負載131I骨水泥行經皮椎體成形術治療兔椎體腫瘤的初步實驗研究

王剛剛， 倪才方， 陳 瓏， 章 斌， 楊 超， 張 帥， 阮程華

經皮椎體成形術 （percutaneous vertebroplasty，PVP）能有效加固病變椎體并快速緩解疼痛，近年來已被廣泛應用于疼痛性骨質疏松性椎體壓縮骨折及溶骨性椎體腫瘤的治療［1］。但PVP針對椎體良惡性病變的療效并不一致，其治療良性病變的中遠期止痛療效明顯優(yōu)于惡性病變［2-3］。PVP主要通過加固病變椎體，恢復椎體生物力學性能，以及減少骨折對椎體內神經末梢的刺激，達到止痛目的［3-4］。盡管有學者提出，PVP術中所用骨水泥單體具有一定細胞毒性，同時其聚合時產生的高溫也具有抗腫瘤作用，可殺傷腫瘤細胞，但至今尚缺乏有效證據(jù)［3-4］。因此，如何聯(lián)合PVP與其他抗腫瘤方法，以達到既能持續(xù)抗腫瘤，又能加固椎體的雙重目的，已成為椎體腫瘤微創(chuàng)治療的熱點之一。長時間低劑量內放射治療可持續(xù)產生抗腫瘤作用，又對周圍正常組織損傷小，因此PVP聯(lián)合內放射治療被認為可能是未來治療椎體腫瘤最有前途的方法之一［5-6］。由于缺乏活體椎體腫瘤模型模擬臨床治療，所以此研究尚停留于正常動物實驗研究階段。本研究采用負載放射性核素131I的骨水泥針對兔椎體腫瘤模型行PVP治療，以初步探討PVP聯(lián)合內放射治療椎體腫瘤的安全性和有效性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物 新西蘭大白兔12只，體質量2.5～3.0 kg，VX2荷瘤兔，由蘇州大學實驗動物中心提供。實驗動物在接受相關手術操作及影像學檢查前禁食4 h，均采用地西泮1 mg耳緣靜脈推注+速眠新（0.2 ml/kg）肌內注射鎮(zhèn)靜麻醉。

1.1.2 主 要 實 驗 儀 器 及 藥 械 四 排 螺 旋 CT（Marconi Mx8000）；PET-CT（DSSTE 16，GE）；SPECT（SIEMENSSymbia T6）；17 G 穿刺套針（Angiotech）；18F-FDG（南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院PET／CT中心生產，美國GE公司加速器制作）；放射性碘化鈉溶液（131I，成都中核高通同位素有限公司）；地西泮（上海旭東海普藥業(yè)有限公司）；速眠新Ⅱ（軍事醫(yī)學科學院軍事獸醫(yī)研究所）。

1.2 方法

1.2.1 椎體腫瘤模型建立及分組 按文獻報道制備兔VX2瘤塊并建立兔椎體腫瘤模型［7-8］。用17 G穿刺套針穿刺兔下腰椎椎體，采用穿刺套針的內芯，將制備好的VX2瘤塊經穿刺外套針同軸送入椎體內，接種瘤塊。接種后3周行PET-CT掃描，見接種椎體骨質破壞，并有明顯18F-FDG核素濃聚征象，確認為椎體腫瘤造模成功，PET-CT下測定椎體腫瘤的18F-FDG核素標準化攝取值 （standard uptake value，SUV）。將12只建模成功動物隨機分為注射負載131I骨水泥行PVP組（實驗組）及單純注射骨水泥行PVP組（對照組），每組各6只實驗動物。

1.2.2 PVP治療過程 實驗動物麻醉后，俯臥位，四肢固定于CT診斷床上。CT定位下左側入路，以17 G穿刺套針經皮穿刺到腫瘤椎體內。再次CT掃描明確穿刺針尖位于病變椎體中央后，拔出套針內芯，注射骨水泥。PVP術中控制骨水泥使用總量約為0.5 ml。對照組單純注射骨水泥，實驗組將131I按1.5 mCi/kg的放射當量估算用量，測量131I放射當量后添加入骨水泥單體中與單體充分混勻，然后再與骨水泥粉劑混合至黏稠狀態(tài)后，注入椎體內行PVP治療。治療結束后，拔出穿刺針，壓迫止血，再次CT掃描觀察骨水泥的分布情況。收集所有可能沾染131I骨水泥的相關器械，如注射器及穿刺針等，行殘余放射當量檢測，以注射前測定的131I放射性當量總值減去注射后殘余放射當量，計算出實際注射到椎體內的131I放射當量。

1.2.3 影像、病理及實驗室檢查 每天2次觀察PVP術后各實驗動物的基本生物學行為。PVP術前1 d及術后4 d抽取實驗動物外周靜脈血，行血細胞計數(shù)檢查。實驗組動物于PVP術后第1、4、8天分別接受SPECT檢查，了解實驗動物體內的131I分布情況。然后所有動物再次接受PET-CT檢查，測定腫瘤椎體的SUV值。PET-CT檢查前的18F-FDG按放射劑量0.75 mCi/kg經兔耳緣靜脈注射。術后第8天處死所有實驗動物，取出病變椎體行HE染色切片觀察。

