物過程進(jìn)行可視化的定性和定量研究。分子影像學(xué)造影劑就是在活體狀態(tài)下從細(xì)胞和分子水平對生物過程進(jìn)行可視化的定性和定量研究的探針。在此領(lǐng)域中，生物可降解、生物相容性材料聚乳酸-羥基乙酸(poly lactic-co-glycolic acid，PLGA)作為納米材料中的“新秀”已引起了越來越多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。本文就PLGA的特點、制備方法及其作為造影劑在分子影像學(xué)(超聲分子影像學(xué)、MR分子影像學(xué)、核醫(yī)學(xué)分子影像學(xué)及光學(xué)分子影像學(xué))中的應(yīng)用綜述如下。

1 PLGA的特點

具有良好生物相容性及生物可降解性，良好的成球或成膜性能以及生物體內(nèi)半衰期長等優(yōu)勢的高分子聚合物PLGA通常用于制備靜脈注射藥物緩釋制劑及仿生材料等，在疾病診斷、靶向治療及組織工程中具有廣闊的發(fā)展前景[1-3]。PLGA可由乳酸(LA)和羥基乙酸(GA)聚合，通過改變這2種單體的比例可改變PLGA的理化性質(zhì)，從而控制其在生物體內(nèi)的降解速率，以滿足不同包埋藥物不同的釋放需求。另外，用PLGA制備的微球可完全保留球心物質(zhì)的原有性質(zhì)，在適當(dāng)條件下(如超聲波)破壞壁材就可以將球心藥物釋放出來，使用方便，同時還能增加藥物在靶向部位的濃度、延長作用時間，從而提高藥效，減輕對健康人體組織的不良反應(yīng)，而且通過改變制備過程中的各參數(shù)，如PLGA溶液濃度、攪拌速度、聲震時間、功率等可控制微球粒徑大小，實現(xiàn)微球性能的優(yōu)化[4]。不足之處： PLGA材料對細(xì)胞的黏附性較差，且分子鏈中缺乏活性功能基團，限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，近年來，許多研究都集中在對PLGA材料的改性研究上，最常見的方法就是通過對PLGA微球表面進(jìn)行化學(xué)修飾來引入大量活性基團[5-6]?？偟膩碚f，PLGA作為一種理想的載體材料用于分子成像具有極高的研究價值。

2 PLGA微球的制備

PLGA通常是以微球的形式包裹造影劑用于分子顯像的。制備微球的方法很多，如乳化法、相分離法、鹽析法、噴霧干燥法等，不同的制備方法得到的微球性質(zhì)也不同，其中乳化溶劑揮發(fā)法是常用的方法之一，它可分為單乳化及雙乳化兩類。方法的選擇又取決于聚合物和包埋物的特性，例如單乳化法適用于包裹疏水性物質(zhì)，雙乳化法適用于包裹親水性物質(zhì)，而且包裹同一種物質(zhì)，雙乳化法比單乳化法的包封率更高[7]。如果包埋物不溶于載體溶劑或者在連續(xù)相損失較大時，可采用固體/油/水乳化法(S/O/W法)；而像氫化可的松這類雖屬于疏水性的藥物但其在水溶液中也有明顯的溶解度，為了避免藥物損失，故可采用油/油法(O/O法)[8-9]。目前，制作PLGA微球最常用的方法是雙乳化溶劑揮發(fā)法(W/O/W法)，基本原理是將壁材(PLGA材料)分散于有機溶劑中(O相)，加入包埋物(內(nèi)水相W1)先制成初乳，然后加到與壁材不相溶的溶液(外水相W2)中制成復(fù)乳，再選擇合適的方法固化，揮發(fā)溶劑而成為微球，制備方法簡便[10]。

3 PLGA介導(dǎo)的分子影像學(xué)研究

3.1PLGA介導(dǎo)的超聲分子影像學(xué) 超聲分子影像學(xué)通常使用微泡作為造影劑通過血管途徑進(jìn)入靶組織來發(fā)現(xiàn)疾病早期的細(xì)胞和分子水平的變化，所以，微泡本身可作為一種血管追蹤劑用來觀察發(fā)生在血管的病理生理過程，如炎癥反應(yīng)、血栓形成和腫瘤血管新生的過程等[11]。國內(nèi)冉海濤等[10]采用W/O/W法以PLGA為材料成功制備了內(nèi)含氟烷氣體的新型微泡超聲造影劑，并通過動物實驗證實該造影劑安全有效、顯影效果好、持續(xù)時間長。而且通過對PLGA微泡表面進(jìn)行化學(xué)修飾引入大量活性功能基團，可制成靶向超聲造影劑，為疾病的早期診斷提供更有利的幫助[12]。超聲微泡分子顯像的價值不僅僅是在診斷方面，還在于治療方面。載有治療基因或藥物的微泡到達(dá)靶目標(biāo)后，超聲輻照可在特定空間(聚焦區(qū))和特定時間破壞微泡，產(chǎn)生空化效應(yīng)和熱效應(yīng)，使微泡爆破后釋放出基因或藥物進(jìn)入靶組織和器官，通過局部治療可以減少全身用藥的劑量和不良反應(yīng)。張亞萍等[13]自制載血卟啉高分子材料PLGA造影劑并聯(lián)合超聲聲動力療法治療小鼠H22肝癌皮下移植瘤，該實驗成功抑制了活體內(nèi)H22腫瘤生長，并促進(jìn)其凋亡，為聲動力抗惡性腫瘤提供了一種新的思路。

