1微氣泡的結(jié)構(gòu)

1.1包膜材料

微氣泡在自然條件下或被注入機(jī)體后,會發(fā)生破裂、溶解和自由聯(lián)合,從而使造影失效。早期的微氣泡造影劑無膜包被,不穩(wěn)定,尺寸大(>10μm),不能經(jīng)外周靜脈注射,而是通過心導(dǎo)管插入主動脈或心腔內(nèi),屬于有創(chuàng)性治療。由于造影劑在血液中持續(xù)時間短、不能通過肺循環(huán),導(dǎo)致左心不能顯影,只能右心顯影,因此其使用受到一定的限制。為了延長微氣泡的造影時間,即提高其穩(wěn)定性,后來人們開始研究特定材料包裹下的微氣泡,發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性大大加強(qiáng)。如使用交聯(lián)血清白蛋白封裝的微氣泡具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性,可以在一定條件下較長時間保存。因此,考慮到微氣泡作為造影劑的對比增強(qiáng)效果和其穩(wěn)定性兩方面,越來越多的包膜材料被研究。目前,主要的包膜材料可分為表面活性劑類、蛋白質(zhì)類、脂類物質(zhì)、聚合物和糖類物質(zhì)。

目前已制備出的超聲造影劑中大都或多或少含有一些表面活性劑成分,大部分基于表面活性劑微氣泡的制備方法多采用超聲空化、冷凍干燥、熱氣流干燥等。蛋白質(zhì)類物質(zhì)以人血清蛋白用于超聲造影劑的研究及臨床應(yīng)用最多,此外,在蛋白質(zhì)中加入一些助劑,可以顯著提高蛋白質(zhì)微氣泡的性能,如在蛋白質(zhì)中加入蔗糖形成的微氣泡分散性較好,而且在加熱的情況下也不破裂[3]。脂類物質(zhì)尤其是脂質(zhì)體作為微氣泡超聲造影劑包膜材料的研究越來越廣泛,脂質(zhì)體的粒徑一般在幾十個納米到幾個微米之間。脂質(zhì)體通過化學(xué)修飾可以制成具有靶向功能的微氣泡造影劑,在特定的器官部位聚集,實(shí)現(xiàn)對該部分的最佳造影效果,同時也可以進(jìn)行靶向藥物治療等。

聚合物作為微氣泡超聲造影劑的包膜材料是由于分子間的作用力較強(qiáng),從而提高膜的穩(wěn)定性。聚合物膜可以做得非常薄,而且膜的彈性好,形成的微氣泡非常穩(wěn)定,能夠避免巨噬細(xì)胞的吞噬,從而實(shí)現(xiàn)淋巴等部位的被動靶向造影[4]。基于糖類物質(zhì)的微氣泡超聲造影劑一般均具有很好的安全性和生物相容性。

1.2填充氣體

由于氣體分子的擴(kuò)散性,雖然包膜材料提高了微氣泡的穩(wěn)定性,但是仍不能很好地阻止氣體分子向外擴(kuò)張而使微氣泡破裂。如交聯(lián)血清白蛋白包裹空氣的微氣泡,其包膜厚度約為15nm,不能完全阻止氣體的擴(kuò)散,雖然有膜材包裹的微氣泡比第一代微氣泡造影劑穩(wěn)定性大大增強(qiáng),可在血液中維持5min[5],但是由于空氣分子量較小,彌散度較高,擴(kuò)張力較大而容易使微氣泡破裂從而失去造影效果,人們趨向于研究造影效果持續(xù)時間更長的造影劑。因此,微氣泡內(nèi)部填充氣體的研究隨即展開,如Optison公司研制的血清白蛋白作為包膜材料、八氟丙烷作為填充氣體的新一代微氣泡造影劑,可以在血液中維持15min。目前臨床所用超聲造影劑均為內(nèi)含填充氣體的微氣泡,其氣體可分為二氧化碳、氧氣或大分子惰性氣體,大分子惰性氣體多為氟烷氣體,氟烷氣體分子量較大,溶解度和彌散度較低,因此,內(nèi)含氟烷氣體的微氣泡具有直徑小、分布均勻、半衰期長等優(yōu)點(diǎn)。

