光熱型超聲造影劑用于治療腫瘤研究進展

毛盈譞，董天秀，張 浩，朱明微，楊秀華

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院腹部超聲科，黑龍江 哈爾濱 150001)

近年來，全球癌癥發病率和死亡率迅速增長，在我國亦均持續上升[1-2]。光熱治療依靠光熱劑在近紅外光(near-infrared， NIR)激發下進行光熱轉換，在腫瘤區域形成過高溫環境，使腫瘤細胞發生氧化應激反應，降低腫瘤細胞活性、促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞轉移[3-5]，相比傳統方式治療精確性更高、穩定性更佳而不良反應較少，對腫瘤局灶殺傷性更強。研究[6-7]證實超聲造影劑(ultrasound contrast agent， UCA)受超聲波激發而產生的穩定空化或慣性空化效應可發揮藥物傳遞及治療作用；UCA作為載體還可增加藥物在腫瘤部位的富集，降低藥物毒性，強化藥物殺傷腫瘤效果并改善腫瘤耐藥[8-9]。將超聲成像與光熱治療融合，開發基于光熱治療的診療一體化造影劑，不僅可定位診斷腫瘤，還可將光熱劑遞送到腫瘤部位，聯合NIR進行高效熱消融。本文圍繞光熱型UCA用于治療腫瘤研究進展進行綜述。

1 載無機光熱劑類UCA

1.1 載金屬納米粒子UCA

1.1.1 金納米粒子 金納米粒子生物相容性較好，大小易受調控，是第一代光熱型納米粒子。WANG等[10]以成人血白蛋白修飾的金納米棒(光吸收峰為760 nm)為外殼包覆全氟丙烷制備的靶向金納米棒超聲微泡可主動尋找靶點，延長在腫瘤血管中滯留的時間；金納米棒產生的等離子體光熱效應協同聲孔作用可致小鼠體內腫瘤組織壞死。LI等[11]研發的多功能相變脂質體結構中，雙層金納米粒子殼受NIR激發形成高溫，引發液態氟碳的相變并釋放阿霉素(doxorubicin， DOX)，脂質體超聲對比增強成像效果明顯，抑制腫瘤生長作用優于單純光熱治療或化學治療。

1.1.2 氧化鐵納米顆粒 Fe3O4納米顆粒(nanoparticle， NP)因其天然磁性、高敏感性和生物相容性而成為廣泛應用的核磁對比劑，在紅外光和NIR照射下具有較強的光熱效應[12]。ZHAO等[13]以嵌有超順磁性Fe3O4NP的聚乳酸-羥基乙酸(poly-lactic-co-glycolic acid， PLGA)為外殼、全氟己烷(perfluorohexane， PFH)為內核，制備出一種磁性相變型多功能對比劑(PFH/Fe3O4@PLGA)；經NIR輻射后，Fe3O4NPs的光熱效應和PFH相變時的熱彈性膨脹效應共同作用導致腫瘤組織損傷和凝固性壞死。GUO等[14]將PFH、超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide， SPIO)和紫杉醇(paclitaxel， PTX)封裝至PLGA，以赫賽汀(Herceptin， Her)主動靶向SKBR-3細胞，制備出診療一體化納米粒子PFH-PTX@PLGA/SPIO-Her NP。在NIR照射下，SPIO NP發生光熱轉換，引起PFH可視化相變，可有效觸發釋放PTX，實現乳腺癌強效光熱聯合化學治療。

1.1.3 硫化銅NP 由于局域化的表面等離子體共振，銅及硫化銅(CuS)NP在NIR區表現出強吸收性，通過等離子體光熱轉換產生熱量[15]。ZHA等[16]將其設計的CuS超聲微泡(CuS-Span60 and Tween80 microbubbles， CuS-ST68 MB)注入兔靜脈，之后數秒兔腎臟超聲造影圖像明顯增強，但高能量超聲可能破壞CuS-ST68 MB，使微泡的增強信號消失；CuS-ST68 MB對Hela細胞基本無毒性作用，而與NIR共處理Hela細胞10 min后，靶區及周邊Hela細胞出現大量死亡。

