李鵬飛，王建南，許建梅

(蘇州大學(xué),a.紡織與服裝工程學(xué)院;b.紡織行業(yè)醫(yī)療健康用蠶絲制品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州 215027)

經(jīng)動(dòng)脈化療栓塞術(shù)(Transcatheter arterial che-moembolization，TACE)是一種癌癥腫瘤的姑息治療方法，其通過在目標(biāo)動(dòng)脈中設(shè)置導(dǎo)管，經(jīng)過導(dǎo)管引入栓塞材料，以阻塞癌癥腫瘤的血液流通和營(yíng)養(yǎng)供給，來抑制腫瘤的生長(zhǎng)。栓塞材料中可負(fù)載化療藥物，如阿霉素、順鉑、絲裂霉素[1-3]等，在病灶區(qū)域緩慢釋放，同時(shí)達(dá)到局部化療的效果。該方法自1976年首次提出以來，由于其微創(chuàng)性和顯著的治療效果已經(jīng)發(fā)展成為非手術(shù)治療的首選介入治療方法[1]。栓塞材料的選擇與使用很大程度上決定了TACE的成功與否[4]。理想的栓塞材料需要具備以下性質(zhì)：a)可以順利通過導(dǎo)管，不會(huì)粘滯或堵塞；b)無免疫原性，有良好的生物相容性；c)尺寸可以適應(yīng)目標(biāo)血管，阻斷血氧供應(yīng)并阻礙血管再生。目前，這些栓塞材料包括液體栓塞材料，例如2-氰基丙烯酸正丁酯(NBCA)、瑪瑙；固體栓塞材料，例如明膠海綿、栓塞微球；機(jī)械裝置栓塞材料，例如線圈、可拆卸氣球[5]。而在以上這些栓塞材料中，高分子栓塞微球因?yàn)槠湫螤钆c尺寸可控，具有壓縮性、彈性和一定硬度[3]，較大的比表面積利于負(fù)載藥物等優(yōu)點(diǎn)成為最常用的栓塞材料之一。

但常規(guī)的高分子栓塞微球在臨床應(yīng)用中存在一些不足，如以三丙烯明膠微球(Embosphere)、聚乙烯醇微球(DC Bead、HapaSphere)為代表的永久性栓塞微球可降解性差，導(dǎo)致炎癥與異物反應(yīng)[6]、復(fù)發(fā)后無法再次栓塞[7]等副作用；通過浸泡，僅在表面結(jié)合負(fù)載化療藥物的栓塞微球，藥物釋放速度快、釋放過程不受控制，使得化療的效果受到限制；淀粉、明膠等不透射線材質(zhì)的栓塞微球自身無法實(shí)時(shí)成像，不能準(zhǔn)確追蹤其位置與大小。因而，按照臨床上對(duì)栓塞微球的某一方面的特別需求，開發(fā)相應(yīng)的具有某類功能性的高分子栓塞微球的發(fā)成為未來的研究方向。這些功能性栓塞微球包括生物降解型、環(huán)境響應(yīng)型、可視化型、放射性型，或者同時(shí)具有以上多種功能等。

可生物降解型栓塞微球的基本目的是微球降解后：a)體積縮小便于栓塞遠(yuǎn)端更細(xì)小的血管；b)其中負(fù)載的藥物得到緩釋；c)血管再通，便于再次進(jìn)行栓塞治療。雖然通過使用可降解性的材料作為基材的方法就可以實(shí)現(xiàn)此種功能性，但是單一材料成球均有一定缺陷，因此目前的研究集中在多種材料復(fù)合的可降解型栓塞微球上，且均停留在臨床試驗(yàn)階段。環(huán)境響應(yīng)型栓塞微球大多以上述可生物降解型栓塞微球作為基礎(chǔ)，將環(huán)境敏感物質(zhì)作為修飾材料，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的溫度、pH、光、磁、微波等環(huán)境因素的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以達(dá)到術(shù)前預(yù)溶脹、緩釋化療藥物、協(xié)同熱療等功能，但腫瘤的內(nèi)外環(huán)境變化并不單一，因此這些研究也只在試驗(yàn)階段顯示出預(yù)期的效果。可視化型栓塞微球則是通過包埋不同類型的顯影劑，來實(shí)現(xiàn)微球在腫瘤血管中自身顯影，以確定其具體位置，達(dá)到靶向栓塞和療效直觀評(píng)價(jià)的功能性。由于此類微球?qū)嶒?yàn)效果與臨床應(yīng)用不一致，且成像預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和合理性仍受到質(zhì)疑，因此，只有個(gè)別X射線可視化微球投入商業(yè)化使用。放射性型栓塞微球主要通過添加放射性元素，來實(shí)現(xiàn)栓塞協(xié)同放療的功能特點(diǎn)，此類微球的研究有較為成熟的、商業(yè)化面市的先例，也已經(jīng)有臨床療效的評(píng)價(jià)與對(duì)比，但其成像性能的改善和放射性劑量的安全性把控，仍然是研究新型放射性型栓塞微球需要解決的問題與方向。

