超聲微泡聯(lián)合靶向遞送系統(tǒng)在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

姚懿染，劉治軍

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科，遼寧 沈陽(yáng) 110004；*通信作者 劉治軍 liuzj1@sj-hospital.org

隨著精準(zhǔn)醫(yī)療的飛速發(fā)展，惡性腫瘤的治療策略已邁入多學(xué)科綜合治療和個(gè)體化治療的時(shí)代，基于分子水平的靶向治療是目前腫瘤治療研究的重點(diǎn)。靶向遞送系統(tǒng)的優(yōu)越性主要為低劑量選擇性濃集以減少非靶部位的積聚和毒副作用及耐藥反應(yīng)[1]。自20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)聲學(xué)微泡的空化效應(yīng)并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域起，聲學(xué)微泡從最初的成像造影劑發(fā)展到遞送載體，超聲微泡聯(lián)合靶向遞送系統(tǒng)在腫瘤治療中具有巨大的潛能。本文主要對(duì)超聲微泡及其聯(lián)合靶向遞送系統(tǒng)在腫瘤治療中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 超聲靶向微泡破壞技術(shù)（ultrasound-targeted microbubble destruction，UTMD）

UTMD將聲學(xué)微泡通過(guò)偶聯(lián)或包裹的方法結(jié)合藥物或基因，經(jīng)靜脈注入循環(huán)系統(tǒng)后利用超聲觀察靶向部位的聚集情況，并施以一定聲強(qiáng)的輻照破碎微泡，以達(dá)到靶向遞送及控釋的雙重作用。為了延長(zhǎng)微泡在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間、擴(kuò)大靶向范圍，聲學(xué)微泡逐步從微米級(jí)過(guò)渡到納米級(jí)，納米級(jí)聲學(xué)微泡可分為納米氣泡及納米液滴，液滴在生理?xiàng)l件下可經(jīng)超聲輻照蒸發(fā)為氣泡，兩者的局部藥物釋放機(jī)制和生物效應(yīng)相似[2-3]。

1.1 作用機(jī)制 不同強(qiáng)度的超聲輻照會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不同程度的影響，主要分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。非熱效應(yīng)是UTMD發(fā)揮作用的主要原理，包括空化效應(yīng)、聲孔效應(yīng)及聲輻射力等。其中，空化效應(yīng)是UTMD發(fā)揮作用的基礎(chǔ)，分為穩(wěn)態(tài)空化和慣性空化，而慣性空化是聲孔效應(yīng)的前提。UTMD的作用機(jī)制不僅包括微泡的直接改變，也涉及靶細(xì)胞及周圍血管的間接改變。在臨界強(qiáng)度的超聲輻照下，因穩(wěn)態(tài)空化而持續(xù)振蕩膨脹的微泡發(fā)生慣性空化，破裂釋放并在聲輻射力的作用下將運(yùn)載的藥物或基因推向靶部位。慣性空化也可作用于靶細(xì)胞和血管，破壞細(xì)胞膜的完整性。細(xì)胞膜上因慣性空化形成穿孔的現(xiàn)象稱為聲孔效應(yīng)，聲孔效應(yīng)既能讓微泡的運(yùn)載物進(jìn)入靶細(xì)胞，也能讓一些靶細(xì)胞直接裂解死亡。此外，穩(wěn)態(tài)空化刺激細(xì)胞內(nèi)吞、產(chǎn)生活性氧促Ca2+內(nèi)流，熱效應(yīng)使細(xì)胞膜通透性增高，均能提高細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)能力[3]。

1.2 基質(zhì)材料 理想的超聲微泡常需要具備以下條件：直徑＜8 μm（紅細(xì)胞直徑）；靈敏的靶向分布性；無(wú)毒且生物相容可降解；持久的穩(wěn)定性；回聲反射強(qiáng)而聲學(xué)效應(yīng)可控[4]。超聲微泡通常由低水溶性的氣液內(nèi)核和脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等成膜材料組成的相對(duì)穩(wěn)定的殼構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，為了豐富載藥種類和提高載藥量，經(jīng)過(guò)數(shù)十年對(duì)微泡結(jié)構(gòu)和材料的探索，目前，主流材料可分為脂質(zhì)類、有機(jī)聚合物和無(wú)機(jī)納米材料3類。

1.2.1 脂質(zhì)類 脂質(zhì)類微泡類似生物膜結(jié)構(gòu)，聲學(xué)響應(yīng)性強(qiáng)、包封率高、滲漏率低、制作流程相對(duì)簡(jiǎn)單、成本相對(duì)低廉，目前制備工藝已趨于成熟，是主流的成膜材料。脂質(zhì)體納米微泡的兩親特性可使親水性藥物和RNA包裹于囊泡中心或偶聯(lián)于殼外，也可容納疏水性藥物于殼層中[5]。單室脂質(zhì)體的包載量較小，而多室脂質(zhì)體的多層包載釋放在彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)的同時(shí)兼?zhèn)渚忈尶毓δ?；但單室脂質(zhì)體在包載小分子類核酸方面具有顯著優(yōu)越性，目前研究較多的是陽(yáng)離子脂質(zhì)微泡[6]。

