超声载药系统在肝细胞癌治疗中的研究进展

作 者

谭洋 谢晓燕 李晓菊

510080 广州，中山大学附属第一医院超声医学科，中山大学超声诊断与介入超声研究所

摘要

根据国际癌症研究机构的 告，肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是全球男性中第五大常见癌症，是女性中第七大常见癌症。而在我国，每年新发HCC患者数量约占全球的50%。由于HCC多起病隐匿，许多患者确诊时已经处于中晚期，此时往往因为肿瘤负荷大、肝功能失代偿等原因失去接受根治性治疗的机会。而晚期肝癌患者药物治疗的临床获益极低，一方面是由于肝癌极其复杂的生物学特性导致，另一方面是药物在肿瘤内的有效聚集量低且分布不均匀。据 道，药物在肿瘤部位的有效富集仅为正常器官的10%～15%。因此，如何提高药物在肿瘤的局部浓度、改善肝癌化疗效果成为肝癌治疗的研究热点。

1.超声载药系统的分类及作用机制

1.1 微泡(Microbubbles, MBs)微泡是一种常规使用的超声造影剂，其以表面活性剂(如聚合物、磷脂、血清白蛋白等)组装成单层膜，中间包裹着惰性气体。MBs在声场的驱动下产生独特的声学行为。当给予低声压超声辐照时，MBs在声场下作周期性非对称性的稳定振荡，产生非线性散射回声信号，可用于超声造影成像。当给予高声压超声辐照时，MBs迅速膨胀后急速收缩直至爆破，即所谓的惯性空化。该过程中会产生局部高温、高压、强大冲击波及微射流，还伴随氧自由基生成。这些极端物理条件和化学基团，可以诱发单细胞死亡或者瞬间膜通透性增加(即声孔效应)，还可导致微血管破裂、闭塞等，间接诱导细胞凋亡。另一方面超声可以对肿瘤进行毫米级别的精确定位，准确触发药物释放，实现可视化肿瘤靶向的药物释放，提高药物递送的准确性。其次，超声还具有无辐射、非侵入性及价格低廉等特点。因此近年来越来越多的研究利用MBs包裹抗癌药物，将药物靶向释放到肿瘤组织甚至肿瘤细胞内。

1.2 相变型纳米液滴然而，载药MBs在肿瘤治疗领域依然存在不足。一是传统的微泡粒径过大(直径约1～10 μm)，不能穿过血管内皮间隙，只能停留在血管内，这使得微泡难以利用肿瘤部位特有的增强渗透与滞留效应透过血管壁到达肿瘤间质。二是仅靠亲疏水作用力形成的单层脂质膜并不稳定，易发生融合破裂，导致微泡在体内循环时短(数分钟)，往往需要多次重复注射。因此要想实现从分子水平上评价病变组织并进行肿瘤靶向治疗，就需要一种粒径小、循环时间长，又可以增强局部显像和药物定位释放的药物载体，液态氟碳类相变型纳米液滴(nanodroplets, NDs)应运而生。

全氟碳化合物(perfluorocarbon, PFC)属于含氟脂肪族化合物的一种，其具有许多独特的理化性能：性质稳定、表面张力较低、不溶于水和油、良好的携氧功能、低毒性等，这使得PFC在生物医学领域得到广泛应用。目前常被用于研究的液态氟碳包括全氟正戊烷(perfluoropentane, PFP)(沸点29 ℃)、全氟正己烷(沸点59 ℃)、全氟辛基溴(沸点140.5 ℃)等。温度低于沸点时，液体氟碳为液态，当温度达到或超过沸点时，则转变为气态。利用这一理化性质，可制备成微泡前体，即所谓的相变型纳米液滴。液态氟碳在超声刺激下可发生相转变形成气泡，实现增强超声显影及靶向药物释放的功能，该过程称为声致相变(acoustic droplets vaporization, ADV)。与常规微泡相比，氟碳类纳米液滴具有明显优势，可以作为多种药物递送的载体。首先，由于液态氟碳性质稳定且生物相容性好，因此纳米液滴循环时间大大延长，可达数小时。其次纳米液滴可通过简单温和的工艺制成纳米级，有利于其穿过血管内皮间隙并在肿瘤部位聚集。最后，纳米液滴在超声辐照下能发生相转变形成微气泡不仅可以增强超声显像，还可以栓塞肿瘤微血管，而气泡随后被击破可以释放出药物，提高肿瘤局部药物浓度的同时降低正常组织对药物的吸收。

1.3 聚合物胶束聚合物胶束是由两亲性嵌段共聚物在水溶液中自组装形成的具有壳-核结构的纳米粒子。聚合物胶束的粒径从10 nm到100 nm不等。有研究发现，由普兰尼克胶束中药物的释放受高频超声的影响，在高频率超声辐照下药物释放较低频超声下快，且短时间的暴露于超声即可显著增强细胞对胶束的摄取。其他研究也表明，连续超声或脉冲超声均可以增强细胞对胶束内药物的摄取，而影响药物吸收的主要因素是超声波的强度。这些结果表明超声辐照不仅可以触发药物从胶束中释放，还可以干扰细胞膜，增强对药物的吸收。因此聚合物胶束是一种具有开发潜力的新型URDDS。

2.URDDS在肝癌治疗中的应用现状

URDDS应用于肝癌治疗中的研究并不多，但从已有的结果来看，它是非常有效的。有学者制备了载有多西紫杉醇的脂质微泡，并将其和超声辐照联用治疗小鼠肝细胞癌，结果显示药物在肿瘤局部浓度显著提高，且肿瘤生长缓慢。康娟等将载紫杉醇微泡用于治疗兔VX2肝癌，实验证明该微泡联合超声辐照可以实现定向药物释放，有效诱导肝癌细胞凋亡，抑制肿瘤生长。Yin等制备了一种同时载化疗药物紫杉醇和小干扰RNA的纳米泡，其受超声辐照后可实现粒径“大变小”的转换，有利于在肝癌组织内的富集，同时提高了肿瘤血管的通透性和肿瘤组织的渗透性。台湾叶秩光教授团队开发了一系列载药纳米液滴，并在其表面修饰靶向配体，证实超声可以有效触发纳米液滴相转变，提高细胞摄取，增加细胞的机械损伤，诱导细胞凋亡。Rapoport等制备了载多西他赛的纳米液滴，并证明超声辐照增强了肿瘤细胞对药物的摄取，同时也提高了药物在整个肿瘤内的扩散，改善药物在肿瘤内分布不均。然而纳米液滴在肝癌治疗中的研究罕见 道。

3. 展望

诸多研究证实URDDS是一种非侵入性、安全可靠的药物靶向输送方法，已成为目前药物输送系统研究的热点。但目前URDDS仍处于科研实验阶段，尤其在人体复杂的生理和病理条件下，URDDS所处的微环境和影响因素是复杂多变的，因此尽管目前的研究在细胞学实验和动物模型上均取得令人满意的成绩，仍需更深入的研究与改进，例如解决URDDS体内稳定性、生物安全性、超声辐照参数标准化等问题，期待未来能有更多突破，早日应用于临床，造福肝癌患者。