基于腫瘤治療及超聲分子成像一體化的靶向診療體的研究進(jìn)展

邢玲溪，杜聯(lián)芳

·專(zhuān)家論壇·

基于腫瘤治療及超聲分子成像一體化的靶向診療體的研究進(jìn)展

邢玲溪，杜聯(lián)芳

隨著越來(lái)越多的研究者注意到靶向納米或微米載體在荷載藥物、改善影像學(xué)診斷的質(zhì)量、增加影像學(xué)診斷方式上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，靶向診療體的發(fā)展也越來(lái)越完善，如果靶向納米載體同時(shí)具有治療和顯像兩種功能，則可實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向性的診療一體化，這無(wú)疑是未來(lái)新的發(fā)展方向。其基本結(jié)構(gòu)為有機(jī)、無(wú)機(jī)以及雜化的納米材料，內(nèi)部包載化療藥、siRNA、水解酶等，或者修飾金、鉑等重金屬，表面枝接靶向識(shí)別腫瘤細(xì)胞或腫瘤新生血管的特異性分子，實(shí)現(xiàn)靶向給藥或者靶向熱療等。同時(shí)，作為超聲對(duì)比增強(qiáng)劑，能夠透過(guò)毛細(xì)血管間隙進(jìn)入組織間質(zhì)，通過(guò)表面修飾的特異性分子與腫瘤細(xì)胞或間質(zhì)組織靶向結(jié)合，極大地增加了在腫瘤部位的蓄積，使得超聲造影的效果明顯強(qiáng)化。本文根據(jù)納米載體的結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行簡(jiǎn)要的分類(lèi)和總結(jié)。

1 有機(jī)聚合物納米載體

有機(jī)聚合物納米粒子多采用聚乙二醇（mPEG）、聚乳酸羥基乙酸（PLGA）、多聚賴(lài)氨酸（PLL）、聚乙丙交酯及甲基丙基酰胺等構(gòu)成納米粒子或囊泡，內(nèi)部充填空氣或四氟化碳等，表面修飾多為RGD、抗體及多肽等生物活性分子。mPEG能夠使納米粒子的周?chē)纬梢粚铀?，增?qiáng)了水溶性，延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間；PLGA是多種代謝快、副作用大的藥物的緩釋載體；PLL富含游離氨基，能夠枝接大量的特異性抗體、多肽以及氨基酸類(lèi)配體。Duan等成功制備聚乙二醇-聚乳酸羥基乙酸-多聚賴(lài)氨酸（mPEG-PLGA-PLL）三嵌段納米粒子，已經(jīng)在體內(nèi)和體外的多種腫瘤模型中驗(yàn)證了優(yōu)良的性能，粒徑150～200nm，能夠有效透過(guò)毛細(xì)血管間隙且不被肝脾大量攝取，同時(shí)不被快速代謝。在正常兔腎臟以及胰腺癌裸鼠移植瘤模型中表現(xiàn)出良好的超聲增強(qiáng)效果。已經(jīng)證實(shí)cRGD標(biāo)記的mPEG-PLGA-PLL能夠使乳腺癌細(xì)胞攝取更多的熒光素，在裸鼠移植瘤模型中能夠使熒光持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間，藥代動(dòng)力學(xué)也證實(shí)mPEG-PLGA-PLL能夠使藥物半衰期延長(zhǎng)、清除率降低、平均抵抗時(shí)間延長(zhǎng)，與對(duì)照組相比，腫瘤生長(zhǎng)被抑制同時(shí)并無(wú)顯著的毒性。mPEG-PLGA-PLL載siRNA在前列腺癌，載蟾毒靈在結(jié)腸癌，載順鉑在卵巢癌中顯示了良好的療效。同時(shí)，進(jìn)一步研究其細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和攝取機(jī)制發(fā)現(xiàn)，mPEG-PLGA-PLL納米粒子的攝取具有明顯的時(shí)間、濃度以及能量依賴(lài)性，主要通過(guò)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞被細(xì)胞攝取。Meng等利用PLGA聚合物納米囊泡，內(nèi)部包載阿霉素，同時(shí)充填四氟化碳，粒徑大小約500nm，在兔的VX2鱗癌肝臟移植瘤模型中證實(shí)了超聲造影以及抗腫瘤的效果。Jian等將PLGA內(nèi)包載微粒狀印度墨汁及液態(tài)的全氟己烷（沸點(diǎn)56℃），粒徑（472.5±78.01）nm，對(duì)紅外激光敏感，可用于光聲成像及光熱治療，全氟己烷受800nm紅外激光照射后溫度迅速升高，產(chǎn)生大量氣泡，增強(qiáng)了超聲造影效果。聚乙丙交酯納米生物相容性好、可降解、易于表面修飾，Lee等在其內(nèi)部包載碳酸鈣，表面修飾靶向結(jié)合神經(jīng)母細(xì)胞瘤表面煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）的狂犬病病毒糖蛋白（RVG）肽，神經(jīng)母細(xì)胞瘤部位呈酸性pH≤5，此環(huán)境下碳酸鈣分解產(chǎn)生二氧化碳，能夠起到超聲對(duì)比劑的作用，并且他們的研究還表明該載碳酸鈣的靶向納米粒子還產(chǎn)生了良好的治療效果，潛在的機(jī)制尚不清楚。