1.2.2 有機(jī)聚合物 以白蛋白為代表的蛋白質(zhì)是另一種主流成膜材料，其余的天然聚合物包括多糖類的殼聚糖、海藻酸鹽、肝素等，合成聚合物主要有聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚己內(nèi)酯等。有機(jī)聚合物組裝的外殼穩(wěn)定性優(yōu)于脂質(zhì)體，而聲學(xué)響應(yīng)性有所降低。有機(jī)聚合物載體的結(jié)構(gòu)多樣，目前已出現(xiàn)的有納米粒[5]、膠束[7]、超支化大分子[8]和氣囊[9]等。

1.2.3 無(wú)機(jī)納米材料 此類材料具備良好的組織相容性、生物穩(wěn)定性、較高的反應(yīng)活性且能聯(lián)合其他影像技術(shù)進(jìn)行多模態(tài)成像，已成為近年研究的熱點(diǎn)。參與制備超聲微泡的無(wú)機(jī)納米材料主要有二氧化硅[10]、二氧化鈦[11]、碳納米管[12]等。

納米級(jí)微泡更易通過(guò)內(nèi)皮系統(tǒng)，且循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)、穩(wěn)定性強(qiáng)，然而其粒徑大幅降低也會(huì)導(dǎo)致聲學(xué)響應(yīng)性和包載率降低，而相變型納米液滴更具優(yōu)勢(shì)[13]。目前已出現(xiàn)各種基質(zhì)材料聯(lián)用的策略以增加微泡的生物相容性、壽命和裝載率[14-16]。此外，為了更好地降低生物毒性和免疫原性，提高循環(huán)時(shí)間，相關(guān)研究對(duì)微泡表面進(jìn)行改性修飾等處理，常見(jiàn)的修飾策略有聚乙二醇化、甘氨酸化、表面活性劑、聚合物氟化等[17]。

2 UTMD在腫瘤治療中的應(yīng)用

UTMD可以直接通過(guò)破損腫瘤組織的微血管壁，激活凝血機(jī)制誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)血管栓塞使腫瘤壞死以達(dá)到治療的作用[18]；其與其他靶向遞送系統(tǒng)聯(lián)用，可以有效延長(zhǎng)治療制劑在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間、提高靶向效率，從而提高治療效果。根據(jù)靶向遞送機(jī)制，可分為被動(dòng)靶向遞送系統(tǒng)（passive targeting delivery system，PTDS）、主動(dòng)靶向遞送系統(tǒng)（active targeting delivery system，ATDS）和生物物理靶向系統(tǒng)（biophysical targeting delivery system，BTDS）。

2.1 UTMD與PTDS聯(lián)用 PTDS應(yīng)用于腫瘤治療的原理主要依賴于實(shí)體腫瘤的增強(qiáng)滲透滯留效應(yīng)。UTMD與PTDS聯(lián)用可以使腫瘤相關(guān)免疫調(diào)節(jié)劑、化療藥物或小分子核酸在微泡的保護(hù)下沉積于腫瘤組織發(fā)揮作用。常瑞姣等[19]制備了載多西紫杉醇的脂質(zhì)微泡，并探究其對(duì)人高轉(zhuǎn)移肝癌細(xì)胞MHCC97-H荷瘤裸鼠體內(nèi)成瘤的抑制作用，發(fā)現(xiàn)超聲聯(lián)合載藥微泡組顯著誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡，發(fā)揮了多西紫杉醇的抗腫瘤效應(yīng)。然而，單核-吞噬細(xì)胞系統(tǒng)的清除作用在一定程度上制約了載體微粒的循環(huán)性，影響其發(fā)揮療效。于是，更具靶向性的聯(lián)用策略應(yīng)運(yùn)而生。

2.2 UTMD與ATDS聯(lián)用 ATDS在UTMD與PTDS聯(lián)用的基礎(chǔ)上，利用有分子特異性的靶向修飾載體進(jìn)行遞送并通過(guò)特異性識(shí)別結(jié)合聚集于靶部位。UTMD與ATDS聯(lián)合應(yīng)用的策略主要為：①改進(jìn)微泡外殼的成分，以便于附著在靶向部位的細(xì)胞上[20]；②將腫瘤表面相關(guān)的特異性配體如單克隆抗體、糖蛋白、多肽、核酸等與微泡外殼共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合，以觸發(fā)特異性受體介導(dǎo)的內(nèi)吞噬作用[21]；③將針對(duì)腫瘤生長(zhǎng)微環(huán)境設(shè)計(jì)的分子靶向藥物聯(lián)合，以控制其增殖和轉(zhuǎn)移。根據(jù)所修飾的靶向基團(tuán)的性質(zhì)，可分為抗體介導(dǎo)的和受體介導(dǎo)的主動(dòng)靶向制劑，主要包括針對(duì)表皮生長(zhǎng)因子受體家族、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體、胰島素樣生長(zhǎng)因子、整合素家族、白細(xì)胞分化抗原等的單克隆抗體。Hu等[22]制備血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2靶向負(fù)載CD-TK雙自殺基因的陽(yáng)離子納米級(jí)脂質(zhì)微泡，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該靶向微泡聯(lián)合UTMD可提高基因轉(zhuǎn)染效率、誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞凋亡。Li等[23]制備表面以碳二亞胺鍵共價(jià)連接PD-L1單克隆抗體并負(fù)載多西他賽的多功能脂質(zhì)微泡，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該靶向微泡聯(lián)合UTMD對(duì)非小細(xì)胞肺癌有協(xié)同抗腫瘤作用。王金萍等[24]制備抗載順鉑前胃泌素釋放肽單抗靶向納米微泡，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該靶向納米微泡具有良好的超聲分子顯像效果以及顯著的小細(xì)胞肺癌抑制作用。袁彥芬等[25]制備LHRH靶向相變型脂質(zhì)納米粒，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該微泡在低頻超聲輻照誘導(dǎo)下能有效提升靶區(qū)域藥物濃度，顯著增加卵巢癌細(xì)胞的凋亡率。