對(duì)此，本文主要對(duì)上述四類功能性栓塞微球的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，分析了栓塞微球各類功能性特點(diǎn)、作用機(jī)理，并指出了功能性栓塞微球研究中存在的問題與挑戰(zhàn)，對(duì)功能性栓塞微球未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 功能性栓塞微球的種類及其特點(diǎn)

本文中所討論的四類功能性栓塞微球，根據(jù)載體材料或應(yīng)用方式還可以具體地分為更多類型。比如可降解栓塞微球可分為蛋白質(zhì)類、多糖類、合成聚合物類等可降解栓塞微球；具有環(huán)境響應(yīng)功能的栓塞微球還可分為pH響應(yīng)、溫度響應(yīng)、光熱響應(yīng)、磁熱響應(yīng)、微波熱響應(yīng)類栓塞微球；可視化栓塞微球可分為CT成像可視化、MRI成像可視化等類別；放射型栓塞微球根據(jù)負(fù)載的放射性元素也可進(jìn)行細(xì)分。表1從制備材料、負(fù)載藥物、制備方法等多個(gè)方面列舉了各類功能性栓塞微球的代表性研究，從 表1 中可以看到目前栓塞微球常用的載體材料主要有海藻酸鈣(CA)、殼聚糖(CS)、膠原(CO)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)、聚乙二醇(PEG)、聚苯乙烯(PS)以及一些衍生物如羧甲基殼聚糖(CCN)、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)等；各類微球的制備方法以傳統(tǒng)的乳化法為主，還包括超聲霧化、噴霧干燥、微流控等方法，而賦予其功能性的方法則是混合特異性的功能材料，如溫敏的聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)、微波敏感的離子液體(ILS)、X射線可視的三碘苯甲酸(TIBA)等；微球形態(tài)大多為規(guī)則球形，尺寸分布從幾微米到幾百微米各自不同，但大部分集中在20～200 μm左右；這些栓塞微球在滿足栓塞腫瘤血管的基礎(chǔ)功能上，具備了一定時(shí)間內(nèi)可生物降解、溫度或pH響應(yīng)控釋藥物、光熱協(xié)同治療、可追蹤成像顯影、放射性標(biāo)記放療等另外的功能。

表1 功能性高分子栓塞微球的代表性研究Tab.1 Representative research of functional polymer embolic microspheres

2 可生物降解型栓塞微球

相較于常規(guī)的栓塞微球，可生物降解的栓塞微球在進(jìn)入血管后可以在幾天到幾個(gè)月內(nèi)發(fā)生降解，以往的研究顯示，這種降解性可以使得血管栓塞成為臨時(shí)性的，幾乎不會(huì)損傷腫瘤周圍的正常組織，為正常組織功能下降的患者提供了治療方法。同時(shí)，這類微球可以實(shí)現(xiàn)多次栓塞，避免了因?yàn)檠茉偕蛑Я餮芏氯煌耆珜?dǎo)致的腫瘤復(fù)發(fā)的問題。再者，配合可生物降解的栓塞微球，某些需要多次用藥的化療藥物可以通過再通血管輸入，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其可控釋放[17-19]。而栓塞微球是否具有生物降解性質(zhì)，主要取決于微球所使用的材料。不能生物降解或者降解性較差的材料主要有聚乙烯醇、聚丙烯酸等，這類材料不會(huì)因?yàn)樗?、氧化、酶活性反?yīng)而產(chǎn)生鍵斷裂，可以永久性地存在目標(biāo)生物體中；可以生物降解的材料主要包括明膠、絲素蛋白等蛋白質(zhì)類；殼聚糖、海藻酸鈉、淀粉等多糖類；聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸等合成聚合物類。

