載藥栓塞材料在肝癌治療中的應(yīng)用

石欽 周晨 劉家成 黃松江 楊崇圖 熊斌

原發(fā)性肝癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率居惡性腫瘤第6位，死亡率居第4位，每年超過100萬人死于肝癌[1]。其中最主要的是肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC），約占85%～90%。由于其發(fā)病隱匿且發(fā)展迅速，很多患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已進(jìn)展至中晚期，從而失去了根治性治療的機(jī)會(huì)。經(jīng)肝動(dòng)脈化療栓塞（transarterial chemoembolization，TACE）是中晚期肝癌的首選治療方式，通過栓塞實(shí)現(xiàn)局部缺血壞死，同時(shí)提供化學(xué)療法殺傷腫瘤細(xì)胞[2]。然而，以碘化油、明膠海綿顆粒等為栓塞材料的傳統(tǒng)TACE（conventional TACE，cTACE）在部分腫瘤中栓塞效果不理想，有些患者肝功能損害較明顯。因此，載藥栓塞材料的研發(fā)具有廣闊的前景且備受關(guān)注。本文就目前已研發(fā)的載藥栓塞材料在肝癌治療中的應(yīng)用作一綜述。

一、藥物洗脫微球

藥物洗脫微球（drug-eluting beads，DEB）是目前市面上主要用于TACE治療的載藥栓塞劑。理想情況下，DEB應(yīng)具有以下特征：可視性、靶向性、長(zhǎng)時(shí)間維持藥物濃度、低的并發(fā)癥。除了所載藥物的細(xì)胞毒性作用外，DEB還可通過完全的血管栓塞引起腫瘤細(xì)胞死亡，進(jìn)而延緩腫瘤生長(zhǎng)。有關(guān)DEB的載藥機(jī)制及在肝癌中的應(yīng)用詳見表1。

表1 有關(guān)DEB的載藥機(jī)制及在肝癌中的應(yīng)用

（一）DEB藥物裝載機(jī)制

DEB在載藥過程中與治療藥物結(jié)合主要包括以下幾種方式。（1）離子交換機(jī)制：微球由含有磺酸基團(tuán)或丙烯酸鈉基團(tuán)（帶負(fù)電荷）的聚乙烯醇水凝膠制成，這可與帶正電荷的藥物結(jié)合而實(shí)現(xiàn)裝載，比如栓塞微球DC Bead結(jié)構(gòu)中包含帶負(fù)電荷的-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鈉單元，可與質(zhì)子化后的阿霉素（帶正電荷）相互作用而實(shí)現(xiàn)加載與釋放[3]；（2）溶脹機(jī)制：微球在干燥情況下允許大量加載水溶液（如造影劑、藥物溶液等），并且其可吸收體積高達(dá)自身體積的64倍。比如由聚乙烯醇和丙烯酸鈉共聚物組成的超吸收性HepaSphere微球，可通過其超強(qiáng)的吸水性，以及其表面帶負(fù)電荷，可加載帶正電荷的抗癌藥物（如阿霉素、紫杉醇等）[4]；（3）乳化/沉淀機(jī)理：通過乳化-凝膠工藝將含有相反電荷的物質(zhì)形成聚合物，這兩者之間的相互作用可在微球表面形成復(fù)雜的聚電解質(zhì)層，通過與藥物混合沉淀后實(shí)現(xiàn)加載與釋放，以藻酸鹽-殼聚糖微球?yàn)槔?，殼聚糖上帶正電荷的氨基與藻酸鹽中帶負(fù)電荷的羧酸基相互作用，靜電形成微球，通過與鹽酸阿霉素混合后進(jìn)行加載[5]。

（二）不同DEB產(chǎn)品在肝癌TACE中的應(yīng)用

一項(xiàng)體外研究對(duì)比了4種不同產(chǎn)品的DEB加載阿霉素的載藥量、釋放效率以及穩(wěn)定性[6]，用DC Bead（100～300 μm）、HepaSphere微 球（30～60 μm）、LifePearl微 球（200 μm）、Tandem 微 球（100 μm）加載5 mg/mL阿霉素，其中DC Bead、LifePearl、Tandem微球在15 min內(nèi)負(fù)載超過99%的阿霉素，而HepaSphere微球稍低，在30 min內(nèi)負(fù)載了98%的阿霉素；此外，LifePearl、DC Bead、HepaSphere和Tandem微球在2 h內(nèi)分別釋放阿霉素 量 達(dá) 到73%±3%，74%±3%，65%±6%和7%±0%。