1.3治療性組件

如之前所提到的,微氣泡在藥物運(yùn)輸及靶向治療領(lǐng)域同樣有著誘人的發(fā)展前景。一些治療性的化學(xué)藥物或者基因可以通過各種物理或化學(xué)的方式被微氣泡攜帶,用低頻超聲波對微氣泡進(jìn)行示蹤,用高頻超聲波使微氣泡破裂從而定向釋放攜帶的藥物到目標(biāo)組織,如腫瘤組織。通過這種定位治療的方法,可以大大減少化療的毒副作用。對于高密度聚合物封裝的微氣泡,可以把藥物直接裝載到微氣泡包膜層中,當(dāng)微氣泡破裂時藥物隨之被釋放出來,對于表面活性劑封裝的微氣泡,則通常將藥物溶解在位于填充氣體和包膜之間的附加疏水層膜中。除此之外,還可以將化學(xué)藥物或者基因直接黏附在微氣泡表面或者通過共價鍵連接在微氣泡表面。

2微氣泡的制備方法

傳統(tǒng)的微氣泡制備方法包括超聲空化法和高剪切乳化法,但是隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,用于臨床超聲造影劑的微氣泡其穩(wěn)定性、粒徑大小等性質(zhì)趨向于更高的要求,因此又出現(xiàn)了諸如噴墨印跡、微流體裝置、納米粒子交聯(lián)等制備方法[6]。

2.1超聲空化法

超聲空化法是最常用的微氣泡制備方法,是使用高頻超聲波使氣體或者液體分散成為懸浮微粒并包裹于特定包膜材料內(nèi)。首先,氣體或者液體乳化形成微氣泡或者微液泡懸浮在具有自動吸附性的涂層材料如蛋白質(zhì)或者表面活性劑上,然后施以高溫高壓從而產(chǎn)生空穴現(xiàn)象繼而對表層進(jìn)行化學(xué)修飾以提高其穩(wěn)定性。該法操作簡單,成本低廉,但制備的微氣泡粒徑通常較大,微氣泡在靜脈注射前還要進(jìn)行離心和過濾等操作以除去粒徑過大的微氣泡,否則在進(jìn)入機(jī)體后很可能發(fā)生栓塞現(xiàn)象。

2.2高剪切乳化法

高剪切乳化法是另一種較常用的微氣泡制備方法,尤其適用制備聚合物作為包膜材料的微氣泡。該方法是在水性懸浮液中用高剪切的方法來對聚合物進(jìn)行乳化,該過程需要使用一種既不溶于聚合物又不溶于水的液體來作為穩(wěn)定劑。當(dāng)聚合物溶液的溶劑充分揮發(fā)后,聚合物便開始出現(xiàn)脫水現(xiàn)象,從而使聚合物沉積在液滴表面形成有包膜的微球體。最后將微球體表面殘余的溶劑通過洗滌除去,通過冷凍干燥的方法產(chǎn)生有氣體填充的微氣泡。用高剪切乳化法制備的微氣泡的粒徑大小取決于最初的乳液滴和后續(xù)加工過程中任何碎裂或者交聯(lián)在一起的粒子的粒徑大小,因此,制備的微氣泡在投入臨床應(yīng)用之前也要經(jīng)過必要的過濾處理。

2.3膜乳化法

膜乳化法,不同于超聲空化和剪切攪拌,是迫使微氣泡成分通過多孔膜而形成乳劑,有時需要不斷重復(fù)這一過程。該法可在形成液滴后用上面提到的高剪切乳化法中的步驟獲得微氣泡,或者用氣體作為分散相直接形成微氣泡。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是對微氣泡粒徑大小有較高的可控性,和超聲空化法及高剪切乳化法相比,膜乳化法制備的微氣泡有更小的粒徑,且不影響生產(chǎn)時間和容積率等方面的收益。該法制備的微氣泡能更好地用于臨床診斷及治療。此外,雖然該方法很大程度上取決于膜的特性,例如膜上孔徑大小、膜的硬度和濕度及膜表面處理等,但是卻有可能制備出良好單分散性的微氣泡。