2.1 蛋白質(zhì)類

明膠是一種天然線性聚合物[19]，作為膠原蛋白的變性產(chǎn)物，化學(xué)成分和生物功能與膠原蛋白相似[20]，在蛋白酶的作用下，肽鍵斷裂，可以水解為小分子的多肽和多種氨基酸，具有良好的生物相容性和生物降解性。但是，傳統(tǒng)的明膠海綿顆粒栓塞劑形狀不規(guī)則，且無法負(fù)載抗癌藥物。為了解決該問題，Zhang等[20]通過反向懸浮交聯(lián)和表面修飾羧基的方法，制備了可有效負(fù)載阿霉素的改性明膠栓塞微球。在PBS溶液中的降解實(shí)驗(yàn)表明，該明膠栓塞微球在20天后可幾乎完全降解?？梢?，明膠降解速度過快，可通過與其他降解較慢的材料復(fù)合制備微球，以獲得降解可控的栓塞微球。

絲素蛋白是一種通過蠶絲脫膠后得到的天然高分子聚合物，由18種不同的氨基酸組成[21]，其基本結(jié)構(gòu)為一條重鏈和一條輕鏈通過二硫鍵連接而成的二聚體，具有α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)[22]。由于其可以在蛋白酶的作用下水解為無毒副作用的氨基酸和肽鏈段，故被視為具有優(yōu)異的生物降解性。且不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)組成的結(jié)晶構(gòu)象和無定形區(qū)間的比例影響了絲素蛋白的降解性和降解速率[22-23]。同時(shí)，絲素蛋白的多種氨基酸具有不同的官能團(tuán)，可以進(jìn)行不同程度的修飾，以便其負(fù)載各種性質(zhì)的藥物或者復(fù)合其他材料。但是，絲素蛋白制成尺寸較大的微球成球性較差，常與其他材料復(fù)合改善其成球性。對(duì)此，Chen等[24]用海藻酸鈉修飾絲素蛋白，通過乳化交聯(lián)法制得栓塞微球，具體過程如圖1所示。在胰蛋白酶的降解實(shí)驗(yàn)中，該微球在第21天失重20.8%，表明其具有一定的降解性，可以再通血管后進(jìn)行二次TACE。

圖1 海藻酸鈉修飾絲素蛋白栓塞微球的制備過程Fig.1 Schematic illustration of the preparation process of SA-modified SF embolic microspheres

2.2 多糖類

殼聚糖是一種天然多糖，來源于甲殼類動(dòng)物的外骨骼，其基本結(jié)構(gòu)為氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖通過1,4-糖苷鍵連接，本質(zhì)是甲殼素的脫乙?；苌?。殼聚糖在體內(nèi)會(huì)被溶菌酶降解為氨基葡萄糖。由于溶菌酶會(huì)破壞葡萄糖胺-葡萄糖胺、葡萄糖胺-N-乙酰-葡萄糖胺和N-乙酰-葡萄糖胺-N-乙酰-葡萄糖胺3種糖苷鍵，因此殼聚糖的乙?；潭仍礁撸傅淖饔梦稽c(diǎn)越多，殼聚糖降解速度越快[25]。但是，由于殼聚糖僅溶于酸性試劑，一般可通過對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾來達(dá)到水溶性，如羧甲基化，同時(shí)其含有游離的氨基，帶有正電荷，可以與陰離子型的氧化羧甲基纖維素進(jìn)行復(fù)合，Weng等[8]即采用反相乳液法制備了羧甲基殼聚糖-氧化羧甲基纖維素水凝膠栓塞微球。該微球的兩批次樣品，在4 mg/L溶菌酶磷酸鹽緩沖液中分別在14天和30天后降解。

