相變納米造影劑聯(lián)合HIFU應(yīng)用研究進展

伍學翠，趙 云，劉朝奇

(三峽大學醫(yī)學院，湖北 宜昌 443002)

HIFU現(xiàn)已應(yīng)用于臨床治療多部位良、惡性實體腫瘤與非腫瘤病變，具有安全性和可行性[1-2]。與既往治療腫瘤的方式(如手術(shù)、放療、化療等)不同，HIFU是在體外將低能量超聲波聚焦于固定靶點，利用熱效應(yīng)、空化效應(yīng)等誘導目標區(qū)域組織消融壞死，具有微創(chuàng)、無輻射、患者痛苦小和術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點。但HIFU治療深部組織時存在聲能衰減、血液循環(huán)帶走的熱量影響凝固性壞死的發(fā)生、對周圍正常組織有損傷等問題[3]，限制了其在臨床的應(yīng)用。相變納米造影劑又稱納米液滴，是一種多功能、多模態(tài)分子探針，具有分子粒徑小(100～300 nm，可自由穿過腫瘤血管內(nèi)皮間隙到達組織內(nèi)部)、載藥量高、靶向性好、存留時間長及性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，可用于疾病的早期診斷與治療，并有望成為HIFU治療的良好增效劑[4]。本文對相變納米造影劑聯(lián)合HIFU的應(yīng)用研究進展進行綜述。

1 相變納米造影劑聯(lián)合HIFU的增效機制

1.1 增強熱效應(yīng) HIFU主要利用熱效應(yīng)治療腫瘤，以高溫致腫瘤組織熱消融壞死，從而達到治療目的。Phillips等[5]利用十氟丁烷和十二氟戊烷制備的雙氟碳納米液滴在組織模型中觀察HIFU的治療效果，結(jié)果表明，與單純HIFU治療組相比，聯(lián)合普通微泡和納米液滴組靶點區(qū)域的溫度分別提高16.9%和37.0%：當普通微泡濃度達0.05 μl/ml時，所產(chǎn)生的損傷主要發(fā)生在模型表面，而并非靶點中心；將納米液滴濃度增加至0.1 μl/ml，在模型中的損傷仍位于靶點周圍。Moyer等[6]制備了雙氟碳納米液滴，通過靜脈注射納米液滴或微泡造影劑后5、15、95 min，利用MR引導HIFU照射大鼠肝臟，同時測量治療期間靶點區(qū)域溫度變化及消融區(qū)域大小，與微泡相比，納米液滴可顯著增強靶區(qū)的熱傳遞，縮短HIFU的治療時間，而不增加皮膚灼傷的風險。因此，納米液滴用于增強HIFU熱效應(yīng)更安全，且有較好的增強靶區(qū)熱沉積，同時可縮短治療時間。

1.2 增強空化效應(yīng) 與增強熱效應(yīng)相比，超聲治療利用空化效應(yīng)誘導腫瘤細胞凋亡已成為研究熱點。然而人體自身軟組織和血液內(nèi)能產(chǎn)生的空化核數(shù)量有限。作為一種有效的空化核，微泡造影劑可降低誘導生物效應(yīng)所需的能量[7]。靶向相變納米造影劑具有時間特異性和空間特異性，可以到達特定靶組織或靶器官，且長時間在病灶組織內(nèi)聚積，產(chǎn)生更穩(wěn)定的空化核，可有效增強HIFU的治療效果。Zhang等[8]利用白蛋白包裹十二氟戊烷制成納米液滴，證明氣化的納米液滴可降低凝膠模型中形成慣性空化(inertial cavitation， IC)的閾值；納米液滴聯(lián)合HIFU可提供更多的空化核，縮短治療時間，加速HIFU介導的熱效應(yīng)，增強治療潛能。

1.3 精準定位及顯影 未氣化前，相變納米造影劑信噪比低，顯影效果差；采用適當方式使其氣化，可顯著提高反向散射頻率的回波信號，增強回聲，提高對比增強的效果，使病灶圖像更清晰。相變納米造影劑可用于HIFU治療的準確定位，在提高HIFU治療效果的同時避免損傷周圍正常組織[5-6]。