相較于PTDS，ATDS能更近距離地附著于靶細(xì)胞上，提高遞送率[26]，但存在諸多不足：微泡進(jìn)入腫瘤血管系統(tǒng)后，必須跨越不同的屏障才能到達(dá)并進(jìn)入腫瘤細(xì)胞；而靶向微泡將在內(nèi)皮屏障附近與首先接觸的腫瘤受體大量結(jié)合，其他部位的腫瘤滲透較少；此外，當(dāng)微泡載體中包含靶向部分，其免疫原性和血漿蛋白吸附性增加，血流循環(huán)時(shí)間、被動(dòng)靶向腫瘤的能力相應(yīng)降低[5]。

2.3 UTMD與BTDS聯(lián)用 BTDS是以生物物理手段作為聯(lián)合遞送方式的新型靶向遞送系統(tǒng)。目前主流的聯(lián)用方法有磁導(dǎo)向、溫度敏感、pH敏感、酶介導(dǎo)、栓塞靶向等。

目前，UTMD與BTDS聯(lián)合的主流策略主要有兩種：①聯(lián)合光、MRI、放射線等其他成像系統(tǒng)制備多模態(tài)成像功能性微泡，從而更高效地引導(dǎo)靶向匯聚并控釋；②根據(jù)機(jī)體的生理狀態(tài)和腫瘤的病理微環(huán)境設(shè)計(jì)環(huán)境響應(yīng)型微泡。唐芮等[27]制備癌細(xì)胞膜包被的光聲/超聲雙模態(tài)相變納米分子探針，體外實(shí)驗(yàn)表明該仿生納米探針具有良好的同源靶向能力和增強(qiáng)顯像效果，并有協(xié)同抗乳腺癌作用。Wang等[28]設(shè)計(jì)并制備表面嵌入超順磁性Fe3O4并包裹普魯士藍(lán)的聚合物微泡，用于超聲/核磁/光聲三模態(tài)顯像的同時(shí)，還能有效協(xié)同化療、光熱治療靶向應(yīng)對(duì)骨肉瘤的侵襲和緩解溶骨性病變，起到抗腫瘤的作用。Liu等[29]制備包載阿霉素的pH響應(yīng)型聚合物納米粒，并通過(guò)體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其聯(lián)合UTMD對(duì)原位胃癌的靶向能力、成像功能和抗腫瘤作用。

3 小結(jié)與展望

多模態(tài)多功能微泡為腫瘤的靶向診斷與精準(zhǔn)治療開(kāi)辟了新的思路[30]。納米液滴和微泡受反復(fù)超聲輻照可發(fā)生重復(fù)相變，增強(qiáng)顯像和遞送的同時(shí)減少細(xì)胞的損傷等[3]。然而這種聯(lián)合系統(tǒng)目前面臨諸多挑戰(zhàn)：微泡的制備需要多學(xué)科交叉協(xié)作；超聲輻照的參數(shù)個(gè)體化差異較大，最佳的參數(shù)仍需進(jìn)一步探索；相關(guān)研究目前仍處于臨床前階段。其中，聲學(xué)微泡的穩(wěn)定性和包載量尤為關(guān)鍵，仍有很大的進(jìn)步空間，聚焦的問(wèn)題主要有粒徑和材料的優(yōu)化。仿生超聲造影劑的出現(xiàn)為制備兼具靶向性和生物安全性的微泡提供新的研究方向[31]。雖然不同材料、不同尺度的微泡聯(lián)用可達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但制備上的挑戰(zhàn)以及微泡的粒徑和包載量的矛盾、包載方式與遞送率及后續(xù)療效的影響等問(wèn)題亟待解決，但以納米級(jí)靶向載體為遞送系統(tǒng)在腫瘤基因-化療協(xié)同免疫治療的“雞尾酒療法”[32]中極具前景。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

志謝 本研究得到中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科的協(xié)助