海藻酸鈉是一種天然陰離子聚合物，通常從棕色海藻中提取，其分子結(jié)構(gòu)是由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic，M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic，G)按(1→4)鍵連接而成。其生物降解性與G、M嵌段比例有關(guān)。一般情況下，降解G段和M段需要不同的藻酸鹽裂解酶，但也存在一些海藻酸鹽裂解酶對(duì)G段和M段都存在裂解活性，并且對(duì)G段、M段的活性不同，因此G、M嵌段比例會(huì)影響海藻酸鈉的降解速率[26]。Forster等[27]采用液滴發(fā)生器制備了高M(jìn)含量(59%)和高G含量(68%)的高分子量海藻酸鈉微球，監(jiān)測(cè)其在綿羊子宮模型中的大小和重量變化，發(fā)現(xiàn)4周回復(fù)到原始尺寸，12周尺寸降至原始尺寸以下，發(fā)生降解跡象，但是3個(gè)月后依然可以觀察到完整的微球。這表明高純度、高分子量的海藻酸鈉微球雖然可以生物降解，但降解時(shí)間很長(zhǎng)，可以近似看作半永久性的栓塞微球。

淀粉作為價(jià)格低廉、來源廣泛的一種多糖，其易在淀粉酶催化作用下降解為葡萄糖，具有較好的生物降解性。Sommer等[6]以水解馬鈴薯淀粉為材料，采用化學(xué)交聯(lián)和甘油醚基取代的方法制備了可生物降解的淀粉栓塞微球L1(540 μm)和L2(510 μm)。在血清a-淀粉酶體外酶的作用下，兩種微球都可以在54～72 h內(nèi)降解。

2.3 合成聚合物類

聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)均為人工合成的高聚物。其中，PLA和PGA可以分別水解為乳酸(LA)和羥基乙酸(GA)小分子，之后在相關(guān)酶的作用下降解為H2O和CO2，而GA由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降解速度較LA更快；PLGA則是通過酯鍵斷裂水解為L(zhǎng)A和 GA，再進(jìn)一步降解為H2O和CO2。因此，一般可以通過調(diào)整化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成來控制其降解速率[28]。例如，聚乳酸-羥基乙酸微球的合成中，調(diào)整LA與GA的比例對(duì)其降解速率有一定影響[29]。Lu等[30]以 1∶1.06 的LA/GA比值，采用溶劑蒸發(fā)和液相誘導(dǎo)相分離的方法制備了負(fù)載5-氟尿嘧啶的PLGA栓塞微球。其在室溫PBS溶液中，27天可基本降解，60天可完全降解。

3 環(huán)境響應(yīng)型栓塞微球

環(huán)境響應(yīng)型栓塞微球是指可以根據(jù)外界環(huán)境變化，改變自身的組成、結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功能的調(diào)整與變化的栓塞微球載體。這種環(huán)境變化可以是腫瘤內(nèi)部環(huán)境特點(diǎn)造成的變化，如pH值、血氧含量等；也可以是人為外加的環(huán)境變化，如溫度、光照、磁場(chǎng)等。通過對(duì)一般的高分子栓塞微球進(jìn)行修飾改性，使其對(duì)這些環(huán)境變化刺激有一定響應(yīng)性，以達(dá)到栓塞微球的靶向輸送、負(fù)載藥物的控制釋放以及協(xié)同療法的實(shí)現(xiàn)與增強(qiáng)等目的。根據(jù)其對(duì)不同環(huán)境變化的響應(yīng)性，可以分為pH響應(yīng)類，溫度響應(yīng)類，光、磁、微波響應(yīng)熱療類。

3.1 pH響應(yīng)類

由于腫瘤繁殖能力強(qiáng)，代謝速率快，導(dǎo)致積累大量乳酸，因此其內(nèi)環(huán)境往往偏酸性，pH可以低至6.15[31-32]。利用腫瘤組織的pH梯度差異，可以通過在微球表面修飾pH響應(yīng)材料來制備栓塞微球，當(dāng)栓塞微球到達(dá)腫瘤的低pH環(huán)境中時(shí)，表面修飾材料的基團(tuán)(如羧基、氨基)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，聚合物大分子鏈發(fā)生構(gòu)象轉(zhuǎn)變，并可能伴隨相變。Lu等[33-34]先后采用超支化聚氨基酸(HPTTG)和三嵌段多肽(PGTTCs)兩種pH響應(yīng)材料制備了栓塞復(fù)合微球，該兩種材料均通過受pH控制的相變性質(zhì)，在腫瘤部位形成凝膠，增強(qiáng)了栓塞效果。其中，超支化聚氨基酸的pH響應(yīng)和凝膠化機(jī)理如圖2所示。