1.4 協(xié)同作用 研究[9]表明，HIFU在作為治療性超聲的同時還能增強靶向載藥微泡對藥物的釋放。HIFU用于治療時，往往不能將腫瘤細胞完全消融，殘余的腫瘤細胞易導致腫瘤復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移。Zhang等[10]以聚乳酸-羥基乙酸共聚物為材料，制備攜載氨甲蝶呤的多功能納米液滴，通過將單克隆抗體-HLA-G綴合到納米液滴表面，聯(lián)合HIFU治療接種絨毛膜癌的裸鼠，證實納米液滴介導的氨甲蝶呤具有輔助殺滅HIFU治療后的殘余腫瘤細胞、防止復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移的效果。相變納米造影劑與HIFU協(xié)同，在腫瘤治療方面具有很高的應(yīng)用價值。

2 制備增效HIFU相變納米造影劑的材料

目前HIFU治療時主要通過超聲或MRI進行監(jiān)測。納米液滴主要通過聲致相變、光致相變、磁致相變的方式激發(fā)[11]，在原位發(fā)生液-氣相轉(zhuǎn)換，同時能在增強CT、MRI、超聲、光聲成像等多種影像學檢查中顯影。Zhao等[12]制備帶有超順磁性氧化鐵納米顆粒，發(fā)現(xiàn)其在高溫作用下可發(fā)生相變，具有MRI和超聲顯像的雙模態(tài)顯影功能，在體內(nèi)外實驗中采用近紅外光誘導，可達到增強腫瘤消融的效果。相變納米造影劑的雙模態(tài)及多模態(tài)顯影功能可為多種影像學檢查技術(shù)的交叉融合奠定基礎(chǔ)。

研究[13]表明，全氟碳化合物是用于制備納米液滴核心的理想化合物。全氟碳化合物屬于惰性液體乳劑，具有高分子量、小劑量、無毒的特性，不溶于水，表面張力低，可在循環(huán)中穩(wěn)定存在。不同的全氟碳化合物在體內(nèi)穩(wěn)定持續(xù)的時間亦不同[14]，故可將其用于在靶部位聚積和載藥時持續(xù)釋放藥物。有研究[15]發(fā)現(xiàn)以不同殼膜制備納米液滴影響其在體內(nèi)存留的時間。目前多選用白蛋白、脂質(zhì)和高分子材料作為殼膜材料，但這些材料在使用時需有機溶劑進行溶解，未清洗干凈的有機溶劑進入體內(nèi)會產(chǎn)生生物毒性。殼聚糖(chitosan， CS)是一種天然存在的氨基酸多糖，可被生物體內(nèi)的溶菌酶降解，具有無毒、生物相容性、生物降解性等特點[16]，是藥物遞送和基因治療的良好載體。Yang等[17]成功將CS衍生物羧甲基己?；鵆S(carboxymethyl hexanoyl chitosan， CHC)與超順磁性氧化鐵納米粒子相結(jié)合，分別用于超聲和MRI包裹疏水性抗腫瘤藥物特異性治療腫瘤。另有研究者[18]利用介孔二氧化硅制備納米液滴殼膜，取得了一定成果。