2 有機(jī)綴合物納米載體

此類(lèi)納米載體多由白蛋白、磷脂等通過(guò)共價(jià)結(jié)合或自身組裝形成，并非前述的聚合物。內(nèi)部載藥和修飾方法與聚合物相同，容易形成納米級(jí)囊泡。如Yao等制成包載全氟丙烷的磷脂納米囊泡，納米大小在500～600 nm，超聲造影的效果可與聲諾維媲美，而HIFU消融的效果明顯強(qiáng)于聲諾維。同樣的納米囊泡在Yang等的試驗(yàn)中表面枝接了生物素化的抗-ErbB2抗體，可以靶向結(jié)合到表皮生長(zhǎng)因子受體2高表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞，進(jìn)一步增強(qiáng)了造影峰值的灰度值并且具有靶向給藥的潛能。

3 無(wú)機(jī)納米載體

這類(lèi)納米粒子由多孔二氧化硅及石墨烯等構(gòu)成，其中多孔硅材料的研究比較熱門(mén)。內(nèi)部載藥為阿霉素等化療藥，靶向性的實(shí)現(xiàn)可以選擇腫瘤細(xì)胞表面的特異性靶點(diǎn)，也可以靶向于腫瘤的酸性和還原性環(huán)境。Chen等一直致力于多孔硅納米粒子的研究，多孔硅具有比表面積大、比孔容積大、孔徑可調(diào)并且大小均一、質(zhì)量密度低且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等多種優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部空間大可以高效地荷載全氟烴類(lèi)或治療藥物，而且目前在多孔硅表面修飾金屬或無(wú)機(jī)納米結(jié)晶的方法也已經(jīng)成熟（如金、含鐵氧化物等）。具有輔助超聲造影效果的多數(shù)內(nèi)部包載全氟己烷，同時(shí)這類(lèi)納米載體通常在表面修飾金顆粒、氧化鐵及放射性核素等，達(dá)到超聲、光聲、CT、MRI及PET等多模態(tài)成像。還可包載三硫化二鉍、二氧化鈦及二硫化鉬等。用于腫瘤治療時(shí)可在內(nèi)部包載阿霉素等化療藥，修飾金顆粒者由于紅外吸收可進(jìn)行熱療，且熱療效果為主。充入全氟己烷者可進(jìn)行高效HIFU消融。表面修飾除采用肽類(lèi)、葉酸外，常見(jiàn)的還有二硫化透明質(zhì)酸，遇腫瘤部位的還原性環(huán)境則由交聯(lián)變?yōu)榻饨宦?lián)，內(nèi)部藥物才能釋放出來(lái)，也有靶向于腫瘤部位酸性環(huán)境，遇酸則釋放陽(yáng)離子。