2.4微流體裝置

微氣泡還可以通過微流體裝置進(jìn)行制備,且具有高度的粒徑可控性和多分散性。在有限的壓力和流速條件下,微流體裝置僅提供操作控制,該方法已經(jīng)很好地應(yīng)用于單分散液滴的制備,近年來也逐漸應(yīng)用于微氣泡懸浮液的制備。目前用于微氣泡制備的主要有兩種類型的微流體裝置:用軟微影技術(shù)獲得的重點(diǎn)流動單位和由封裝在聚合物模塊中的毛細(xì)管機(jī)械裝配組成的T型接口。兩種情況下的微流體裝置共同的基本特征是具有一個可以使氣體對流體進(jìn)行撞擊的孔口,從而產(chǎn)生噴射,然后在距孔口一定距離的地方氣液接觸面因不穩(wěn)定而形成氣泡。氣泡直徑大小的變化可以通過改變孔口大小而實(shí)現(xiàn)。

2.5噴墨印跡法

噴墨印跡法是一種用來改進(jìn)微氣泡均勻性的制備方法。氣泡在一個直徑20~50μm的不銹鋼噴嘴處形成,由一個嵌有壓電晶體的膛體為噴嘴提供流體,通過電壓的改變在流體中產(chǎn)生脈沖,每產(chǎn)生1次脈沖就會有1個微小的液滴從噴嘴處被擠壓出來,然后更多的液體被卷入膛體中,小液滴可以在空氣中進(jìn)行收集或者將噴嘴置于裝有液體的容器中。和膜乳化法及微流體裝置相比,噴墨印跡法的優(yōu)點(diǎn)在于微球體的粒徑可以通過壓力脈沖的改變而改變,而不用去改變噴嘴的口徑大小,同時也不需要高壓來產(chǎn)生液體的流動,每個噴嘴的微氣泡制備率高于膜乳化法中每個膜孔的制備率。目前此方法僅用于制備包裹有例如紫杉醇和包含有揮發(fā)性溶劑的聚合物微球體的小液滴,再通過揮發(fā)作用獲得微氣泡。

2.6納米粒子交聯(lián)法

微氣泡的制備過程中,除了對微氣泡的粒徑大小需要進(jìn)行精確控制外,對微氣泡的膜殼厚度和薄膜材料的機(jī)械性能,如有效的剪切模量和對黏度等的精心控制也是很有必要的,因?yàn)檫@些因素會影響到微氣泡的聲學(xué)效應(yīng)和破裂閾值。上述的各種微氣泡制備方法在這些方面的控制上并不盡人意,而納米粒子交聯(lián)法制備的聚合物包膜的微氣泡能夠提高上述的性能,將單分散的聚合物納米粒子置于穩(wěn)定的微氣泡表面,然后這些納米粒子會交聯(lián)形成統(tǒng)一厚度的包膜,如此制備的微氣泡只達(dá)到了厚度及膜材料性能的高控制性,但其粒徑大小卻不易控制,因此可以將這種方法同其他方法相結(jié)合,例如和微流體裝置結(jié)合。

3納米氣泡的制備研究

常規(guī)微泡超聲造影劑是一種微米級造影劑,微泡的平均直徑為2~4μm,小于紅細(xì)胞,可以自由通過肺循環(huán),但不透過血管,是一種血池顯像劑。隨著分子成像技術(shù)的不斷發(fā)展,近年來涌現(xiàn)了多種納米級超聲造影劑,包括納米級脂質(zhì)體造影劑、納米級氟碳乳劑以及一些納米級微泡造影劑[7]。