圖2 HPTTG栓塞微球凝膠化的機(jī)理Fig.2 Gelation mechanism of HPTTG embolization microspheres

3.2 溫度響應(yīng)類

將溫敏材料作為基材或者修飾材料，可以制備得到溫度響應(yīng)類的栓塞微球，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，微球中的溫敏部分會(huì)發(fā)生溶脹率的劇烈變化，收縮并釋放負(fù)載的藥物，以此達(dá)到藥物緩釋的目的。Seo等[9]利用聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)在低臨界溶液溫度(32 ℃)下的熱響應(yīng)性質(zhì)，通過微流控技術(shù)制備了聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)-聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)栓塞微球。根據(jù)低分子熒光染料的負(fù)載實(shí)驗(yàn)顯示，室溫(24 ℃)下微球溶脹吸收染料，生理溫度(36 ℃)下收縮釋放染料，證明了其可以實(shí)現(xiàn)小分子藥物的控釋的可行性。Van Elk等[35]將溫度敏感的脂質(zhì)體(含有阿霉素和Gd(HPDO3A)(H2O))包裹在鋇離子交聯(lián)的海藻酸鈉微球中，制備了可以控制阿霉素釋放的栓塞微球，將其與鈥離子交聯(lián)的海藻酸鈉微球同時(shí)注射，可以使得微球在溫度響應(yīng)釋放阿霉素的同時(shí)，得到熱療前后經(jīng)過Gd(HPDO3A)(H2O)和鈥離子加權(quán)的MR圖像，以此反映其在體內(nèi)沉積和溫度觸發(fā)釋放的效果，具體如圖3所示。

圖3 鋇離子交聯(lián)海藻酸鈉微球包裹溫度敏感脂質(zhì)體(TSL)的作用原理Fig.3 Mechanism of barium ion crosslinked sodium alginate microspheres encapsulated temperature sensitive liposomes (TSL)

3.3 光、磁、微波響應(yīng)熱療類

熱療一般指熱消融療法，通過外加的電場(chǎng)、微波場(chǎng)、磁場(chǎng)或者光照[10,36-37]產(chǎn)生熱效應(yīng)，直接導(dǎo)致腫瘤產(chǎn)生熱損傷而凝固性壞死，與TACE中的栓塞和化療均具有一定的協(xié)同作用。但單一的熱療只對(duì)2、3 cm 以內(nèi)的腫瘤有顯著作用，對(duì)于大于5 cm的腫瘤的控制效果會(huì)大大下降[36-37]。將可以響應(yīng)熱療的材料與TACE的栓塞微球結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)栓塞、化療和熱療相互協(xié)同治療的目的，目前研究的響應(yīng)型熱療栓塞微球主要有光熱療、磁熱療、微波熱療等幾類。

3.3.1 光熱療

利用一些納米顆粒對(duì)于近紅外光的吸收能力，可以賦予栓塞微球一定的光熱響應(yīng)性。Hou等[10]通過微流控技術(shù)將金納米星原位包裹在海藻酸鈣微球中，制備了可以吸收近紅外光的光熱療栓塞微球，在808 nm的紅外光的照射下，包覆金納米星的海藻酸鈣微球的溫度增量最高可達(dá)67 ℃。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這些光熱轉(zhuǎn)化的熱量可以殺死更多腫瘤細(xì)胞，使HepG2細(xì)胞的存活率從52%降至11%。然而，光熱療只能應(yīng)用于幾毫米深的淺表性癌癥腫瘤，無法深入滲透人體病灶部位[32]。因此，對(duì)于較大的腫瘤或者特殊部位的腫瘤，光響應(yīng)的熱療栓塞微球可能會(huì)存在消除不徹底的問題。