4 載藥微泡系統(tǒng)或載藥納米-微泡系統(tǒng)

納米-微泡系統(tǒng)是目前診療一體化研究最多，種類(lèi)最復(fù)雜的一類(lèi)診療體。共同特點(diǎn)是載藥納米附著在微泡表面、包于微泡內(nèi)部或者納米本身構(gòu)成了微泡壁。微泡可由白蛋白、磷脂及卟啉等構(gòu)成，也可到達(dá)靶部位之后產(chǎn)生，該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向給藥、增強(qiáng)超聲造影，還可以通過(guò)超聲靶向微泡破壞（UTMD）技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲介導(dǎo)的藥物被動(dòng)靶向遞送，不同的納米-微泡系統(tǒng)還有各自的特點(diǎn)，通過(guò)包載特定的成分可以實(shí)現(xiàn)多模態(tài)成像，多手段治療。如Moon等將白蛋白紫杉醇納米粒子共價(jià)結(jié)合到磷脂和卟啉綴合物構(gòu)成的微泡表面，可進(jìn)行超聲造影效果及光聲成像。治療方面，于腫瘤局部用一個(gè)40 MHz超聲探頭（Visualsonics Vevo 770 Imaging System、Toronto、Canada）在微泡破壞模式下輻照10 min，引起白蛋白紫杉醇的大量釋放。而Wang等制成的脂質(zhì)微泡包載siRNA微膠束，在低強(qiáng)度超聲輻照下即可產(chǎn)生空化效應(yīng)。相似的研究出現(xiàn)在Yoon和Cool等制備脂質(zhì)粒子-磷脂微泡復(fù)合體的研究中，脂質(zhì)粒子可以包載各種化療藥特別是脂溶性化療藥，表面還可修飾識(shí)別癌細(xì)胞的靶標(biāo)，主動(dòng)識(shí)別靶細(xì)胞。UTMD的應(yīng)用使得磷脂微泡破壞，打開(kāi)物理屏障，促進(jìn)載藥脂質(zhì)粒子的滲透和攝取，治療的過(guò)程可在微泡強(qiáng)化的超聲引導(dǎo)下進(jìn)行。Chang等的載藥脂質(zhì)微泡中引入氧氣，不僅有助于克服卵巢癌的缺氧性化療耐受，而且可作為超聲對(duì)比劑并輔助UTMD，這為很多乏氧性腫瘤的治療提供了新的思路。

除了白蛋白、磷脂微泡外，納米粒子本身也可以作為微泡壁，如Morch等用PEG化的氰基丙烯酸烷酯聚合成納米粒子，然后該納米粒子通過(guò)震蕩能夠形成微泡，內(nèi)部充填空氣，納米粒子本身則構(gòu)成了微泡的外殼。Eggen和他的研究團(tuán)隊(duì)也合成了聚乙二醇-聚氰基丙烯酸正丁酯，在形成微泡時(shí)加入胎牛血清白蛋白震蕩，納米粒子自我組裝成內(nèi)充空氣的微泡，微泡大小與震蕩速度有關(guān)。由此形成的微泡取得了良好的超聲造影效果，增加聲強(qiáng)聲壓，微泡可以爆破，起到UTMD的效果，促進(jìn)本身作為微泡壁的納米粒子滲透過(guò)毛細(xì)血管并增加細(xì)胞的攝取。在氰基丙烯酸烷酯納米粒子內(nèi)部還可以包載脂溶性化療藥、熒光指示劑以及含鐵氧化物，實(shí)現(xiàn)腫瘤化療以及磁共振成像，這種形成微泡的方法通過(guò)一步乳化法就可完成并且成本低，也就是載藥的氰基丙烯酸烷酯納米-微泡系統(tǒng)有望成為很有前景的可進(jìn)行超聲造影和磁共振引導(dǎo)下藥物靶向遞送的診療一體化載體。