將一定量的脂質(zhì)體和特定的添加劑混合溶解在如氯仿及三氯甲烷等有機(jī)溶劑中,通過降壓蒸發(fā)的方法除去溶劑,剩下的脂質(zhì)滯留下來直到均勻分布,然后將余下的混合物置于超聲放射裝置下進(jìn)行超聲空化,同時通過注射器注入待填充氣體如六氟化物等。超聲空化后除去上層的泡沫即可獲得穩(wěn)定的氣泡懸浮物。值得注意的是,在進(jìn)行制備之前將特定的藥物溶解在脂質(zhì)體的油相中即可獲得具有載藥功能的納米泡。

此外,納米氣泡還可以通過對微氣泡進(jìn)行離心分離的方法制備[8]。首先將脂質(zhì)及輔助成分按一定比例混合后,經(jīng)一定工藝制成懸浮液,然后緩慢注入全氟丙烷氣體,最后采用水平往復(fù)式機(jī)械振蕩得到原始微泡。此過程中可以在注入全氟丙烷之前對懸浮液進(jìn)行冷凍干燥以增強(qiáng)脂膜的嚴(yán)密性,隨后用水合液重新水合即可。在制備得到的原始微泡的基礎(chǔ)上,采用低速離心法對原始微泡進(jìn)行分離后,懸浮液分為兩層,上層粒徑尺寸較大,而下層粒徑尺寸一般在200~700nm之間,提取出來即獲得納米級氣泡。實(shí)驗(yàn)證明,采用低速離心法獲得的納米氣泡造影劑大小適中、分布均勻、顯像效果強(qiáng)、能與抗體結(jié)合且穩(wěn)定性較好。

研究表明,疾病狀態(tài)中的血管內(nèi)皮間隙僅能允許直徑小于700nm的顆粒穿過。納米級造影劑能穿越血管內(nèi)皮進(jìn)入組織間隙,使血管外靶組織顯像成為可能,從而超越了常規(guī)造影劑僅能發(fā)生血池內(nèi)顯像的局限性,推動了超聲分子顯像與靶向治療向血管外領(lǐng)域的擴(kuò)展。同時,物質(zhì)的尺寸減小到納米級別,分子特性會發(fā)生很大改變,表現(xiàn)出許多特有的性質(zhì),如半衰期長、表面反應(yīng)活性高及強(qiáng)烈的吸附能力等[9]。目前關(guān)于納米氣泡的研究還有包括其作為造影劑的穩(wěn)定性等一系列問題,相信隨著技術(shù)的發(fā)展及研究的深入,這些問題會一一得到解決。

4微納氣泡的超聲醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)與分子成像

4.1靶向微氣泡超聲分子成像

靶向超聲分子成像技術(shù)是指將帶有特定配體的靶向超聲微氣泡通過靜脈注入體內(nèi),通過配體與受體結(jié)合的方式,使超聲微氣泡選擇性聚集于靶組織或靶器官,并通過超聲檢查產(chǎn)生靶組織細(xì)胞水平、分子水平顯影的一種新興的成像技術(shù)。超聲造影劑是超聲分子成像的基礎(chǔ),靶向超聲造影劑通過特異性作用于病變區(qū)域生物分子組成成分來突出顯示病變部位,從而提高超聲診斷的準(zhǔn)確性與敏感性,已成為目前的研究熱點(diǎn)。目前臨床使用的超聲造影劑大都用微氣泡制成。微氣泡之所以能用于超聲分子成像是因?yàn)槲�氣泡具有很大的壓縮性。在聲場中,微氣泡體積的張縮產(chǎn)生與人體組織不同的非線性振動從而產(chǎn)生特有的血池和血管造影信號。實(shí)驗(yàn)表明,用磷脂單分子膜制成的微氣泡比用白蛋白或多聚物制成的微氣泡所產(chǎn)生的超聲反饋信號更強(qiáng)、更靈敏[10]。