3.3.2 磁熱療

相較于光熱療，磁熱療借助磁性納米顆粒和外加磁場(chǎng)產(chǎn)生熱效應(yīng)，具有較高的滲透性。其中，使用最為廣泛的磁性納米顆粒是順磁性的Fe3O4納米顆粒，而Aono等[11]發(fā)現(xiàn)MgFe2O4納米顆粒的熱效應(yīng)要高于Fe3O4以及其他鐵氧化物的納米顆粒的熱效應(yīng)，并通過噴霧干燥法制備了含有MgFe2O4納米顆粒的栓塞微球，實(shí)驗(yàn)證明了在交流磁場(chǎng)中，該微球樣品的溫度增量可達(dá)34 ℃，發(fā)熱能力的提升可以提高栓塞微球的協(xié)同熱療效果。然而，其中并未涉及含有磁性納米顆粒的栓塞微球的生物安全性實(shí)驗(yàn)，且臨床需要高濃度的磁性納米顆粒才能達(dá)到熱療所需溫度。因此，生物安全性和熱效應(yīng)的效率仍是限制這類栓塞微球應(yīng)用的主要問題。

3.3.3 微波熱療

將微波敏感的離子液體加載到栓塞微球中，可以實(shí)現(xiàn)微球的微波響應(yīng)。微波刺激可以深入組織內(nèi)部，且可以快速產(chǎn)生熱量。Mao等[12]采用雙乳液法制備了負(fù)載氧化鋯的mPEG-PLGA栓塞微球，在微波作用下，兔VX2肝腫瘤內(nèi)的平均溫度在6 s內(nèi)上升到60 ℃，在2 min上升到130 ℃。高熱量導(dǎo)致腫瘤壞死，達(dá)到熱療效果。但是，由于微波的組織穿透性好，升溫速度快，導(dǎo)致其極易損傷周圍正常組織，造成較大的副作用。這一方面要求栓塞微球同時(shí)具備實(shí)時(shí)成像功能，以便及時(shí)監(jiān)控腫瘤消融情況；另一方面，則是依賴微波增敏性更高的微球材料，能夠低微波功率下產(chǎn)生足夠熱量，同時(shí)保護(hù)周圍正常組織。

4 可視化型栓塞微球

X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像(CT)和磁共振成像(MRI)技術(shù)在TACE治療中經(jīng)常被用于實(shí)時(shí)追蹤栓塞劑位置和評(píng)估治療效果。但是，傳統(tǒng)的栓塞微球不能在以上兩種成像技術(shù)下自身顯影，僅能借助簡(jiǎn)單混合的碘化造影劑來達(dá)到輔助可視化的目的[39]。這些造影劑在血液中具有分散性和流動(dòng)性，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確和毒性的全身擴(kuò)散[15,40]。因此，栓塞微球自身可視化的功能性開發(fā)，對(duì)于栓塞劑的實(shí)時(shí)精確定位、治療效果的準(zhǔn)確評(píng)估均有實(shí)際意義。目前，該方面的研究集中在CT成像可視化、MRI成像可視化和CT/MRI雙模成像可視化3個(gè)方面。

4.1 CT成像可視化

使具有輻射透過性的微球材料，通過物理包埋或者化學(xué)結(jié)合的方式，獲得X射線的不透明性，是制備CT成像可視化栓塞微球的基本方法。其中，物理包埋法主要是將不透射線填料，如鋇鹽、二氧化鋯等，與栓塞微球的基體材料物理混合。該方法的缺陷是，這些填料往往和基體材料結(jié)合得不夠牢固，會(huì)從基材中分離或浸出，導(dǎo)致成像模糊，甚至還會(huì)引起系統(tǒng)毒性[11]。而化學(xué)結(jié)合法主要通過不透輻射的單體與基體共聚、含有不透輻射功能的基團(tuán)接枝修飾等方法，賦予微球成像特性，目前，以含碘化合物的運(yùn)用為主。例如，Sang等[40]采用含碘化合物4,4′-異丙基二-(2，6-二碘苯酚)(IBPA)作為擴(kuò)鏈劑，合成了碘化聚L-乳酸基聚氨酯(I-PLAU)，再采用雙乳化(W/O/W)溶劑蒸發(fā)法制備了負(fù)載阿霉素的I-PLAU微球，如圖4所示。在X射線下，兩種不同基材與碘化物比例的栓塞微球的輻射不透性經(jīng)過定量測(cè)試，大致與2.13 mm和2.84 mm厚度的鋁相等。Wang等[13]通過三碘苯甲酸(TIBA)作為封端劑制備了X射線不透明聚乳酸(PLA)，再采用W/O乳化法制備了CT成像栓塞微球。其中，與線形2臂端TIBA聚乳酸微球相比，星形4臂端TIBA聚乳酸微球的CT成像效果較優(yōu)，實(shí)驗(yàn)表明，其在降解期間的碘含量沒有急劇下降，顯示出優(yōu)于2 mm厚的鋁的成像度?？梢?，栓塞微球的CT成像效果不僅與合成基材中碘化合物的用量有關(guān)，還與結(jié)合材料的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，可以與含碘封端劑結(jié)合的點(diǎn)位越多，成像效果越好。

