何 流，譚 潔，羅斌華

(湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部藥學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

超聲成像具有無創(chuàng)、高靈敏度和安全等優(yōu)點，是臨床上應(yīng)用最廣泛的成像方法之一，其原理是病變組織與正常組織存在聲阻抗差異，檢測這種差異就能識別病變的區(qū)域范圍[1]。為了改善成像效果，常需要加入超聲造影劑。目前臨床上使用的超聲造影劑主要是粒徑1～8μm的微泡，它是由生物相容性材料包載惰性氣體(如氮氣、二氧化碳及氟碳烷烴等)組成，可實現(xiàn)心血管系統(tǒng)的造影成像，具有成像分辨率高的特點；然而，由于其粒徑太大無法透過血管壁進入血管外組織，因而限制了它的臨床應(yīng)用[2]。

納米泡是指粒徑處于納米范圍內(nèi)的超聲造影劑。當(dāng)粒徑小于700nm時，由于高滲透性長滯留效應(yīng)(enhanced permeability and retention,EPR)[3]，納米泡有可能穿透腫瘤的血管壁間隙，從而實現(xiàn)血管外組織的成像。制備納米泡所用的氣體，早期是用空氣或者氧氣等，但是這些氣體在體內(nèi)的穩(wěn)定性較差，需要現(xiàn)配現(xiàn)用，且制備成納米泡后圖像的對比度較差[4]；后來采用氟碳烷烴類(如全氟戊烷、全氟丙烷及全氟丁烷等)，它顯著提高了成像的對比度，且成像時間長，具有良好的體內(nèi)外穩(wěn)定性。制備納米泡所用的生物相容性材料主要包括天然高分子材料(如磷脂、膽固醇等)與合成高分子材料(如聚乳酸、聚乙二醇、聚丙烯酸及聚乳酸-羥基乙酸共聚物等)，這些材料不會產(chǎn)生溶血效應(yīng)，具有無毒或者低毒等優(yōu)點。納米泡除了作為超聲造影劑，增強成像效果外，亦可以作為核磁共振成像的造影劑、藥物遞送系統(tǒng)的載體，并具有開放血腦屏障的作用[5]，下文將分別介紹納米泡在這幾個方面的研究進展。

1 超聲成像

當(dāng)超聲波照射至體內(nèi)時，由于人體組織的不均勻性，所以會發(fā)射一定強度的散射波。當(dāng)超聲探頭檢測到背向散射的信號時，就會產(chǎn)生待測物體的輪廓圖像—即超聲成像。然而當(dāng)體內(nèi)的散射信號強度較低，導(dǎo)致所產(chǎn)生的圖像對比度較差時，必須使用超聲造影劑來提高成像的對比度[6]。

目前研究的納米泡超聲造影劑主要包載氟碳烷烴類化合物，其成像對比度和體內(nèi)穩(wěn)定性均優(yōu)于氮氣、二氧化碳、空氣和氧氣等[7]。首先，納米泡能夠?qū)崿F(xiàn)心血管系統(tǒng)成像，成像分辨率滿足臨床需求。李攀等[8]制備了包載全氟丙烷的脂質(zhì)納米泡，其平均粒徑是650nm；納米泡貯存三個月，粒徑無明顯變化，表明該納米泡具有較好的穩(wěn)定性；耳緣靜脈注射納米泡后，兔子的肝臟超聲成像效果明顯增強。其次，納米泡的粒徑比腫瘤血管內(nèi)皮細胞間的間隙小，使得納米泡可以穿透腫瘤血管實現(xiàn)血管外組織成像，而且可以在納米泡的表面進行靶向修飾，實現(xiàn)主動靶向成像。如范校周[9]在納米泡上接枝針對前列腺癌的特異性配體后，不僅可以穿過腫瘤血管壁，而且還能與前列腺腫瘤細胞特異性結(jié)合，與未靶向修飾的納米泡相比，其成像效果更好；李春芳[10]則利用超聲波法制備了包載全氟丙烷的納米泡，并通過正負電荷吸引的原理，在納米泡的表面連接抗血管內(nèi)皮生長因子的抗體(抗VEGF抗體)，研究表明，該納米泡的粒徑在100～600nm范圍內(nèi)，通過EPR效應(yīng)，透過裸鼠皮下瘤血管內(nèi)皮間隙，在腫瘤組織中聚集，提高了皮下瘤成像的對比度。