3.2PLGA介導(dǎo)的MR分子影像學(xué) MR分子影像學(xué)是建立在傳統(tǒng)MR成像技術(shù)基礎(chǔ)上的，以在MR圖像上可顯像的特殊分子作為成像標(biāo)記物，對這些分子在體內(nèi)進(jìn)行定位。但是，MR的敏感性較低，必須通過信號擴增系統(tǒng)才適于顯像。常用于MR成像的對比劑主要分兩大類，一類是非特異性細(xì)胞外造影劑，如釓順磁性螯合物；另一類是器官特異性造影劑，如超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide，SPIO)[14]。

但是，近年來關(guān)于MR造影劑引起不良反應(yīng)的報道越來越多，肝特異性造影劑不良反應(yīng)的發(fā)生率似乎比釓順磁性螯合物更高。為了解決這些問題，近年來國外文獻(xiàn)已成功將MR對比劑二乙三胺五醋酸釓(Gd-DTPA)和SPIO分別包裹入PLGA微球中，通過研究其理化特性及在動物體內(nèi)分布、降解等特點，證實其生物毒性很低，而且在1.5 T MRI上可以顯像，其顯像能力類似于單獨使用Gd-DTPA或SPIO成像[15-16]。Ao等[17]以內(nèi)含氟烷氣體的PLGA超聲微泡為載體成功地包裹了MR造影劑Gd-DTPA，制備了一種新型多模態(tài)造影劑，達(dá)到超聲與磁共振的雙重顯像。Anthony等[18]則將血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和Gd-DTPA同時包裹入PLGA微球中制備出多功能造影劑，有望實現(xiàn)疾病的診斷與治療同時進(jìn)行。Ratzinger等[19]則是在PLGA微球表面分別共價結(jié)合了Gd-DTPA與釓特酸葡胺(Gd-DOTA)，通過與球心包裹釓劑的PLGA微球相比，發(fā)現(xiàn)這種方法可以使水質(zhì)子更有效地與釓順磁性螯合物互動，從而提高弛豫性能。

3.3PLGA介導(dǎo)的核醫(yī)學(xué)分子影像學(xué) 核醫(yī)學(xué)分子成像技術(shù)是目前最成熟的分子顯像技術(shù)，其成像的基本原理就是將人體代謝所必需的物質(zhì)(如葡萄糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸等)標(biāo)記上短壽命的放射性核素(如18F、125I、99Tcm等)制成示蹤劑注入人體，由于人體不同組織的代謝狀態(tài)不同，所以這些被核素標(biāo)記了的物質(zhì)在人體各種組織中的分布也不同，通過檢測儀器將這些特點用圖像反映出來，從而對病變從分子水平進(jìn)行分析診斷[20]。因此，PLGA微球在核醫(yī)學(xué)分子影像學(xué)中的應(yīng)用就比較罕見。國內(nèi)華楠等[21]開發(fā)出了一種用125I標(biāo)記PLGA的新技術(shù)，并對新合成的標(biāo)記物性質(zhì)進(jìn)行了鑒定，得出此標(biāo)記物釋放γ射線，放射性活度和材料質(zhì)量成正比的結(jié)論，為PLGA材料在體內(nèi)的降解性能的研究提供了新方法。

3.4PLGA介導(dǎo)的光學(xué)分子影像學(xué) 光學(xué)分子成像是在對穿過生物組織的光子的光學(xué)信息探測的基礎(chǔ)上，通過引入合適的熒光探針，用特定波長的紅光激發(fā)熒光染料，使其發(fā)出熒光，或通過引入某些報告基因，使其表達(dá)產(chǎn)物自發(fā)產(chǎn)生熒光，再通過光學(xué)成像設(shè)備檢測發(fā)射出的熒光進(jìn)行成像。Xu等[22]和Yvonne等[23]則將熒光染料包裹進(jìn)PLGA納米微泡中制備出一種能夠?qū)崿F(xiàn)超聲和光學(xué)雙重顯像的多模態(tài)造影劑。而國內(nèi)熊小強等[24]則以PLGA微球為載體包裹光敏劑四間羥基苯基二氫卟酚(m-THPC)，并研究了其在體外光動力治療肝癌的效果，通過實驗證實了PLGA-mTHPC納米型光敏劑不僅能提高腫瘤細(xì)胞的光動力治療的效果，還能減低光敏藥物的不良反應(yīng)。

4 結(jié) 語

上述4種分子影像學(xué)技術(shù)在臨床中的應(yīng)用可謂是各具優(yōu)勢，MR分子影像學(xué)時間、空間分辨力高，同時還可獲得三維解剖結(jié)構(gòu)及生理信息，這些正是超聲、核醫(yī)學(xué)及光學(xué)分子成像的弱點，但MR敏感性較低；超聲分子影像學(xué)花費低而且可實時觀察；核醫(yī)學(xué)分子成像靈敏度高，在顯示體內(nèi)生理代謝及分子水平的變化而言是最敏感也是最成熟的技術(shù)；活體光學(xué)成像則憑借操作簡便及直觀性成為研究小動物活體成像的一種理想方法。但是，如今單一的成像模式已經(jīng)無法滿足臨床診斷的需求，所以，目前分子影像學(xué)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，即研發(fā)更完善的成像設(shè)備及更合適的分子探針。

由于PLGA具有良好的生物相容性、生物可降解性、藥物釋放可控性、生物體內(nèi)半衰期長及顯影效果好等優(yōu)勢，PLGA介導(dǎo)的分子影像學(xué)不僅可以使人們更好地在分子水平上理解疾病的發(fā)生、發(fā)展，而且許多疾病有望在分子水平得到治療，同時還能夠在最短的時間內(nèi)得到治療的反饋信息，對治療效果的監(jiān)測亦十分有意義，所以，作者相信PLGA介導(dǎo)的分子影像學(xué)未來的應(yīng)用會更廣泛。

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