DC Bead是較早應(yīng)用于TACE的DEB產(chǎn)品，其在肝癌中的療效已在大量研究中得到證實(shí)。在亞洲的一項(xiàng)病例對(duì)照研究中，與cTACE相比，DC Bead-TACE在客觀反應(yīng)率（objective response rate，ORR）方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，亞組分析證實(shí)在腫瘤直徑＞ 5 cm或多個(gè)結(jié)節(jié)的HCC患者中使用DC Bead-TACE有更高的ORR[7]；在兩項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，Golfieri等[8]報(bào)告了177例HCC患者的治療反應(yīng)，DC Bead-TACE與cTACE治療后1年和2年生存率（overall survival，OS）無明顯差異，兩者是同等有效和安全的；Sacco等[9]的結(jié)果顯示，DC Bead-TACE與cTACE在完全緩解率（complete response，CR）、部分緩解率（partial response，PR）、無進(jìn)展生存期（progression-free survival，PFS）和OS方面均無明顯差異。

CalliSpheres可載藥微球是中國(guó)恒瑞醫(yī)藥公司研發(fā)的DEB產(chǎn)品，研究證實(shí)其在體內(nèi)可緩慢釋放藥物至少持續(xù)1個(gè)月[10]，并且在兔肝癌模型中進(jìn)一步證實(shí)腫瘤局部藥物濃度高，而血漿濃度低[11]。大量臨床數(shù)據(jù)表明，CalliSpheres可載藥微球加載阿霉素、表阿霉素在肝癌TACE治療中具有顯著的療效。一項(xiàng)基于335例HCC患者的多中心研究發(fā)現(xiàn)，與cTACE相比，DEB-TACE的CR和ORR更高，而并發(fā)癥發(fā)生率、PFS和OS結(jié)果相似[12]。此外，相比于粒徑在100～300 μm的CalliSpheres微球，300～500 μm在肝癌TACE治療中具有良好的腫瘤反應(yīng)率以及較低的并發(fā)癥發(fā)生率[13]。

HepaSphere/QuadraSphere微球是一類基于溶脹機(jī)制和離子交換機(jī)制攜帶化療藥物的超吸水性高分子DEB產(chǎn)品，一般以粉末形式儲(chǔ)存。Malagari等[14]基于45個(gè)HCC患者結(jié)果顯示，HepaSphere微球TACE治療后患者體內(nèi)阿霉素最大血藥濃度（Cmax）和曲線下面積（area under curve，AUC）明顯低于cTACE；此外，HepaSphere微球TACE治療后療效明顯。Tandem微球在臨床應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的安全性和耐受性，研究顯示載伊達(dá)比星Tandem微球治療HCC患者，ORR可達(dá)65%，中位OS為34.6個(gè)月[15]。關(guān)于LifePearl微球的肝癌TACE研究較為少見，一項(xiàng)研究將載伊立替康或阿霉素LifePearl微球用以治療原發(fā)性或轉(zhuǎn)移性肝癌，其療效顯著，且在治療期間未發(fā)生并發(fā)癥[16]。

二、可成像載藥栓塞材料

當(dāng)前的多數(shù)載藥栓塞材料是X射線可穿透的，因此需與造影劑混合進(jìn)行成像，從而監(jiān)測(cè)材料的動(dòng)向以及栓塞效果。然而，栓塞劑與造影劑的簡(jiǎn)單混合易致使其泄露而不易察覺，且造影劑的存在具有潛在的過敏及肝腎毒性風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要栓塞材料自身具有不透射線性，以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)阻塞效果。目前大部分可成像載藥栓塞材料仍處于基礎(chǔ)研究階段，其安全性和有效性還有待進(jìn)一步證實(shí)。

LC Bead LUMI是一種基于磺酸基修飾的聚乙烯醇水凝膠微珠，含有共價(jià)結(jié)合的碘，具備不透射線性，該微球已被美國(guó)食品藥物管理局（Food and Drug Administration, FDA）批準(zhǔn)用于富血管腫瘤。動(dòng)物肝臟模型證實(shí)了LC Bead LUMI可在無造影劑存在下清晰顯示于肝動(dòng)脈，在90 d內(nèi)其CT密度未見降低，并且異位栓塞很容易在影像上檢測(cè)到[17]；此外，一項(xiàng)研究報(bào)告了LC Bead LUMI可成像微珠在人體肝瘤TACE治療過程中可以實(shí)時(shí)提供治療反饋和位置定位，并且在術(shù)后48 h內(nèi)常規(guī)CT可監(jiān)測(cè)療效[18]。