分子成像的目的在于闡明機(jī)體疾病的分子及細(xì)胞方面的情況。炎癥、血管生成和血栓形成是許多疾病的核心病理過程,引起血管腔內(nèi)的分子表型發(fā)生變化。因此,靶向超聲造影將有助于診斷多種疾病,如動脈粥樣硬化、移植排斥反應(yīng)及腫瘤新生血管生成等。總之,超聲造影劑和靶向微氣泡已經(jīng)為超聲分子成像開辟了廣泛的臨床應(yīng)用前景�？梢哉f,超聲微氣泡造影劑將繼續(xù)對醫(yī)用超聲產(chǎn)生前所未有的影響。

4.2納米微氣泡的研究及應(yīng)用

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,超聲造影不再局限于僅僅獲取組織的血流灌注信息,而是逐漸應(yīng)用于特異性的超聲分子成像。超聲分子成像并不是對傳統(tǒng)超聲造影概念的簡單替代,而是提供一種活體模擬的免疫組化或原位雜交技術(shù),通過靶向作用于生物分子來突出顯示病變組織的顯微病理基礎(chǔ),從而反映真正的發(fā)病機(jī)制,大幅度提高影像診斷的準(zhǔn)確性和靈敏性。腫瘤血管由兩部分組成,一部分是宿主固有的血管,該部分血管通透性正常,其管壁的最大孔徑不超過100nm;另一部分是腫瘤新生血管,其結(jié)構(gòu)不完善,基底膜不完整,通透性明顯升高,其管壁最大孔徑300~900nm。因此納米級氣泡在腫瘤分子成像方面具有極大的應(yīng)用價值。目前對納米級氣泡的應(yīng)用研究正日益廣泛,如利用納米級氣泡超聲造影劑不能透過正常血管、僅能透過高通透性的腫瘤新生血管的特性可進(jìn)行腫瘤新生血管的評價。

5微納氣泡生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用發(fā)展的主要趨勢

5.1微氣泡超聲造影劑的應(yīng)用研究

醫(yī)學(xué)超聲成像通常是依靠超聲波在人體內(nèi)傳播的過程中所產(chǎn)生的回聲來建立影像,作為一種醫(yī)學(xué)影像技術(shù),能提供體內(nèi)器官重要的功能和解剖信息,是廣泛的非侵入性的檢測手段。用微氣泡作為超聲造影劑的原理是氣泡在超聲場中的高度可壓縮性和對超聲波的強(qiáng)回聲反射。

超聲微氣泡造影劑現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于心臟、肝臟、胰腺、腎臟等器官的超聲影像診斷中。超聲微氣泡造影劑應(yīng)用在泌尿生殖系統(tǒng)中時,在膀胱內(nèi)注入對比劑,掃描膀胱、腎臟和輸尿管,如果有膀胱輸尿管或輸尿管腎盂返流就可以得到顯示。超聲對比劑注入子宮內(nèi),增強(qiáng)的超聲信號,可以清晰地顯示輸卵管通暢與否的情況。國內(nèi)外學(xué)者報道[11],超聲對比劑比傳統(tǒng)的X線靜脈腎盂造影和輸卵管造影有更高的敏感性和特異性,可避免X線檢查產(chǎn)生的離子輻射。因此,應(yīng)用微氣泡超聲造影劑的超聲檢查在一些情況下可代替X線檢查方法。超聲造影劑由于在干燥環(huán)境中能維持30min[12-13]或更長時間,在肝臟成像中具有重要的應(yīng)用價值。由于有對比劑使諧波成像等一些特殊的成像方式成像更加清晰,一些局限性肝病變,特別是肝臟的轉(zhuǎn)移瘤和肝細(xì)胞肝癌的發(fā)現(xiàn)率明顯提高。此外,利用微氣泡的流變性和高強(qiáng)超聲下的破泡空化效應(yīng),可用于評估微血管的灌注,從而為鑒別原位腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤提供了實(shí)時有效的手段。