然而，納米泡作為造影劑還需要從以下幾方面進行改善。首先，納米泡的粒度分布顯著影響血管外成像效果。PDI(多分散系數(shù))是評價粒度分布的重要指標(biāo)，PDI越小，粒徑越均一，成像效果越穩(wěn)定。由于在納米泡的制備過程中PDI的重現(xiàn)性較差，同時在貯存期間會發(fā)生納米粒子的聚集沉淀，可能使得納米泡無法穿透腫瘤血管實現(xiàn)血管外成像，所以改善納米泡粒徑的均一性與穩(wěn)定性是亟待解決的問題。其次，目前臨床上使用的超聲造影劑主要是微泡，鮮有納米泡產(chǎn)品上市，表明將納米泡從實驗室制備轉(zhuǎn)向工業(yè)化生產(chǎn)仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，是眾多科技工作者與工程技術(shù)人員合作并深入研究的課題[11]。

2 藥物遞送系統(tǒng)

納米泡遞送系統(tǒng)涉及EPR效應(yīng)、空化效應(yīng)和聲孔效應(yīng)，使得藥物和氟碳烷烴可以精準(zhǔn)地、長時間地作用于靶組織，不僅提高了治療效果，減少藥物的毒副作用，也改善了成像質(zhì)量。另外，在納米泡的表面進行特殊的靶向修飾(如連接配體、官能團等)，便可進一步提高藥物的遞送效率[12]。

納米泡在外界超聲波的作用下，會發(fā)生兩種情況：當(dāng)施加的超聲波強度較小時，納米泡會發(fā)生有規(guī)律的收縮(正壓)和膨脹(負壓)，并作用于血管內(nèi)壁使其內(nèi)皮細胞間的空隙增大，使藥物進入腫瘤細胞內(nèi)或者細胞間隙，這是非惰性空化；當(dāng)施加的超聲波強度達到一定閾值時，納米泡就會發(fā)生破裂，分裂成粒徑更小、數(shù)量更多的納米泡碎片粒子，這是瞬態(tài)空化效應(yīng)(圖1)[11]，同時，在瞬態(tài)空化效應(yīng)產(chǎn)生的熱能、化學(xué)能、機械能等的作用下，細胞膜的通透性顯著增加，為納米泡釋放的藥物提供通道，這樣藥物更容易透過血管內(nèi)皮細胞間的間隙而滯留于腫瘤組織中，從而實現(xiàn)EPR效應(yīng)[13]。Guo等[14]利用酯化反應(yīng)將FH多肽偶聯(lián)到包載阿霉素的脂質(zhì)納米泡表面，制成多肽-納米泡復(fù)合物，在外界超聲波的作用下，該多肽-納米泡發(fā)生瞬態(tài)空化效應(yīng)，藥物釋放量顯著增大，釋放的阿霉素被腫瘤細胞吸收，且吸收取決于暴露時間和超聲強度；同時，還發(fā)現(xiàn)該納米泡經(jīng)過超聲作用后，在腫瘤中觀察到藥物濃度顯著增加，從而有更強的腫瘤抑制作用。然而，該納米泡的載藥量偏低，從而限制了其抗腫瘤的能力，如何提高載藥量就是一個亟待解決的問題。

圖1 納米泡的瞬態(tài)空化和非惰性空化

藥物與納米泡之間的結(jié)合方式是影響載藥量的重要因素之一。因為納米泡的內(nèi)核有大量的氟碳烷烴，占據(jù)了較大的空間，導(dǎo)致核內(nèi)藥物的載藥量偏低(圖2)[15]。文獻報道[16]，以兩親性的藥物為載體材料，通過特殊的制劑技術(shù)，制備出包載氟碳烷烴的新型載藥納米泡，藥物的緩釋特性與載藥量皆得到改善，同時也可以實現(xiàn)兩種藥物的協(xié)同治療效果。Liang等[17]將親水性的喜樹堿與疏水性的氟尿苷通過酯鍵相互連接，合成兩親性藥物，隨后包載全氟丙烷，實驗證明，該藥物遞送系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好，載藥量為56.7%。喜樹堿與氟尿苷分子都具有一定的抗癌效果，但是它們對于肝、腎以及泌尿系統(tǒng)都有毒性，而制成納米泡后不僅可以使藥物聚集于靶位，減少其毒副作用，還可以通過體內(nèi)酸性條件的水解實現(xiàn)協(xié)同給藥，增強抗腫瘤效果并減少耐藥性。

圖2 藥物遞送系統(tǒng)

