基于肿瘤治疗及超声分子成像一体化的靶向诊疗体的研究进展

邢玲溪，杜联芳

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基于肿瘤治疗及超声分子成像一体化的靶向诊疗体的研究进展

邢玲溪，杜联芳

随着越来越多的研究者注意到靶向纳米或微米载体在荷载药物、改善影像学诊断的质量、增加影像学诊断方式上的独特优势，靶向诊疗体的发展也越来越完善，如果靶向纳米载体同时具有治疗和显像两种功能，则可实现肿瘤靶向性的诊疗一体化，这无疑是未来新的发展方向。其基本结构为有机、无机以及杂化的纳米材料，内部包载化疗药、siRNA、水解酶等，或者修饰金、铂等重金属，表面枝接靶向识别肿瘤细胞或肿瘤新生血管的特异性分子，实现靶向给药或者靶向热疗等。同时，作为超声对比增强剂，能够透过毛细血管间隙进入组织间质，通过表面修饰的特异性分子与肿瘤细胞或间质组织靶向结合，极大地增加了在肿瘤部位的蓄积，使得超声造影的效果明显强化。本文根据纳米载体的结构及成分进行简要的分类和总结。

1 有机聚合物纳米载体

有机聚合物纳米粒子多采用聚乙二醇（mPEG）、聚乳酸羟基乙酸（PLGA）、多聚赖氨酸（PLL）、聚乙丙交酯及甲基丙基酰胺等构成纳米粒子或囊泡，内部充填空气或四氟化碳等，表面修饰多为RGD、抗体及多肽等生物活性分子。mPEG能够使纳米粒子的周围形成一层水化膜，增强了水溶性，延长循环时间；PLGA是多种代谢快、副作用大的药物的缓释载体；PLL富含游离氨基，能够枝接大量的特异性抗体、多肽以及氨基酸类配体。Duan等成功制备聚乙二醇-聚乳酸羟基乙酸-多聚赖氨酸（mPEG-PLGA-PLL）三嵌段纳米粒子，已经在体内和体外的多种肿瘤模型中验证了优良的性能，粒径150～200nm，能够有效透过毛细血管间隙且不被肝脾大量摄取，同时不被快速代谢。在正常兔肾脏以及胰腺癌裸鼠移植瘤模型中表现出良好的超声增强效果。已经证实cRGD标记的mPEG-PLGA-PLL能够使乳腺癌细胞摄取更多的荧光素，在裸鼠移植瘤模型中能够使荧光持续更长的时间，药代动力学也证实mPEG-PLGA-PLL能够使药物半衰期延长、清除率降低、平均抵抗时间延长，与对照组相比，肿瘤生长被抑制同时并无显著的毒性。mPEG-PLGA-PLL载siRNA在前列腺癌，载蟾毒灵在结肠癌，载顺铂在卵巢癌中显示了良好的疗效。同时，进一步研究其细胞内转运和摄取机制发现，mPEG-PLGA-PLL纳米粒子的摄取具有明显的时间、浓度以及能量依赖性，主要通过网格蛋白介导的内吞被细胞摄取。Meng等利用PLGA聚合物纳米囊泡，内部包载阿霉素，同时充填四氟化碳，粒径大小约500nm，在兔的VX2鳞癌肝脏移植瘤模型中证实了超声造影以及抗肿瘤的效果。Jian等将PLGA内包载微粒状印度墨汁及液态的全氟己烷（沸点56℃），粒径（472.5±78.01）nm，对红外激光敏感，可用于光声成像及光热治疗，全氟己烷受800nm红外激光照射后温度迅速升高，产生大量气泡，增强了超声造影效果。聚乙丙交酯纳米生物相容性好、可降解、易于表面修饰，Lee等在其内部包载碳酸钙，表面修饰靶向结合神经母细胞瘤表面烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）的狂犬病病毒糖蛋白（RVG）肽，神经母细胞瘤部位呈酸性pH≤5，此环境下碳酸钙分解产生二氧化碳，能够起到超声对比剂的作用，并且他们的研究还表明该载碳酸钙的靶向纳米粒子还产生了良好的治疗效果，潜在的机制尚不清楚。