1.2 載碳基納米材料UCA

1.2.1 碳納米粒子 碳納米粒子無生物活性和免疫原性，為潛在的新型淋巴結示蹤劑[17]。YANG等[18]研制的新型炭納米(carbon NP， CNP)液滴具有強NIR吸收性和高光熱轉換效率。在NIR照射下，CNPs的液氣相變可為光聲/超聲雙模態成像提供良好的對比效果，超聲造影模式下，淋巴結信號從納米液滴注射15 min后開始增強，至30 min左右達到最佳。此外，CNP還可用于淋巴結染色，對肉眼識別淋巴結具有重要作用。基于碳納米管(carbon nanotube， CNT)的靶向藥物載體可局部完全消融腫瘤，光熱治療作用良好，但基于CNT的靶向UCA制備復雜，使超聲成像和治療腫瘤效果均受到影響[19]。

1.2.2 石墨烯納米粒子 石墨烯納米材料依靠獨特的分子結構，在NIR下表現出等離子體效應，可用于光熱治療[20]。還原氧化石墨烯(reduced graphene oxide， rGO)性質比氧化石墨烯更穩定，在NIR區域的吸光性更強。LIU等[21]以聚乙二醇(polyethylene glycol， PEG)修飾rGO，連接硫酸肝素蛋白聚糖3(heparin sulfate proteoglycan glypican 3， GPC3)，并填充全氟戊烷(perfluoropropane， PFP)，獲得肝癌靶向納米囊泡(NBs-GPC3-rGO)，利用 GPC3的主動靶向性將NBs-GPC3-rGO特異性結合于HepG2細胞表面，以提高局部腫瘤rGO濃度，使NBs-GPC3-rGO高效殺傷HepG2細胞。

2 載有機光熱劑類UCA

2.1 載NIR染料UCA

2.1.1 吲哚菁綠 在NIR照射下，由脂質體、磷脂-PEG或PLGA包封吲哚菁綠(indocyanine green， ICG)組成的納米結構的穩定性和光熱效果均優于游離ICG，可對腫瘤進行NIR熒光顯像和熱消融[22]。LIU等[23]設計的葉酸(folic acid， FA)受體靶向治療性NP(FA-PEG-PLGA-PTX@ICG-PFH NP)依賴PFH進行超聲成像和光聲成像，并將PTX和ICG遞送到腫瘤靶區，以實現化學/光熱治療；連續NIR照射引發NP中的PTX急劇釋放，提高抗腫瘤效果。WU等[24]以中空介孔有機硅(hollow mesoporous organosilica， HMO)NP為載體裝載ICG和PFP，表面覆蓋PTX前體藥物，開發出谷胱甘肽響應性納米復合物(ICG/PFP@HMONP-PEG)；PTX前體藥物與腫瘤組織中高濃度谷胱甘肽發生氧化還原反應，釋放ICG，以保證ICG/PFP@HMONP-PEG在血液循環中的穩定性；ICG受NIR照射產熱誘導PFP相變，增強超聲對比信號，同時促進腫瘤細胞攝取納米復合物。

2.1.2 IR-780碘化物 IR-780碘化物為疏水性七甲川花菁染料，具有良好的NIR吸收性、成像能力及腫瘤靶向性[25]。LIU等[26]以PLGA共軛PEG殼包覆IR780碘化物，以提高其穩定性及在血液中的循環時間，并在外殼上連接精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸環肽(cyclin arginine-glycine-aspartate， cRGD)，制備出的黑色素瘤靶向多功能NP(cRGD-PLGA-IR780-PFP NP)生物相容性佳，在多模態(光聲/超聲/NIR)成像引導下聯合NIR破壞腫瘤細胞膜，顯著抑制黑色素瘤生長。SHEN等[27]研發的新型多功能靶向納米UCA(FA-NB-IR780)具有雙重腫瘤靶向性、顯著光熱型和雙模態成像功能。與注射用六氟化硫微泡相比，FA-NB-IR780可穿過腫瘤血管深入腫瘤組織，成像持續時間更長、穩定性更高，有助于IR-780碘化物在腫瘤部位積聚，NIR照射可增強產熱、引發腫瘤細胞凋亡。