3 相變納米造影劑聯(lián)合HIFU的靶向治療

納米液滴可用于疾病的早期診斷與治療。經(jīng)靜脈注射后，納米液滴主要通過被動靶向和主動靶向聚積至靶區(qū)。被動靶向納米液滴未經(jīng)修飾處理，目前研究最廣泛的為聲輻射力法(如超聲微泡靶向破壞技術(shù))和微磁靶向(將超順磁性顆粒連于納米液滴殼膜表面，用外界磁場作用使納米液滴聚集至靶區(qū))。主動靶向是于納米液滴殼膜表面連接分子特異性配體或抗體，與靶器官或組織上的受體結(jié)合，達到特異性靶區(qū)顯影。研究者[19-20]通過一系列體內(nèi)外實驗證實了相變納米造影劑的靶區(qū)顯影效果，選擇具有分子量小、低毒性、穩(wěn)定性好、高度靶向性及低免疫原性配體或抗體是其中的關(guān)鍵[21]。Marshalek等[20]制備載葉酸受體的靶向性納米液滴，分別將其與乳腺癌細胞MDA-MB-231和MCF-7以1∶1的比例共同溫育1 h，然后進行超聲波處理(9 MHz，機械指數(shù)1.0或1.5)，用于共聚焦顯微鏡成像，結(jié)果顯示，MDA-MB-231細胞內(nèi)的靶向性納米液滴濃度是非靶向性納米液滴的45倍，細胞內(nèi)MCF-7增加了7倍，表明靶向性納米液滴具有精準的細胞內(nèi)成像或治療性遞送效果。

Ashida等[22]用載阿霉素的納米液滴聯(lián)合脈沖高強度聚焦超聲治療接種大腸癌的小鼠2周，連續(xù)觀察30天，發(fā)現(xiàn)4只小鼠中的3只無明顯腫瘤再生現(xiàn)象，提示該技術(shù)或有可望用于局部治療晚期腫瘤。Zhang等[23]采用攜多柔比星(doxorubicin， DOX)的納米液滴進行體內(nèi)外實驗，發(fā)現(xiàn)在HIFU暴露下，納米粒子發(fā)生液-氣相變，具有同時增強超聲和光聲成像的功能，在監(jiān)測腫瘤治療的同時可局部釋放藥物DOX，同時實現(xiàn)靶組織的凝固性壞死，有利于增強局部抗腫瘤效果。用于靶向治療的腫瘤歸巢肽是目前的研究熱點，新型腫瘤靶向肽iRGD可特異性靶向腫瘤ανβ3陽性細胞。Deng等[24]制備聯(lián)合靶向肽iRGD的脂質(zhì)納米液滴并攜載DOX，發(fā)現(xiàn)其與HIFU聯(lián)合具有協(xié)同抗腫瘤效應(yīng)。多功能納米液滴和HIFU聯(lián)合應(yīng)用具有降低納米液滴的不良反應(yīng)和增強療效的作用，同時還為局部治療晚期難治性腫瘤及腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移[10]提供了新的方法及思路。

如何安全有效地將藥物遞送至中樞神經(jīng)系統(tǒng)是目前研究的熱點和難點。由于血腦屏障(blood brain barrier, BBB)的存在，靜脈給藥或口服給藥后通過BBB到達中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥物十分有限，降低了治療效果。聚焦超聲聯(lián)合微泡可有效開放BBB，起到藥物遞送作用[25]，但均會對腦組織造成不同程度損傷[26]。Cherry等[27]制備含脂質(zhì)殼成分的微泡和以全氟丁烷為核心的納米液滴，發(fā)現(xiàn)在HIFU作用下，BBB的通透性增加，與普通微泡相比，納米液滴所需的壓力閾值更高，空化閾值更低、更穩(wěn)定，提示納米液滴聯(lián)合聚焦超聲可開放BBB，從而將藥物有效遞送至中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

4 問題與展望

相變納米造影劑聯(lián)合HIFU用于治療疾病涉及多學科、多領(lǐng)域，雖然已經(jīng)取得了一定研究進展，但目前對相變納米造影劑聯(lián)合HIFU的應(yīng)用仍有許多亟待解決的問題：相變納米造影劑制備技術(shù)復(fù)雜，工藝不一，制備材料和方法目前還處于實驗研究階段；HIFU輻照參數(shù)未完全統(tǒng)一，設(shè)置不當會引起組織損傷，需進一步優(yōu)化；相變納米造影劑的安全劑量也尚未確定。對于相變納米造影劑聯(lián)合HIFU的應(yīng)用還需更進一步的深入研究。