圖4 I-PLAU/DOX微球的制備與表征Fig.4 Preparation and characterization of I-PLAU/DOX beads

4.2 MRI成像可視化

制備MRI成像可視化栓塞微球主要是通過在微球的基材中加入順磁性、超順磁性物質(zhì)，賦予微球一定MR對(duì)比性。順磁性物質(zhì)主要指一些鑭系元素，而超順磁性物質(zhì)多為鐵氧化物。Oerlemans等[41]采用射流切割法制備了交聯(lián)鑭系元素的海藻酸鈉栓塞微球，通過比較單位濃度下交聯(lián)各種元素的海藻酸鈉微球在MR信號(hào)下的弛豫速率，發(fā)現(xiàn)與鈥(Ho3+)元素交聯(lián)的微球造影效果最好，其次是鏑(Dy3+)、釓(Gd3+)、鋱(Tb3+)。Liu等[42]以卡拉膠、異煙肼和超順磁性氧化鐵納米顆粒(SPIO)為原料，采用W/O乳化交聯(lián)法制備了多孔栓塞微球，在MR信號(hào)下，SPIO聚集的區(qū)域與周圍組織相比會(huì)顯得更暗，該微球可以清楚地顯示栓塞區(qū)域。而Liu等[14]則是通過乳液聚合和化學(xué)沉積的方法制得PS/Fe3O4納米顆粒內(nèi)核，再通過溶膠凝膠法在其上包覆介孔有機(jī)硅，得到了磁性介孔栓塞微球，在MR信號(hào)下可以清晰地成像。所以，本質(zhì)上MRI成像與磁熱療都是將栓塞微球與磁性物質(zhì)結(jié)合，通過其自身磁性實(shí)現(xiàn)熱消融治療和實(shí)時(shí)成像。因此，磁熱療和MRI成像往往可以結(jié)合在一起，賦予栓塞微球多功能性。

4.3 CT/MRI雙模成像可視化

CT/MRI雙模成像可視化栓塞微球則是綜合了以上兩種栓塞微球的性能，即在兩種成像技術(shù)下均可自身顯影。Wang等[15]基于超聲分散法制得的含鐵納米顆粒的液態(tài)金屬納米滴，采用銳孔-凝固浴法制備了負(fù)載磁性液態(tài)金屬納米顆粒的海藻酸鈣栓塞微球，由于液態(tài)金屬納米滴本身具有X射線不透性，其中含有的鐵納米顆粒又具有順磁性，使得該栓塞微球具有CT/MRI雙模成像可視化的雙重性質(zhì)。

5 放射性型栓塞微球

放射性型栓塞微球是指負(fù)載放射性物質(zhì)的栓塞微球，一般是通過動(dòng)脈導(dǎo)管注入到目標(biāo)腫瘤處，釋放高能量輻射來達(dá)到治療目的。癌癥腫瘤細(xì)胞對(duì)輻射敏感，但是體外放射性照射的治療方式會(huì)對(duì)正常組織有損傷，例如，大部分正常肝臟只能接受低于40 Gy劑量的輻照[43]，因此，通過向癌癥腫瘤部位輸入放射性型的栓塞微球可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的放射性治療，同時(shí)對(duì)正常組織不會(huì)產(chǎn)生很大影響[44]。目前，已經(jīng)投入商業(yè)化使用的栓塞微球主要是釔-90(90Y)微球，包含有玻璃微球、樹脂微球兩種類型，其臨床應(yīng)用的治療效果并無顯著差異[43- 44]。但是，由于釔-90的特性和玻璃、樹脂基材的限制性，導(dǎo)致這類微球生物降解性差、成像結(jié)果不可靠，影響了多次給藥和治療效果的精確評(píng)價(jià)。