2 有机缀合物纳米载体

此类纳米载体多由白蛋白、磷脂等通过共价结合或自身组装形成，并非前述的聚合物。内部载药和修饰方法与聚合物相同，容易形成纳米级囊泡。如Yao等制成包载全氟丙烷的磷脂纳米囊泡，纳米大小在500～600 nm，超声造影的效果可与声诺维媲美，而HIFU消融的效果明显强于声诺维。同样的纳米囊泡在Yang等的试验中表面枝接了生物素化的抗-ErbB2抗体，可以靶向结合到表皮生长因子受体2高表达的乳腺癌细胞，进一步增强了造影峰值的灰度值并且具有靶向给药的潜能。

3 无机纳米载体

这类纳米粒子由多孔二氧化硅及石墨烯等构成，其中多孔硅材料的研究比较热门。内部载药为阿霉素等化疗药，靶向性的实现可以选择肿瘤细胞表面的特异性靶点，也可以靶向于肿瘤的酸性和还原性环境。Chen等一直致力于多孔硅纳米粒子的研究，多孔硅具有比表面积大、比孔容积大、孔径可调并且大小均一、质量密度低且结构稳定等多种优点，内部空间大可以高效地荷载全氟烃类或治疗药物，而且目前在多孔硅表面修饰金属或无机纳米结晶的方法也已经成熟（如金、含铁氧化物等）。具有辅助超声造影效果的多数内部包载全氟己烷，同时这类纳米载体通常在表面修饰金颗粒、氧化铁及放射性核素等，达到超声、光声、CT、MRI及PET等多模态成像。还可包载三硫化二铋、二氧化钛及二硫化钼等。用于肿瘤治疗时可在内部包载阿霉素等化疗药，修饰金颗粒者由于红外吸收可进行热疗，且热疗效果为主。充入全氟己烷者可进行高效HIFU消融。表面修饰除采用肽类、叶酸外，常见的还有二硫化透明质酸，遇肿瘤部位的还原性环境则由交联变为解交联，内部药物才能释放出来，也有靶向于肿瘤部位酸性环境，遇酸则释放阳离子。

4 载药微泡系统或载药纳米-微泡系统

纳米-微泡系统是目前诊疗一体化研究最多，种类最复杂的一类诊疗体。共同特点是载药纳米附着在微泡表面、包于微泡内部或者纳米本身构成了微泡壁。微泡可由白蛋白、磷脂及卟啉等构成，也可到达靶部位之后产生，该系统不仅可以实现主动靶向给药、增强超声造影，还可以通过超声靶向微泡破坏（UTMD）技术实现超声介导的药物被动靶向递送，不同的纳米-微泡系统还有各自的特点，通过包载特定的成分可以实现多模态成像，多手段治疗。如Moon等将白蛋白紫杉醇纳米粒子共价结合到磷脂和卟啉缀合物构成的微泡表面，可进行超声造影效果及光声成像。治疗方面，于肿瘤局部用一个40 MHz超声探头（Visualsonics Vevo 770 Imaging System、Toronto、Canada）在微泡破坏模式下辐照10 min，引起白蛋白紫杉醇的大量释放。而Wang等制成的脂质微泡包载siRNA微胶束，在低强度超声辐照下即可产生空化效应。相似的研究出现在Yoon和Cool等制备脂质粒子-磷脂微泡复合体的研究中，脂质粒子可以包载各种化疗药特别是脂溶性化疗药，表面还可修饰识别癌细胞的靶标，主动识别靶细胞。UTMD的应用使得磷脂微泡破坏，打开物理屏障，促进载药脂质粒子的渗透和摄取，治疗的过程可在微泡强化的超声引导下进行。Chang等的载药脂质微泡中引入氧气，不仅有助于克服卵巢癌的缺氧性化疗耐受，而且可作为超声对比剂并辅助UTMD，这为很多乏氧性肿瘤的治疗提供了新的思路。

