纳米级造影剂在超声分子显像与靶向治疗中的研究进展

纳米级造影剂在超声分子显像与靶向治疗中的研究进展

徐丽荣陆永萍（审校）（通讯作者）

徐丽荣陆永萍（审校）（通讯作者）

（昆明医科大学第四附属医院云南省第二人民医院超声科云南昆明650021）

【摘要】随着纳米技术与分子成像技术的迅速发展，造影剂进入了纳米时代，近年来出现了多种纳米级造影剂，较常规微米造影剂凸显出独特的优势，本文就纳米级造影剂的研究现状、应用进展、存在问题展开综述。

【关键词】纳米技术分子成像技术靶向治疗超声显影微泡

【中图分类号】R319【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2013）30-0354-02

近年来，随着生物纳米技术的迅猛发展，超声微泡类造影剂在超声分子成像技术与靶向技术的应用取得了许多研究成果。而常规超声造影剂为微米级微泡，不能透过血管壁，只能在血管内发生血池内显影[1]，这使得超声分子成像研究受到了一定的限制。因此，寻找更高效和更强穿透力的理想靶向造影剂成为超声显像领域最为重要的研究方向。而纳米级造影剂的出现和开发应用将推进超声分子显像技术和靶向治疗进一步发展。

一、纳米级造影剂的特性和优势

纳米级造影剂是指粒径在纳米尺度（<1000nm）范围的造影剂。纳米级超声造影剂主要由两部分组成：内核成分和成膜材料，因制作成分的不同而具有不同的特性。（1）纳米级氟烷乳剂造影剂的内核成分为氟烷液体，因此具有表面张力小，穿透性及稳定性强的特点，有望成为一种功能多样化的造影剂。（2）纳米级氟烷类造影剂，核心成分氟烷在常温状态下为气态，因此与氟烷乳剂造影剂相比，其背向散射回声相对较强，但提高了增强效果。（3)纳米级脂质体造影剂用脂类物质如：磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰甘油(PG)及胆固醇等按不同比例处理后而成，可有较好的散射特性及稳定性。

纳米级微泡不仅具有微米级微泡的特点，同时还具有更多更独特的优势：（1）粒径小，可自由通过血管内皮间隙，在一定程度上能逃逸内皮系统（RES）的识别[2]，同时稳定性强，可在血液循环中存留更长的时间[3]，有利于实验和治疗的有效进行；（2）具有极强的穿透力，可以在某些器官血管区外渗，通透性的增加和滞留效应（EPR）使得其在该区域被动积聚，呈现器官累积现象；（3）研究表明，疾病（肿瘤）状态下，血管内皮间隙可允许直径小于700nm的颗粒通过[4]，这为纳米级造影剂应用于血管外靶组织成像，实现病变组织的特异性成像提供了理论依据。

二、纳米级造影剂在超声分子显象技术中的应用与优势

相较于传统超声造影而言，纳米级造影剂高度符合超声分子显像对理想造影剂的要求，而被逐渐应用于特异性的超声分子成像。

目前报道最多的纳米级造影剂是液态氟烷纳米粒、乳粒，其靶向性优于普通微泡。Lanza等[5]应用连接生物素的液态氟烷纳米粒靶向显像带有亲和素的硝基纤维膜（30-50MHz探测）在体外实验中，其增强效果达到66dB。使用靶向纤维素的氟烷纳米乳剂对血栓显像（7.5MHz探测）在体外实验中的结果显示，血栓影像得到明显特异性增强。

另一类纳米级脂质体造影剂具有散射特性，其内部不含气体，Demons等[6]在脂质体上连接纤维蛋白素原抗体或细胞间粘附分子抗体，靶向显示小猪体内动脉粥样斑块和血栓，结果显示，连接纤维蛋白素原抗体靶向的脂质体使得粥样斑块的纤维成分部分和血栓的显影明显增强，而连接细胞间粘附分子抗体靶向的脂质体明显增强了早期粥样斑块的显影。

三、纳米级造影剂在靶向治疗中的应用

1、肿瘤的早期诊断与治疗

肿瘤是超声诊断的主要适应症，因此研制出对肿瘤细胞自身特异性抗原的靶向造影剂，从而实现对肿瘤细胞的特异性分子成像具有重要意义。粒径<700nm的纳米颗粒可穿过肿瘤新生血管孔径，进入周围的肿瘤组织中积聚成像，进而实现肿瘤早期的特异性诊断和靶向治疗。

靶向纳米脂质超声微泡主要通过以下几种机制实现肿瘤治疗：（1）诱导肿瘤细胞凋亡：当微泡积聚到靶组织区时，超声的空化效应使微泡破裂迅速释放积聚的能量，其产生的机械效应直接损伤肿瘤细胞，细胞膜通透性增加，线粒体肿胀，从而引起细胞凋亡。（2）介导肿瘤微血管栓塞导致肿瘤缺血坏死:血管微生物效应证实，低频超声辐射下的超声造影剂会损伤血管内皮表面[7]，受损内皮细胞激活内源性和外源性凝血，诱发微血管内血栓形成并引起栓塞，导致局部肿瘤缺血坏死。（3）介导抗肿瘤药物的运输：通过微泡携带抗肿瘤药物到达靶区，在一定剂量的超声辐射下破坏微泡，产生的休克波使细胞产生声孔，由于靶区的细胞间隙变大，有利于携带有抗肿瘤药物的纳米级微泡造影剂进入靶组织。