2.2 聚吡咯外殼UCA 聚吡咯(polypyrrole， PPy)共軛高分子有機材料無毒，且生物相容性佳，可作為光熱劑和膜材料用于構建超聲微泡。ZHA等[28]采用水包油乳化法研制的聚吡咯空心微球(PPy hollow microspheres， PPyHM)不僅可顯著增強超聲成像信號，還展現出強大的腫瘤光熱消融效果；PPyHM結構中未添加其他光熱劑或UCA材料，大大降低了患者排泄治療劑的負擔。YANG等[29]將修飾有FA的PPy殼包被在載多烯紫杉醇(docetaxel， DTX)和PFH的納米脂滴表面，制備出DTX/PFH@PPy-FA復合結構，發現DTX/PFH@PPy-FA對腫瘤細胞具有主動靶向性，可用于光熱及化學治療，協同抑制4T1荷瘤小鼠體內乳腺癌生長及轉移。

2.3 聚多巴胺涂層UCA 聚多巴胺(polydopamine， PDA)是多巴胺氧化后自發聚合形成的天然黑色素類似物，有氧、弱堿性條件下，多巴胺單體的兒茶酚基團首先被氧化為醌，之后進一步反應，形成不溶于水的PDA膜[30]。XU等[31]在中空介孔有HMONP骨架中填充PFP并裝載DOX，表面被覆PDA涂層，設計出腫瘤微環境響應性NP；PDA涂層響應酸性環境而釋放DOX，同時作為光熱劑有效換能，促進PFP氣化，可提升超聲成像效果；HMONP結構內的二硫鍵可使NP具有谷胱甘肽響應性，特異性反映腫瘤組織內還原性微環境。ZHANG等[32]合成了中空PDA@DOX NP，可高效承載DOX，有效進行化學及光熱聯合治療乳腺癌；腫瘤酸性微環境和NIR輻照啟動PDA@DOX NP的靶向藥物釋放功能，將DOX有效富集于腫瘤部位，抑制腫瘤生長；中空的PDA@DOX NP顯著增強了B模式和對比增強模式下的超聲成像信號，可用作監測光熱治療進程的UCA。

3 小結與展望

盡管光熱型UCA研究已初見成果，但仍有局限性，下列問題亟待改善和優化：①第二NIR窗的NIR較第一NIR窗具有更深的組織穿透能力，可到達位于深部組織的實體腫瘤病灶，而現有第二NIR窗有機光熱劑甚少，研制第二NIR窗敏感性光熱劑可為提升腫瘤光熱治療療效提供新思路；②UCA的體積不可避免地限制其載藥量和包封率，為保證診療效果，應通過實驗摸索適當裝配方法、外殼材料的種類和分子量、UCA各組分濃度和溶解度；③相比依賴高滲透長滯留效應被動分散于腫瘤組織中的普通造影劑，主動靶向性和腫瘤微環境響應性UCA的特異性更強，根據不同腫瘤生物學特征研發相應靶向光熱型UCA是今后研究的重點方向；④大多采用表觀實驗評估光熱型UCA抑制腫瘤作用，有待深入分析和挖掘其具體通過干擾腫瘤細胞何種生理進程或信號通路而實現抑制腫瘤生長和轉移的效果。

綜上，隨著多學科、多領域的技術進展和交叉融合，更加優質的光熱型UCA將配合多種成像技術和NIR在早期診斷腫瘤與精準光熱治療中發揮重要作用，并有望持續發展。