前述系統(tǒng)合成結(jié)束即具有微泡結(jié)構(gòu)，而Gao、Rapoport與Ji等進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，將生物可降解的聚乙二醇-聚乳酸納米膠束或聚乙二醇-聚己內(nèi)酯納米膠束內(nèi)部包載氣液轉(zhuǎn)換機(jī)全氟戊烷，并包載阿霉素，物理加溫時(shí)，全氟戊烷氣化形成納米級(jí)囊泡，進(jìn)一步聚集成微泡，繼續(xù)實(shí)施UTMD促進(jìn)藥物靶向遞送。此方法的包封率及加熱后全氟戊烷的釋放率均達(dá)到90%以上，該實(shí)驗(yàn)甚至還認(rèn)為載藥納米膠囊的液氣轉(zhuǎn)換以及形成的囊泡的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物與全氟戊烷的體積比來(lái)控制。同樣應(yīng)用全氟戊烷產(chǎn)生微泡的還有Lee等的研究，采用聚乙二醇-白蛋白聚合物，包載順磁性氧化鐵、紫杉醇以及液態(tài)全氟戊烷，與前不同的是，Lee通過(guò)超聲觸發(fā)全氟戊烷的氣化而非通過(guò)物理加溫，改納米-微泡系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是，活體應(yīng)用時(shí)，可在體溫狀態(tài)下穩(wěn)定存留10 d之久。

5 展望

綜合來(lái)看，腫瘤治療及超聲分子成像一體化的靶向診療體的關(guān)鍵點(diǎn)有基本外殼、內(nèi)部載藥及表面修飾；其次為成像方式和治療手段的多樣化，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)成像和綜合治療。分散而論，靶向包括生物活性分子與腫瘤細(xì)胞的主動(dòng)靶向以及超聲局部輻照、激光局部照射的被動(dòng)靶向。常見(jiàn)靶點(diǎn)有áva3、葉酸受體、表皮生長(zhǎng)因子受體、E-選擇素、P-選擇素、細(xì)胞間黏附分子（ICAM-1）或血管細(xì)胞間黏附分子（VCAM-1）等或者通過(guò)滲透滯留效應(yīng)，白蛋白親和胰腺癌間質(zhì)等，靶向到腫瘤細(xì)胞、腫瘤間質(zhì)或腫瘤新生血管，或者是對(duì)腫瘤部位的酸性環(huán)境、還原性環(huán)境敏感。治療及輔助治療方式有載藥并緩釋、HIFU、光熱治療及UTMD促進(jìn)藥物滲透等。成像方式除超聲造影外，還可輔助CT、MRI、放射性核素成像、光聲成像、熱成像等?？傊?，腫瘤靶向治療及超聲分子成像的一體化使得腫瘤治療的方式變得多樣化，取得了令人矚目的成就，不同的診療體各具優(yōu)勢(shì)，但研究較多集中在乳腺癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、卵巢癌及肺癌等，而對(duì)一些難治性腫瘤如胰腺癌、雄激素抵抗型前列腺癌的研究相對(duì)較少，也許是將來(lái)研究的側(cè)重點(diǎn)。（參考文獻(xiàn)略，讀者需要可向編輯部索?。?/p>

10.3969/j.issn.1671-0800.2016.03.001

R445.1

C

1671-0800（2016）03-0281-03

2016-02-15

（本文編輯：姜曉慶）

200080上海，上海市第一人民醫(yī)院

杜聯(lián)芳，教授，博士生導(dǎo)師；中國(guó)醫(yī)學(xué)影像研究會(huì)器官移植超聲專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員，中華醫(yī)學(xué)會(huì)上海超聲專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員，上海超聲專(zhuān)業(yè)委員會(huì)腹部學(xué)組組長(zhǎng)；獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)；獲上海市醫(yī)學(xué)科技二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲省級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)2項(xiàng)；在各級(jí)學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文100余篇，其中SCI收錄論文14篇。主編超聲造影專(zhuān)著1部。Email：Du_lf@163.com