氧化鐵納米顆粒因其具有磁性和生物相容性而備受關(guān)注，可用于制備MRI可視化栓塞材料。研究發(fā)現(xiàn)，通過離子凝膠法和使用聚乙二醇的成孔技術(shù)合成負(fù)載超順磁性氧化鐵納米粒子（superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPIONs）的可變形殼聚糖微球，在體內(nèi)可進(jìn)行MRI追蹤以及阻塞血管[19]。此外，通過反向懸浮聚合方法制備負(fù)載SPIONs的聚丙烯酸微球，并在動(dòng)物上證明了其MRI可測(cè)性[20]。

硫酸鋇納米顆粒是一種基于重金屬鹽的不透X射線顆粒，與其他材料結(jié)合可用于顯影栓塞材料的研發(fā)。先前的研究發(fā)現(xiàn)，通過一步微流體方法制備X射線可顯影且尺寸均一的藻酸鋇微球，進(jìn)一步于動(dòng)物模型中證實(shí)在DSA檢測(cè)下可見微球存在于體內(nèi)動(dòng)脈，并且在14 d后仍可通過CT檢測(cè)到其存在，有望在栓塞后直接檢測(cè)栓塞效率及微球的位置。此外，根據(jù)病理學(xué)分析顯示該微球的栓塞功效與市售藻酸鹽微球栓塞劑相似[21]。

鉭納米顆粒是另一種不透X射線的致密材料。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)采用一步電噴霧方法可制備負(fù)載鉭納米顆粒的海藻酸鈣微球，具備單分散性和不透射線性，鉭納米顆粒均勻地嵌入海藻酸鈣基質(zhì)中。動(dòng)物體內(nèi)研究表明該微球具備顯著的栓塞功效和顯影特性，可實(shí)時(shí)反饋微球的位置與分布，并且在4周后依然可以清晰成像。此外，該微球可以加載阿霉素，最大負(fù)載量為97.3 mg/mL，釋放曲線顯示為pH依賴性[22]。

三、可降解性載藥栓塞材料

隨著TACE技術(shù)的完善與發(fā)展，越來越多的載藥栓塞材料應(yīng)用于腫瘤治療。根據(jù)在體內(nèi)栓塞時(shí)間的長(zhǎng)短，載藥栓塞材料可分為不可降解性載藥栓塞劑和可降解性載藥栓塞劑。其中，不可降解性載藥栓塞劑主要包括DC Bead、CalliSpheres以及HepaSphere微球等絕大多數(shù)DEB產(chǎn)品。與其不同的是，可降解性載藥栓塞劑通過其自身膨脹或聚合物降解的方式進(jìn)行藥物釋放，并在一定時(shí)間內(nèi)阻斷腫瘤的血液供應(yīng)，最終栓塞劑在體內(nèi)完全吸收或分解排出，不會(huì)出現(xiàn)晚期炎癥異物反應(yīng)。

可降解淀粉微球（degradable starch microspheres，DSM）是國(guó)外常見的一類可降解性載藥栓塞劑，由三維交聯(lián)的親水性淀粉基質(zhì)組成，該基質(zhì)在水懸浮環(huán)境中會(huì)大量溶脹，從而使末梢動(dòng)脈瞬時(shí)閉塞。該微球直徑一般為（45±7）μm，半衰期為40 min。在一項(xiàng)回顧性研究中，Lezzi等[23]發(fā)現(xiàn)DSM-TACE在不適合索拉非尼的HCC患者中作為二線治療是安全有效的，并且通過減少藥物沖刷作用來提高腫瘤局部療效，降低全身副作用以及栓塞后綜合征的發(fā)生。

聚乳酸-羥基乙酸共聚物（polylactic-co-glycolic acid，PLGA）是一種通過美國(guó)FDA認(rèn)證的可降解高分子有機(jī)物，具有良好的生物相容性、無毒且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域有廣泛的用途。一項(xiàng)研究基于PLGA特性制備負(fù)載阿霉素的多孔PLGA微球（porous PLGA @doxorubicin,P-PLGA@DN），TACE聯(lián)合微波消融在兔VX2肝瘤模型中證實(shí)該微球可將消融面積增加50%以上，并有效抑制腫瘤生長(zhǎng)[24]。這是由于該微球具備微波敏感特性，可增強(qiáng)局部腫瘤的熱效應(yīng)并減少熱量損失。此外，Choi等[25]研發(fā)了由索拉非尼、三碘苯甲酸（用于CT成像）和直徑24.8～28.5 μm的PLGA基質(zhì)組成的栓塞微球，體外證實(shí)PLGA基質(zhì)通過水解逐漸降解為乳酸和乙醇酸，引發(fā)索拉非尼持續(xù)釋放，藥代動(dòng)力學(xué)發(fā)現(xiàn)其低的血漿藥物濃度和高的腫瘤藥物聚集，并在大鼠肝癌模型中證實(shí)了微球栓塞治療后微血管密度減低明顯，且腫瘤生長(zhǎng)受限。