1.3 統(tǒng)計學方法

所有的統(tǒng)計學分析均使用SPSS17.0統(tǒng)計數(shù)據(jù)軟件包完成。采用配對t檢驗，分析實驗動物行PVP治療前后的血細胞計數(shù)結果差異是否有統(tǒng)計學意義；采用重復測量的方差分析，計算各組實驗動物PVP治療前后各時間點的椎體腫瘤SUV值是否存在統(tǒng)計學差異。數(shù)據(jù)以（x± s）表示，P ＜ 0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 一般情況

兩組動物都順利接受PVP治療。PVP術中，實驗組動物椎體腫瘤內實際注射的131I放射當量為（0.82 ± 0.14）mCi/kg， 每組動物中各有 2 只動物發(fā)生少量骨水泥滲漏至椎旁軟組織。所有實驗動物PVP后無急性癱瘓事件發(fā)生，后續(xù)觀察中，動物活動、進食無異常。

2.2 實驗動物PVP前、后的血細胞計數(shù)結果

實驗動物PVP治療前1 d及治療后4 d血細胞計數(shù)結果見表1。治療前后兩組實驗動物血細胞計數(shù)結果均差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表1 實驗動物PVP治療前、后血細胞計數(shù)結果 （x ± s）

2.3 實驗組動物治療后SPECT結果

實驗組動物PVP后的SPECT結果顯示，除甲狀腺區(qū)域有少量131I放射性核素濃聚外，131I主要濃聚在經治椎體內，于PVP后第1、4、8天檢查結果顯示，131I在體內分布無明顯變化（圖1）。

圖1 實驗組動物PVP后不同時間點SPECT圖

2.4 兩組動物治療前后PET-CT變化

實驗組和對照組椎體腫瘤在治療前、后各時間點的SUV值見表2。兩組實驗動物組間SUV值比較，差異有統(tǒng)計學意義（F=5 030.337，P=0.00），進一步兩兩比較，術前兩組之間無差異，術后各時間點之間兩兩比較差異均有統(tǒng)計學意義 （P＜0.05）。兩組實驗動物組內，治療前后各時間點的比較差異有統(tǒng)計學意義（F=423.792，P=0.00），其中實驗組治療后各時間點的SUV值均低于治療前，而治療后各時間點間差異無統(tǒng)計學意義（圖2）。對照組治療后第1天的SUV值低于其他各時間點，差異有統(tǒng)計學意義，其余各時間點比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表2 各組動物PVP前、后SUV值 （x±s）

2.5 病理結果

對照組動物術后HE染色切片見骨水泥周邊顯示部分腫瘤細胞壞死區(qū)。但其內仍可見散在片狀的核大、深染的腫瘤細胞。實驗組動物術后的HE染色切片，可見骨水泥周邊大量的無結構的腫瘤細胞壞死區(qū)，其內僅見少量點狀生長的腫瘤細胞，腫瘤細胞壞死區(qū)域明顯大于對照組。

3 討論

圖2 實驗組動物PVP治療前后PET-CT圖

PVP是近年來流行的治療椎體腫瘤的微創(chuàng)技術，但是因其缺乏持續(xù)抗腫瘤作用，因此中遠期止痛療效還有待進一步提高［1-3］。有學者嘗試聯(lián)合應用PVP和射頻消融（RFA）術或放射性粒子植入術治療椎體腫瘤，以期獲得抗腫瘤和加固椎體的雙重目的，其初步臨床療效也令人鼓舞［9-10］。但RFA治療屬腫瘤熱療法，可能會產生嚴重的神經熱損傷，有文獻報道其治療椎體腫瘤的神經熱損傷可高達24%［11］。放射性粒子價格昂貴，且需要多次穿刺椎體以植入粒子。此外，其尚需計算機輔助設計粒子植入位置，因此，所需設備復雜，治療成本較高［9］。骨水泥可負載化療藥物，是各種抗腫瘤藥物的良好載體［12］。近年有學者提出直接使用負載放射性核素的骨水泥行PVP治療椎體腫瘤，這樣，一次操作即可達到聯(lián)合PVP和內放射治療的雙重目的［5-6］。但由于缺乏活體椎體腫瘤模型，該研究一直停留在針對正常動物的實驗階段［6］。我們采用經皮穿刺法接種VX2腫瘤，成功建立了適合應用經皮穿刺技術的椎體腫瘤模型，在此基礎上研究利用骨水泥負載放射性核素行PVP的有效性和安全性，以期能夠更好地進行臨床前研究。本研究中實驗組的模型動物全部順利接受負載131I骨水泥的PVP治療，初步的結果表明該操作方法是可行的。