2、介导肿瘤的靶向治疗

通过在纳米级微泡上构建特异性识别肿瘤细胞的配体，使得微泡运输抗肿瘤药物具有靶向性。大量的整合素，粘附分子受体，生长因子受体在肿瘤的新生血管内皮细胞表达，同时它们也是抗肿瘤药物的靶向位点和微泡的作用位点，还是肿瘤细胞引起血管栓塞的靶向位点。不仅可以实现对肿瘤血管的靶向显影，同时可以靶向释放抗肿瘤药物。

四、纳米级造影剂存在的问题与展望

尽管纳米级造影剂在超声分子成像和靶向治疗中的应用令人鼓舞，但仍然处于起步阶段，尚有许多问题需要进一步研究和解决。主要有以下几方面：

1、纳米级造影剂的制备方法还需要进一步的完善：首先，要制备出符合粒径小、稳定性好的纳米级造影剂，以便优化纳米级造影剂的显像效果，同时，还需要根据血管内皮细胞间隙的大小，寻求即具有较高散射强度，又可穿透血管内皮间隙的最佳粒径成为制备的难点；其次，还要确保其保存时间足够长以便实验操作和临床治疗应用。

2、纳米级微泡造影剂的粒径较小，微泡内同时含气或载药，限制了其载药率，如何提高载药率成为纳米级造影剂载药技术急需解决的技术瓶颈。

3、纳米级造影剂在与配体的连接效果可影响其靶向效率的高低。应根据特异性配体的特点及显影需要来选择适合的连接方式。由于连接增加了造影剂的粒径，影响了造影剂的穿透能力，然而已经有报道不通过连接实现靶向的自制纳米造影剂制备成功[8]。因此，这种不通过连接的靶向造影剂的制备具有非常重要的研究价值。

4、超声微泡的应用尚存在一定的风险，据报道超声破坏微泡的同时也有可能引起周围正常组织和细胞的损伤[9,10]，同时，由于相对较高的超声造影剂浓度和较长的超声脉冲，及较高的声强度导致组织和细胞的损伤[9]也无法准确估计。

总之，纳米级微泡造影剂在超声分子成像技术和靶向技术的应用是一项全新的技术，将开拓出完全崭新的领域，尽管已经取得了一些进展，但也存在不少问题尚待去解决，但随着分子生物学、纳米技术和超声医学等学科的不断发展和进一步结合，纳米级微泡造影剂的应用将会有更广阔的的应用前景。

参考文献

[1]MIillerDL,AverkiouMA,BraymanAA,etal.Bioeffectsconsiderationforultrasoundcontrastagents.JUltrasoundMed,2008,27(4):611-632.

[2]GauroraU,SahooSK,DeTK,etal.Biodistributionoffluoresceinateddextranusingnovelnanoparticlesevadingreticuloendothelialsystem[J].IntJPharm,2000,202(1-2):1-10.

[3]MoghesMS,MarchJN,,HallCS,etal.Acoustcharactriztioninwholebloodandplasmaofsitelargetednanoparticleultrasoundcontrastagentformolecularimagining.JAcoustSocAm,2005,117(2):964-972

[4]OeffingerBE,WheatlyMA.Developmentandcharacterizationofnano-scalecontrastagent[J].

[5]LanzaGM,WallaceKD,FischerSE,etal.High-frequencyultrasonicdetectionofthrombowithtargetedcontrastsystem.UltrasoundMedBiol,1997,23:863-870.

[6]WinterPM,CaruthersSD,KassnerA,etal.Molecularimagingofangiogenes

[7]HwangJH,ZHouY,WarrenC,etal.Targetedvenousoclusionusingpulsedhigh-intensityfocusedultrasound[J].IEETransBiomedEnq,2010,57(1):37-40.

[8]刘学兵，王志刚等，纳米级靶向造影剂的制备及对兔VX2肝肿瘤的显影试验，中国超声医学杂志，2009,25（1）:5--7

[9]BekeredjianR,GrayburnPA,ShoherRV.Useofultrasoundcontrastagentsforgeneordrugdeliveryincardiovascularmedicine[J].JAmCollCaydiol,2005,45(3):329-335.

[10]HernotS,KlibanovAL.Microbubblesinultrasound-trig-gereddrugandgenedelivery[J]AdvDrugDelivRev,2008,60(4):1014-1020.

[基金项目]：基金1：纳米级靶向性超声造影剂包裹Atorvastatin对兔不稳定斑块的治疗研究云南省科技厅基础应用计划项目，编号2011FZ288；基金2：云南省高层次卫生技术人才培养专项经费资助，基金号D201204.