出于改善以上釔-90(90Y)微球缺陷的目的，近年來對(duì)于放射性物質(zhì)的選擇不再局限于釔-90。Pang等[16]通過氯胺-T法對(duì)膠原蛋白-殼聚糖微球(CCMs)進(jìn)行了碘-131(131I)的放射性標(biāo)記，制備了131I栓塞微球。對(duì)大鼠的肝臟栓塞治療實(shí)驗(yàn)表明，相較于未經(jīng)放射性標(biāo)記的微球，經(jīng)過131I標(biāo)記的栓塞微球?qū)Υ笫蟮母伟┯忻黠@的抑制作用，且可以通過CT實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。De La Vega等[45]采用微流控技術(shù)制備了聚L-乳酸栓塞微球，并使用錸-188(188Re)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。在對(duì)大鼠的肝臟栓塞治療實(shí)驗(yàn)中，使用單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(SPECT)可以定量估算該放射性型栓塞微球?qū)δ[瘤和健康肝臟的輻射劑量，可以用于評(píng)估治療結(jié)果。

6 總結(jié)與展望

功能性栓塞微球在對(duì)腫瘤進(jìn)行化療栓塞治療的基礎(chǔ)上，可以針對(duì)腫瘤特性、載藥類型、輔助治療手段實(shí)現(xiàn)一定程度的可控降解、環(huán)境響應(yīng)、可視化與放射性。但是這些功能性的實(shí)現(xiàn)目前仍停留在實(shí)驗(yàn)層面，且還需要克服一些缺陷與問題。

a)絲素、殼聚糖、海藻酸鈉、PLGA等均是制備可降解性栓塞微球的高分子材料，但僅使用以上單一物質(zhì)制得的栓塞微球都存在其優(yōu)勢(shì)與問題。例如，純絲素制得的微球球形好，但粒徑小，溶脹率低，若制成適合栓塞的大尺寸又存在成球性差的問題；純殼聚糖微球溶脹率大，但降解速率較快，且對(duì)藥物的裝載率較低；純海藻酸鈉微球具有良好的粒徑和溶脹率，但球形較差。因此，將不同材料復(fù)合可以得到粒徑尺寸、成球性、溶脹率、載藥率均更加滿足栓塞要求的復(fù)合微球，而對(duì)于多組分復(fù)合微球，材料間的比例與分布狀態(tài)又會(huì)對(duì)降解的穩(wěn)定性和可控性帶來許多不確定性。

b)環(huán)境響應(yīng)功能是栓塞微球?qū)崿F(xiàn)靶向輸送、藥物控釋的一種途徑。但腫瘤的內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，影響微球狀態(tài)的因素并不單一，導(dǎo)致微球的包封率、形貌尺寸、緩釋效果會(huì)受到影響。因此，多重響應(yīng)的栓塞微球開發(fā)成為必要。同時(shí)，環(huán)境響應(yīng)的熱消融治療效果也會(huì)受到腫瘤深度、外刺激施加方式的限制，這需要通過進(jìn)一步開發(fā)熱效應(yīng)、增敏性更高的栓塞微球響應(yīng)材料來解決。

c)顯影材料若通過物理包埋的方式，容易從微球中泄露，導(dǎo)致毒副作用和成像模糊，而采用化學(xué)結(jié)合的方式，則涉及到化學(xué)交聯(lián)與特異性基團(tuán)的修飾過程，制備過程復(fù)雜、成本高、適用范圍狹窄。

d)新型的放射性栓塞微球目前可以通過成像分布估算其輻射劑量，但對(duì)于正常組織長(zhǎng)期作用的安全性和其自身的有效性還需要更多的實(shí)驗(yàn)與臨床研究。

對(duì)于多種功能性均具備的栓塞微球，為了實(shí)現(xiàn)盡量多的功能特性相結(jié)合的同時(shí)保證化療栓塞效果，需要針對(duì)導(dǎo)管輸入、血管栓塞、藥物緩釋、可控降解、協(xié)同治療、實(shí)時(shí)成像等環(huán)節(jié)，從材料選擇、制備方式中進(jìn)行平衡與選擇，實(shí)現(xiàn)真正意義上的多功能。