131I是臨床應用最早的放射性核素，其制備方便，價格低廉，物理半衰期約為8.1 d，主要發(fā)射β射線并伴有少量的γ射線［13］。β射線的射程短，僅為2~10 mm，這樣既能有效殺傷骨水泥周邊臨近腫瘤細胞，又不會對周圍正常器官造成損傷；而少量的γ射線又恰好可以進行SPECT全身顯像，以用于監(jiān)測核素在體內的分布情況，可達到治療和顯像的雙重目的，最近已有聯(lián)合口服131I和PVP治療甲狀腺癌骨轉移的相關研究報道［14］。PET-CT成像已被臨床大量用于評估惡性腫瘤接受放、化療后的療效。其需要在180°方向上同時接收能量為511 KeV的γ光子才能進行成像，臨床多用18F-FDG進行成像，以揭示腫瘤細胞的糖代謝異常［15］。而131I不能在180°方向上同時發(fā)射此能級的光子，因此不會對PET-CT圖像產生影響。

本研究結果證實，單純使用骨水泥的對照組，僅在PVP后1 d，椎體腫瘤的SUV值有一過性降低，后又逐步回升，表明PVP后腫瘤細胞代謝活性仍旺盛，PVP本身并不具備持續(xù)抗腫瘤作用。而PVP后1 d的短暫SUV值下降，則可能是骨水泥聚合時產生的高溫，以及部分骨水泥滲入到椎體血管內阻止了腫瘤局部血運，起到了類似血管栓塞的作用，從而對腫瘤細胞產生了短暫殺傷作用的結果，這也和文獻推測PVP的治療機制相一致［3-4］。而使用負載131I的骨水泥行PVP的實驗組，椎體腫瘤的SUV值則較治療前下降明顯，且數(shù)值持續(xù)穩(wěn)定，表明負載131I的骨水泥在被注射入椎體后，放射性核素可長久停留于局部以持續(xù)產生抗腫瘤作用，相關的病理結果也證實了實驗組的椎體腫瘤細胞在治療后第8天已大部壞死。文獻報道的131I全身使用的放射當量一般在1.5 mCi/kg左右［13-14］。本實驗中也按此劑量制備放射性核素，但扣除注射過程中的損耗，實際注射到動物體內的131I放射當量僅為（0.82 ± 0.14）mCi/kg，但即便如此，也取得了滿意的抗腫瘤療效，表明放射性核素的局部用藥療效是優(yōu)于全身用藥療效的，憑此也可進一步推測PVP聯(lián)合局部內放射治療是有其潛在優(yōu)勢的。

PVP術后，實驗動物進食及活動正常，無癱瘓，術前及術后4 d的血細胞計數(shù)結果無明顯變化，表明接受負載核素骨水泥的PVP治療后，實驗動物無急性神經放射損傷及骨髓抑制表現(xiàn)。文獻報道，負載放射性核素的骨水泥注射入椎體后，隨著骨水泥的凝固，大量的放射性核素也會隨之被封閉于骨水泥內部，而長期停留在椎體內，但既往研究僅局限于正常動物椎體中，而椎體腫瘤往往血供豐富，大量的血流是否會加速放射性核素析出，并使其更多地分布于正常組織臟器中，尚不得而知［6］。而本研究的結果表明，截止PVP后第8天，也就是131I的第1個半衰期內，放射性核素仍主要停留在椎體內部，而無明顯向其他正常組織移動征象，同時實驗動物術后顯示的甲狀腺核素分布，也無增加跡象。說明當131I與骨水泥一起被注射入椎體后，除少量在骨水泥凝固前可能從骨水泥中析出而進入到了循環(huán)系統(tǒng)外，絕大部分放射性核素都會隨著骨水泥的凝固，停留于骨水泥中，從而停留于椎體腫瘤內部持續(xù)發(fā)揮抗腫瘤作用，因此其并不會造成周圍正常臟器的放射損傷。至于骨水泥凝固前析出的少量放射性核素，可以考慮采取常規(guī)方法，在治療前服用碘劑封閉甲狀腺，以降低甲狀腺對131I攝取。本研究主要為觀察自然狀態(tài)下放射性核素在伴隨骨水泥被注入到椎體腫瘤后，其在全身各臟器的分布情況，因此未采取上述措施保護甲狀腺。

本研究旨在初步探討利用負載放射性核素131I的骨水泥行PVP治療椎體腫瘤的可行性、有效性和安全性，因此僅在131I的第一個半衰期內，也就是放射劑量最大的情況下，對該方法的有效性和安全性進行了探討，而未能系統(tǒng)、長期隨訪該方法治療椎體腫瘤的中、遠期療效，以及有可能引起的慢性放射損傷。同時，本研究使用的實驗動物樣本量也較小，主要考慮此為前期研究工作，如果初步的研究結果可行，可進一步擴大樣本量并長期隨訪觀察實驗動物的各項指標，從而為該方法的臨床應用積累更多的理論依據(jù)。本研究的初步研究結果表明，利用負載131I的骨水泥行PVP治療椎體腫瘤，操作可行，治療后短期結果安全、有效。

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