一般來說,目前用于超聲造影劑的微泡大都為微米級別,這是因?yàn)榛夭ㄐ盘柺呛蜌馀莸某叽绯杀壤��?較小的尺寸會導(dǎo)致較弱的回波信號,同時也會減小散射截面。因此理論上來說,納米級氣泡作為超聲造影劑的效果并沒有微米級氣泡的效果理想。但是,當(dāng)用更高頻的超聲波檢測納米級氣泡的回波強(qiáng)度時發(fā)現(xiàn),在有機(jī)體內(nèi)的超聲成像顯示,納米級氣泡提供了比一般造影劑更強(qiáng)的顯影效果,這是由于納米氣泡被諸如大量的肝吞噬細(xì)胞等吞噬,因而大量累積的納米氣泡產(chǎn)生了強(qiáng)烈的回波反射。在這種情況下納米級氣泡的造影效果優(yōu)于微米級氣泡。

5.2藥物運(yùn)輸和靶向治療

隨著生物醫(yī)藥技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)超聲微泡不僅是一種良好的超聲成像增強(qiáng)劑,而且是一種重要的藥物遞送載體。近幾年國內(nèi)外針對載藥或載基因超聲微泡的研究取得了許多重要進(jìn)展。作為藥物載體,超聲微泡和超聲技術(shù)結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)局部定位釋藥,達(dá)到保護(hù)藥物、延緩藥物釋放、減少給藥次數(shù)和劑量、定位準(zhǔn)確、降低藥物對其他組織器官的毒副作用等目的[14]。

5.2.1腫瘤治療在分子水平上發(fā)展起來的藥物釋放方法目前是超聲聯(lián)合微泡技術(shù)介導(dǎo)腫瘤治療的基礎(chǔ)研究熱點(diǎn)。微血管壁和細(xì)胞膜是治療藥物進(jìn)入細(xì)胞需要克服的屏障,使二者的通透性增加是藥物治療的前提。超聲空化效應(yīng)是微氣泡造影劑作用的最重要機(jī)制。在低聲壓下,微氣泡產(chǎn)生對稱性壓縮和膨脹,其直徑保持相對恒定而不發(fā)生破裂,此稱穩(wěn)態(tài)空化;在高聲壓下,微泡壓縮膨脹呈不對稱性,最終可發(fā)生破裂,此稱瞬態(tài)空化[15]。諸多研究表明,適當(dāng)?shù)某�聲輻射可使微氣泡發(fā)生空化效應(yīng),使血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙增寬,血管壁通透性增大,從而提高細(xì)胞膜的通透性,促進(jìn)藥物進(jìn)入細(xì)胞,從而保證了靶點(diǎn)較高的藥物濃度。超聲波與微泡還可增加化療藥物的細(xì)胞毒性,發(fā)揮協(xié)同增效作用,空化作用也可損傷細(xì)胞,抑制細(xì)胞增殖,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。當(dāng)超聲聯(lián)合微泡產(chǎn)生空化效應(yīng)很強(qiáng)時,還可損傷血管壁,激活內(nèi)源性或外源性凝血,誘發(fā)大面積毛細(xì)血管栓塞,阻斷癌變組織的營養(yǎng)供應(yīng),導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的消亡。

5.2.2血栓溶解在血栓治療方面,超聲是一種被廣泛應(yīng)用于臨床的影像檢測手段,對血栓性疾病的早期診斷與隨訪觀察具有重要的意義,但由于新形成血栓的回聲與血液回聲基本相似,因此,超聲對新出現(xiàn)的血栓的檢出率受到限制。針對血栓研制一種具有靶向造影作用的超聲造影劑,無疑會提高微小新血栓的檢出率。國內(nèi)有研究人員[16-17]在制備出一種納米級超聲氣泡造影劑后,將其運(yùn)用于兔頸總動脈血栓模型,發(fā)現(xiàn)顯影效果理想,為納米頸總動脈血栓靶向性顯像研究提供了研究基礎(chǔ)。