聚D，L-乳酸（poly-D, L-lactic acid，PDLLA）微球是一類可裝載多種藥物的可生物降解微球，專為結(jié)合栓塞和控制局部化療而設(shè)計(jì)。通過乳液溶劑法制備負(fù)載順鉑和/或索拉非尼的PDLLA微球，粒徑為200～400 μm，掃描電鏡發(fā)現(xiàn)順鉑微球表面光滑，索拉非尼微球和順鉑+索拉非尼微球表面多孔，且兩種藥物裝載微球具有更快的藥物釋放速率[26]。在體外細(xì)胞毒性研究中發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)烈的毒性作用和對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的抑制作用，進(jìn)一步在動(dòng)物腫瘤模型中觀察到局部給藥的協(xié)同抑制腫瘤作用，為TACE提供潛在的希望[27]。

四、液體/凝膠載藥栓塞劑

碘油是肝癌治療中常見的液體栓塞劑，其彌散性以及導(dǎo)管通過性是微球等固體栓塞劑無法比擬的。然而，短暫的藥物維持時(shí)間以及血流沖刷作用限制了其發(fā)展。因此，需要研發(fā)具有長(zhǎng)時(shí)間藥物維持的新型液體/凝膠載藥栓塞劑。一般而言，新型液體/凝膠載藥栓塞劑需要在給藥時(shí)（注射器和導(dǎo)管內(nèi)）和操作后（在體內(nèi)）進(jìn)行材料的相變，即希望低黏度通過輸送系統(tǒng)，在體內(nèi)形成更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)栓塞。這種液態(tài)至固態(tài)（溶膠-凝膠）相變的方式可通過物理交聯(lián)（如沉淀、離子交聯(lián)）和化學(xué)交聯(lián)（如聚合）完成，體內(nèi)外環(huán)境的差異如溫度、pH以及離子強(qiáng)度等可觸發(fā)這些反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)前已開發(fā)的液體/凝膠載藥栓塞劑有溫敏型載藥栓塞劑和pH響應(yīng)性載藥栓塞劑等。

（一）溫敏型載藥栓塞劑

溫敏型聚（N-異丙基丙烯酰胺-共-甲基丙烯酸丁酯） （poly N-isopropylacrylamide-co-butyl methylacrylate，PIB）納米凝膠是一種可用于肝腫瘤TACE的新型液體/凝膠載藥栓塞劑。隨著溫度升高，PIB納米凝膠分散體呈現(xiàn)出三相狀態(tài)：腫脹的凝膠相、流動(dòng)的溶膠相、收縮的凝膠相。在動(dòng)物腎臟模型中發(fā)現(xiàn)PIB納米凝膠可在毛細(xì)血管前水平均勻分布，且在3個(gè)月內(nèi)未見再通，表現(xiàn)為永久和周邊性栓塞，同時(shí)在組織學(xué)中僅出現(xiàn)輕微的炎癥反應(yīng)而無異物肉芽腫形成[28]。為了進(jìn)一步驗(yàn)證在肝腫瘤中的作用，通過乳液-溶劑揮發(fā)法制備負(fù)載阿霉素的PIB納米凝膠，在兔VX2肝瘤中表現(xiàn)為顯著的腫瘤生長(zhǎng)抑制作用，同時(shí)組織學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腫瘤血管明顯閉塞[29]。

由泊洛沙姆407、海藻酸鈉、羥甲基纖維素、碘克沙醇以及Ca2+制備而成的熱敏復(fù)合物水凝膠，是另一種可用于肝癌治療的溫敏型液體栓塞劑。Huang等[30]發(fā)現(xiàn)因溫度升高其可表現(xiàn)出流動(dòng)的溶膠和收縮的凝膠兩種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換溫度為26.5℃。在兔腎動(dòng)脈模型中證實(shí)了該栓塞劑具有良好的血管栓塞效果，進(jìn)一步在兔VX2肝瘤栓塞后的組織學(xué)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞壞死和凋亡，在其他器官未能檢測(cè)出血和異位栓塞等并發(fā)癥。其載藥量還有待進(jìn)一步研究。