除了白蛋白、磷脂微泡外，纳米粒子本身也可以作为微泡壁，如Morch等用PEG化的氰基丙烯酸烷酯聚合成纳米粒子，然后该纳米粒子通过震荡能够形成微泡，内部充填空气，纳米粒子本身则构成了微泡的外壳。Eggen和他的研究团队也合成了聚乙二醇-聚氰基丙烯酸正丁酯，在形成微泡时加入胎牛血清白蛋白震荡，纳米粒子自我组装成内充空气的微泡，微泡大小与震荡速度有关。由此形成的微泡取得了良好的超声造影效果，增加声强声压，微泡可以爆破，起到UTMD的效果，促进本身作为微泡壁的纳米粒子渗透过毛细血管并增加细胞的摄取。在氰基丙烯酸烷酯纳米粒子内部还可以包载脂溶性化疗药、荧光指示剂以及含铁氧化物，实现肿瘤化疗以及磁共振成像，这种形成微泡的方法通过一步乳化法就可完成并且成本低，也就是载药的氰基丙烯酸烷酯纳米-微泡系统有望成为很有前景的可进行超声造影和磁共振引导下药物靶向递送的诊疗一体化载体。

前述系统合成结束即具有微泡结构，而Gao、Rapoport与Ji等进行了进一步的优化，将生物可降解的聚乙二醇-聚乳酸纳米胶束或聚乙二醇-聚己内酯纳米胶束内部包载气液转换机全氟戊烷，并包载阿霉素，物理加温时，全氟戊烷气化形成纳米级囊泡，进一步聚集成微泡，继续实施UTMD促进药物靶向递送。此方法的包封率及加热后全氟戊烷的释放率均达到90%以上，该实验甚至还认为载药纳米胶囊的液气转换以及形成的囊泡的大小可通过调节聚合物与全氟戊烷的体积比来控制。同样应用全氟戊烷产生微泡的还有Lee等的研究，采用聚乙二醇-白蛋白聚合物，包载顺磁性氧化铁、紫杉醇以及液态全氟戊烷，与前不同的是，Lee通过超声触发全氟戊烷的气化而非通过物理加温，改纳米-微泡系统的另一特点是，活体应用时，可在体温状态下稳定存留10 d之久。

5 展望

综合来看，肿瘤治疗及超声分子成像一体化的靶向诊疗体的关键点有基本外壳、内部载药及表面修饰；其次为成像方式和治疗手段的多样化，实现多模态成像和综合治疗。分散而论，靶向包括生物活性分子与肿瘤细胞的主动靶向以及超声局部辐照、激光局部照射的被动靶向。常见靶点有áva3、叶酸受体、表皮生长因子受体、E-选择素、P-选择素、细胞间黏附分子（ICAM-1）或血管细胞间黏附分子（VCAM-1）等或者通过渗透滞留效应，白蛋白亲和胰腺癌间质等，靶向到肿瘤细胞、肿瘤间质或肿瘤新生血管，或者是对肿瘤部位的酸性环境、还原性环境敏感。治疗及辅助治疗方式有载药并缓释、HIFU、光热治疗及UTMD促进药物渗透等。成像方式除超声造影外，还可辅助CT、MRI、放射性核素成像、光声成像、热成像等。总之，肿瘤靶向治疗及超声分子成像的一体化使得肿瘤治疗的方式变得多样化，取得了令人瞩目的成就，不同的诊疗体各具优势，但研究较多集中在乳腺癌、神经胶质瘤、卵巢癌及肺癌等，而对一些难治性肿瘤如胰腺癌、雄激素抵抗型前列腺癌的研究相对较少，也许是将来研究的侧重点。（参考文献略，读者需要可向编辑部索取）

10.3969/j.issn.1671-0800.2016.03.001

R445.1

C

1671-0800（2016）03-0281-03

2016-02-15

（本文编辑：姜晓庆）

200080上海，上海市第一人民医院

杜联芳，教授，博士生导师；中国医学影像研究会器官移植超声专业委员会副主任委员，中华医学会上海超声专业委员会副主任委员，上海超声专业委员会腹部学组组长；获省部级科技进步二等奖2项；获上海市医学科技二等奖1项，获省级科技进步三等奖2项；在各级学术刊物上发表论文100余篇，其中SCI收录论文14篇。主编超声造影专著1部。Email：Du_lf@163.com