另有實(shí)驗(yàn)[18]表明,微泡可順利通過肺循環(huán)并迅速聚集于血栓發(fā)生部位,增強(qiáng)栓子與周圍組織的顯像對比度,而且不引起實(shí)驗(yàn)動物血流動力學(xué)的改變。有研究人員[19]在顯微鏡下觀察到微泡可特異性地結(jié)合到血凝塊上,且不僅被血栓周邊或表面攝取,而且被吸收到血栓團(tuán)塊的內(nèi)部,從而提高了血栓超聲靶向顯影的敏感性和治療效果。此外,治療性超聲、微泡、溶栓藥物聯(lián)合應(yīng)用于溶栓的效果明顯好于超聲與藥物聯(lián)合應(yīng)用或單獨(dú)使用藥物溶栓,不僅更有效,更快速,且能減少所需溶栓藥劑用量,減輕或避免不良反應(yīng),因此溶栓治療已成為超聲微泡藥物運(yùn)載系統(tǒng)最有前景的應(yīng)用方向。

5.2.3炎癥治療將抗細(xì)胞間黏附分子21(ICAM21)抗體共價連接于全氟丁烷微泡的脂質(zhì)外殼上,此種微泡可選擇性結(jié)合于表達(dá)黏附分子的活化內(nèi)皮細(xì)胞,使炎癥的靶向顯影具有更高的針對性和選擇性。利用對炎癥部位有靶向作用的微泡,不僅能使炎癥靶向顯影,評價炎癥的嚴(yán)重程度,且可利用微泡來攜帶抗炎的藥物到達(dá)炎癥部位,從而達(dá)到治療目的。若能將抗感染藥物整合至微泡中,利用微泡對炎癥部位的靶向作用,當(dāng)微泡在炎癥部位聚集時,給予超聲照射,通過超聲對微泡的空化效應(yīng),使得藥物在病變局部釋放出來,不僅能提高藥物在病變局部的濃度,使治療效果顯著增加,而且可減少全身用藥的不良反應(yīng)。

5.2.4動脈粥樣硬化治療動脈粥樣硬化的早期標(biāo)志之一是單核細(xì)胞對內(nèi)皮細(xì)胞的活化和黏附,這是由白細(xì)胞黏附分子如細(xì)胞間黏附分子上調(diào)介導(dǎo)的。已證明攜帶靶向ICAM21的單克隆抗體的超聲造影劑在體內(nèi)外結(jié)合效率較好。有實(shí)驗(yàn)使用并行板流動室測定攜帶抗ICAM21的靶向微泡與通過白介素-1β人工活化的上皮細(xì)胞之間的黏附性,與對照組非靶向微泡相比,靶向微泡的黏附增加了40倍[20]。

5.3超聲微氣泡介導(dǎo)基因治療

人類臨床基因治療開始于1990年,雖然經(jīng)過了十多年的發(fā)展,但是基因治療仍然受阻于缺乏可于體內(nèi)應(yīng)用的安全、有效的基因轉(zhuǎn)染方法。病毒性載體雖然具有很高的轉(zhuǎn)染效率,但是有關(guān)它的安全性以及免疫原性方面的疑慮很多,已經(jīng)有應(yīng)用病毒性載體進(jìn)行基因治療發(fā)生死亡及瘤形成的嚴(yán)重事件報道。

在超聲和微氣泡的共同作用下,毛細(xì)血管基底膜以及細(xì)胞膜的通透性明顯提高,甚至?xí)�使�?xì)胞膜發(fā)生暫時性的、可逆的、相對無害的穿孔,從而可以促使一些大分子物質(zhì)通過基底膜屏障,進(jìn)入組織細(xì)胞內(nèi)。利用超聲波和微氣泡的這一特性實(shí)施基因治療,已成為一種新的基因治療技術(shù)。超聲微氣泡介導(dǎo)基因治療可以有多種途徑和方法,其中最常用最簡便的方法是將治療基因與微氣泡直接混合后注入體內(nèi)。