類絲彈性蛋白聚合物（silk-elastinlike protein polymer，SELP）是一種通過基因工程方法合成的蛋白質(zhì)嵌段共聚物，彈性蛋白嵌段可提供聚合物的水溶性，同時(shí)將絲蛋白成分分開以形成多孔結(jié)構(gòu)，聚合物鏈之間的長(zhǎng)期物理相互作用形成的晶體結(jié)構(gòu)決定了水凝膠的剛度。將SELP注入體內(nèi)時(shí)，會(huì)由于溫度造成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變而迅速形成凝膠，無需化學(xué)交聯(lián)。Poursaid等[31]將阿霉素和索拉非尼在室溫下滲入由SELP-815K組成的凝膠液體栓塞劑中，總載藥量為25 mg/mL，并且以治療相關(guān)濃度釋放阿霉素和索拉非尼分別為14 d和30 d以上，具有潛在的HCC應(yīng)用價(jià)值。

（二） pH響應(yīng)性載藥栓塞劑

基于磺胺二甲嘧啶（sulfamethazine，SM）的pH響應(yīng)性水凝膠是一類可用于TACE的液體栓塞劑，當(dāng)前已合成多種含有SM聚合物的水凝膠。研究發(fā)現(xiàn)可通過自由基聚合法將聚己內(nèi)酯（poly ε-caprolactone，PCL）、聚 乙 二 醇（poly ethylene glycol，PEG）和SM合成為共聚物（PCL-PEGSM），因生理?xiàng)l件（pH 7.4）和腫瘤部位（pH 6.5）的pH不同，可經(jīng)歷溶膠-凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變[32]。在體外測(cè)得負(fù)載阿霉素的共聚物可持續(xù)釋放藥物4周以上，釋放的藥物可抑制肝癌細(xì)胞增殖。此外，通過在pH 8.0條件下將共聚物溶液與造影劑混合可制備不透X射線的栓塞制劑，在兔VX2肝瘤模型中證實(shí)其在環(huán)境pH降低時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出溶膠-凝膠相變，瘤內(nèi)出現(xiàn)凝膠相，并且CT清晰可見血管內(nèi)材料。類似地，另一項(xiàng)研究顯示聚己內(nèi)酯丙交酯（poly N-caprolactone-co-lactide，PCLA）、PEG以 及 聚 氨酯硫化SM（poly urethane sulfide SM，PUSSM）可合成為陰離子嵌段共聚物（PCLA-PUSSM），在高pH 8.5環(huán)境下呈液態(tài)存在，隨著pH降低而出現(xiàn)溶膠-凝膠相變[33]。在體外將阿霉素、造影劑與共聚物混合，并將其應(yīng)用于兔肝腫瘤中，TACE治療后2周經(jīng)CT掃描可觀察到腫瘤體積減小。這些發(fā)現(xiàn)為HCC治療提供了潛在的應(yīng)用價(jià)值。

陽離子聚氨基甲酸酯（poly amino ester urethane，PAEU）嵌段聚合物是另一種pH響應(yīng)性的液態(tài)栓塞劑[34]。與基于SM的水凝膠系統(tǒng)不同，基于PAEU的水凝膠會(huì)隨著pH增加而發(fā)生溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變（如pH 6.5時(shí)為液相，pH 7.4時(shí)為固相），當(dāng)pH從6.6上升到7.4時(shí)，黏度也從2.7 Pa·s增加到1 901.3 Pa·s。此外，將負(fù)載阿霉素和造影劑的PAEU應(yīng)用到兔VX2肝瘤以驗(yàn)證其栓塞性，CT和組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)5 h后腫瘤動(dòng)脈內(nèi)水凝膠的形成。

五、總結(jié)與展望

盡管DEB已廣泛應(yīng)用于臨床上肝癌的治療并被證明是安全有效的，但指南指出DEB-TACE與cTACE治療肝癌的臨床獲益是相似的[2]。因此，載藥栓塞材料在肝癌治療中的應(yīng)用仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。一般而言，理想載藥栓塞劑的特點(diǎn)應(yīng)包括：（1）生物相容性；（2）易遞送；（3）可生物降解性（取決于材料的應(yīng)用）；（4）在常見的成像方式上（如CT、MRI）可視性和可追蹤性；（5）良好的藥物裝載能力；（6）價(jià)格低廉[35]。雖然多數(shù)栓塞材料仍限于基礎(chǔ)階段，但隨著TACE研究的日益深入，相信未來有更多安全有效的載藥栓塞材料應(yīng)用于臨床，為不同類型肝癌患者提供最佳選擇，減少不良反應(yīng)的發(fā)生，有效提高患者生存率。