但是，很多易發(fā)生水解、光解和氧化等反應(yīng)的藥物可能就不太適合采用上述工藝進行包載，以免藥物發(fā)生降解，所以，應(yīng)該針對不同藥物的性質(zhì)篩選出合適的處方與工藝以提高納米泡的包封率和載藥量。另外，輔料的毒性也宜做長期、系統(tǒng)性的研究，有助于進一步降低制劑的毒副作用，例如：十二烷基硫酸鈉(SDS)作為乳化劑能夠改善納米泡載藥微粒的分散性，亦作為增溶劑能夠提高包封率和載藥量，但是SDS具有溶血效應(yīng)，長期服用可能會使人體產(chǎn)生不良反應(yīng)，所以，其加入量必須根據(jù)試驗結(jié)果來決定[18]。

3 開放血腦屏障

血腦屏障是由腦和脊髓的毛細血管內(nèi)皮組成的屏障，可阻止有害成分進入大腦。而正常的脂溶性小分子物質(zhì)(如神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)營養(yǎng)肽、細胞因子等)，則易于通過血腦屏障[19]。

血腦屏障雖然保護了中樞神經(jīng)系統(tǒng)不受外界環(huán)境的干擾，但是當(dāng)大腦出現(xiàn)疾病需要治療時，藥物卻因為無法透過血腦屏障而不能完全發(fā)揮治療作用[20]。通過對藥物的結(jié)構(gòu)進行改性，使其可以進入血腦屏障，例如多肽性藥物糖基化(糖基化是在糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將糖轉(zhuǎn)移至蛋白質(zhì)的過程)以降低氫鍵的鍵能或者用聚乙二醇進行改性都可以提高藥物的透過性。但是并不是所有的藥物都能靠修飾來提高透過性[21]；另外一種方式是用甘露醇和阿拉伯膠的高滲溶液使腦細胞脫水收縮，細胞間隙增大，血腦屏障打開，該方法在臨床上已經(jīng)廣泛應(yīng)用[22]。Neuwelt等[23]用此法可以使酶和單克隆抗體進入腦內(nèi)的量增加3至4倍。但是開放的面積太大也可能會使一些毒素或者異物進入大腦，使腦細胞壞死，同時甘露醇與阿拉伯膠濃度過高也會對大腦造成嚴(yán)重的毒副作用。

納米泡在聚焦超聲的作用下，發(fā)生瞬態(tài)空化效應(yīng)，可以短暫的開放血腦屏障，使載體進入腦內(nèi)成像或者給藥(圖3)[24]。納米泡的粒徑小，開放面積也比甘露醇小，使得毒素或者異物不易進入大腦，減少患者的腦部損傷[11]。Cheng等[25]將普朗尼克加入至DPPC、DPPA和DPPE的混合物中制備載體，然后包載氣體制備脂質(zhì)納米泡。結(jié)果表明，該納米泡在經(jīng)顱聚焦超聲的作用下可以打開血腦屏障，且效果優(yōu)于微泡。Cheng等[26]研究在聚焦超聲的作用下，普朗尼克-脂質(zhì)納米泡的濃度對血腦屏障開放的影響，實驗表明：當(dāng)將該納米泡的濃度以1∶1、1∶10和1∶100三個濃度進行稀釋，在超聲的作用下，都能成功打開血腦屏障，且納米泡的濃度越大，成像時間越長。將納米泡的血腦屏障開放技術(shù)與遞藥系統(tǒng)相結(jié)合，就為某些腦部疾病(如腦瘤、阿爾茨海默病、帕金森綜合癥等)提供了新的診療思路[27]。

圖3 聚焦超聲作用下納米泡開放血腦屏障的示意圖

4 磁共振成像

與超聲成像類似，磁共振成像也是一種無創(chuàng)性的成像技術(shù)，在臨床應(yīng)用極為廣泛，主要優(yōu)點是可以得到高分辨率的軟組織成像對比圖[28]。為了進一步提高磁共振成像的對比度，常需加入造影劑，傳統(tǒng)的磁共振成像造影劑主要是鐵化合物、錳螯合物、釓螯合物等[29]。

5 展 望

綜上所述，納米泡可實現(xiàn)成像和給藥一體化的治療模式，這不僅有不可估量的醫(yī)學(xué)價值和經(jīng)濟效益，還有巨大的科研前景[33]。未來納米泡的研究還需要從以下幾方面進一步完善：對于制備納米泡所需的惰性氣體與輔料的生物毒性，需做長期、系統(tǒng)性的研究；此外，雖然文獻報道制備出來各種各樣的納米泡，并證明具有良好的成像效果，但是市場上卻鮮有納米泡造影劑的產(chǎn)品，這說明納米泡的處方和工藝仍需改進，穩(wěn)定性有待提高，才能滿足臨床的需求。