雖然有關(guān)超聲波的安全性問題一直被爭論,但是幾十年的臨床實(shí)踐,以及目前超聲診斷的廣泛應(yīng)用已經(jīng)證明它對人體是非常安全的。微氣泡造影劑外殼多用生物性材料如蛋白質(zhì)和磷脂等制造,氣體多為難溶而易于揮發(fā)的惰性氣體,可經(jīng)肺排出,由超聲波造影劑所致副作用發(fā)生率很低。超聲微氣泡介導(dǎo)基因治療的安全性較以往的轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)要好。超聲微氣泡介導(dǎo)基因治療兼具安全、較高效率、靶向性、可控性等優(yōu)點(diǎn),是一種很有前途的臨床基因治療技術(shù),應(yīng)該進(jìn)一步探討這一技術(shù)對不同目的基因、不同疾病的應(yīng)用價值,并針對各種應(yīng)用進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

5.4微氣泡多模式、多功能造影劑的研究與應(yīng)用目前盡管各種影像技術(shù)如共聚焦和雙光子熒光顯微與成像、核磁共振、正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)、超聲成像技術(shù)等為研究人員和臨床專家獲取解剖學(xué)和生理信息提供了強(qiáng)大的診斷手段,但是各種影像技術(shù)本身由于在時空分辨率方面各有優(yōu)缺點(diǎn),因此沒有任何一種成像方式可以完整而足夠地獲取所有的生物信息。如核磁共振分辨率高但是敏感度低;放射性核素成像敏感度高但是分辨率低;尤其是超聲診斷模式,雖然微氣泡造影劑的出現(xiàn)提高了疾病診斷的準(zhǔn)確性,但是超聲診斷自身的分辨率較低,因此有必要對多模式、多功能的微氣泡造影劑進(jìn)行研究。

對于微氣泡超聲造影劑來說,即使包裹有氮?dú)�、全氟化碳等氣體,但是其功效較低,且造影時間較短,因此有研究人員[21-22]制備出了膜殼裝載有Fe3O4磁性納米顆粒的微氣泡,一方面由于Fe3O4顆粒能在一定范圍內(nèi)增加微氣泡的膜殼散射截面,從而顯著增強(qiáng)超聲的顯影效果,另一方面Fe3O4磁性納米顆粒還可以作為核磁共振的造影劑,因此上述微氣泡可以作為核磁共振和超聲技術(shù)的雙模式造影劑。

此外,多功能微氣泡造影劑的研究還包括碲化鎘納米顆粒以及金納米顆粒修飾殼膜的微氣泡造影劑[23-24]。將多環(huán)芳烴和碲化鎘量子點(diǎn)逐層堆積在由表面活性劑混合物通過超聲空化法制備的微氣泡表面可獲得新型的多功能微氣泡造影劑。連接有量子點(diǎn)的微氣泡造影劑不僅維持微氣泡原有的作為造影劑的功能,還可以利用微氣泡的靶向功能將量子點(diǎn)定向運(yùn)送到細(xì)胞或組織,然后通過超聲靶向破壞微氣泡從而獲得細(xì)胞或組織的熒光成像;利用金納米顆粒有效的吸收特定波長的光輻射和隨之而來的在周圍介質(zhì)產(chǎn)生熱聲波的性質(zhì),包裹金納米顆粒的新型微氣泡可以在低頻聲波下發(fā)生震蕩,這一研究開啟了微納氣泡造影劑在光學(xué)成像方面的新應(yīng)用。

6結(jié)語

經(jīng)過多年的研究,微納氣泡超聲造影劑的研究逐漸形成一個完整的體系,同時越來越多的應(yīng)用價值被發(fā)掘和應(yīng)用,其在制備技術(shù)、診斷和治療應(yīng)用等方面都取得了一定的成就。目前,微納氣泡發(fā)展還面臨許多困難和難題,如靶向微納氣泡殼膜材料的穩(wěn)定性、超聲微納氣泡應(yīng)用于臨床上的安全性及超聲治療參數(shù)、膜材種類的選擇應(yīng)用等。相信隨著相關(guān)學(xué)科如分子生物學(xué)和影像學(xué)的發(fā)展,這些問題會一一解決,微納氣泡超聲造影劑在重大疾病的治療方面的應(yīng)用會取得巨大的成就,成為21世紀(jì)的新興研究熱點(diǎn)。