皮兆柯, 李芳芳, 李粵, 黃緯鍵, 陳依玲, 沈圓圓, 2, 3, 陳思平, 2, 3, 陳昕, 2, 3

1. 深圳大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院(深圳，518060) 2. 醫(yī)學(xué)超聲關(guān)鍵技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室(深圳，518060) 3. 廣東省生物醫(yī)學(xué)信息檢測與超聲成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(深圳，518060)

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低頻超聲聯(lián)合微泡輸送藥物治療腦膠質(zhì)瘤的研究進(jìn)展

皮兆柯1, 李芳芳1, 李粵1, 黃緯鍵1, 陳依玲1, 沈圓圓1, 2, 3, 陳思平1, 2, 3, 陳昕1, 2, 3

1. 深圳大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院(深圳，518060) 2. 醫(yī)學(xué)超聲關(guān)鍵技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室(深圳，518060) 3. 廣東省生物醫(yī)學(xué)信息檢測與超聲成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(深圳，518060)

血腦屏障保護(hù)大腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的同時(shí)， 也阻擋了大部分治療藥物進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)， 從而嚴(yán)重影響顱內(nèi)疾病的治療效果。惡性腦膠質(zhì)瘤由于高復(fù)發(fā)率和致死率， 是最常見且治療棘手的腦腫瘤之一， 給人類的生命健康帶來很大的危害。目前治療方法首選手術(shù)切除、 放療和化療。手術(shù)切除后病人容易復(fù)發(fā)， 化療由于血腦屏障的存在療效不佳， 低頻聚焦超聲聯(lián)合微泡的方法能夠可逆， 有效、 靶向地開放血腦屏障， 為腦部輸送藥物， 給治療腦膠質(zhì)瘤提供了很有潛力的途徑。該文綜述了近幾年來利用低頻聚焦超聲聯(lián)合微泡輸送藥物治療腦膠質(zhì)瘤的研究進(jìn)展。

血腦屏障； 低頻超聲； 微泡； 腦膠質(zhì)瘤； 化療

0　引言

腦膠質(zhì)瘤是人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的原發(fā)性腫瘤[1]。在美國， 每年至少有23 000名患者被診斷為大腦或其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤， 而這其中有將近一半的病人為神經(jīng)膠質(zhì)瘤或膠質(zhì)母細(xì)胞瘤[2]。腦膠質(zhì)瘤相對其他癌癥雖然發(fā)病率低但卻有極高的死亡率， 其中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤惡性程度最高， 占膠質(zhì)瘤的50%以上[3]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織分類， 膠質(zhì)瘤可以分為星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤和少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤， 而根據(jù)這些腫瘤生長速度分為Ⅰ～Ⅳ四個(gè)等級， I和II級膠質(zhì)瘤惡性程度較低, 如星形膠質(zhì)瘤； III和IV級膠質(zhì)瘤惡性程度很高, 特別如多型性神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(Glioblastoma multiform, GBM), 平均生存期僅一年左右, 是威脅人類生命健康最嚴(yán)重的惡性腫瘤之一[4]。目前， 腦膠質(zhì)瘤治療的首選方案是先在最大范圍安全切除腫瘤后給予放射治療， 并進(jìn)行化學(xué)藥物治療。對III期的GBM患者進(jìn)行隨機(jī)調(diào)查發(fā)現(xiàn),經(jīng)手術(shù)切除和放療后， 中位生存時(shí)間僅僅只有12個(gè)月[5]。大部分膠質(zhì)瘤患者在接受手術(shù)切除和放療后仍極易復(fù)發(fā)， 因此， 化學(xué)療法是治療腦膠質(zhì)瘤的重要手段之一[6]。然而， 傳統(tǒng)的靜脈注射化療藥物會導(dǎo)致全身性的細(xì)胞毒性， 對病人的生存質(zhì)量有很大影響， 而且， 由于血腦屏障(Blood-brain barrier, BBB)[7]和血腦腫瘤屏障(Blood-brain tumor barrier, BTB)[8]的存在， 阻擋了大部分藥物進(jìn)入大腦內(nèi)的腫瘤區(qū)域,從而嚴(yán)重影響化療效果。近年來， 低頻聚焦超聲(Focused ultrasound, FUS)聯(lián)合微泡(Microbubbles, MB)被證明是一種無創(chuàng)、 短暫、 可逆、 局部地開放血腦屏障的有效方法[9]。因此， 更多的藥物將會被應(yīng)用到治療腦膠質(zhì)瘤上， 目前已經(jīng)有很多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究通過低頻聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障的方法， 成功將治療腦膠質(zhì)瘤的大分子藥物靶向輸送入腦[10]， 為腦膠質(zhì)瘤的治療提供了新的途徑。

1　腦膠質(zhì)瘤的特征

腦膠質(zhì)瘤病是由Nevin[11]于1938年首先提出， Jennings等[21-22]回顧的文獻(xiàn)中數(shù)百例腦膠質(zhì)瘤患者中， 臨床上主要病理特征是出現(xiàn)精神異常， 智能減退， 顱內(nèi)壓升高并常伴有癲癇發(fā)作[12]。在神經(jīng)影像學(xué)上， 腦膠質(zhì)瘤病變呈彌漫性浸潤生長， 范圍廣且邊界模糊[13]。膠質(zhì)瘤發(fā)生機(jī)制尚未完全探明， 其發(fā)生發(fā)展可能與機(jī)體因素、 外環(huán)境因素和基因變異有關(guān)， 是一個(gè)有多種癌基因或抑癌基因共同參與的、 多因素聯(lián)合作用的過程[14]。相關(guān)研究證明， 腦膠質(zhì)瘤絕大多數(shù)是原發(fā)性腫瘤[15]， 且腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)為無控性生長， 其能侵襲到周邊正常組織， 并能向遠(yuǎn)處發(fā)生轉(zhuǎn)移[16]。這為手術(shù)切除腫瘤區(qū)域和放療帶來了極大的困難。而且， 腫瘤細(xì)胞術(shù)后殘留是膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)的根源所在[17]。腦膠質(zhì)瘤雖然發(fā)病率低， 但卻有逐年上升趨勢， 而且具有復(fù)發(fā)率高， 致死率高， 治愈率低的特點(diǎn)。近二十年來， 膠質(zhì)瘤的療效及預(yù)后無明顯改善， 因此尋求有效的治療措施已刻不容緩。盡管現(xiàn)在用于抑制腫瘤細(xì)胞生長的藥物很多， 然而， 絕大多數(shù)藥物都因血腦屏障的存在而無法到達(dá)腦部， 導(dǎo)致臨床上對腦膠質(zhì)瘤的治療不理想[18]。

2　血腦屏障

血腦屏障是維持腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和避免有害物質(zhì)入侵腦組織所特有的結(jié)構(gòu)。BBB能阻擋病原生物和其他大分子物質(zhì)由血液循環(huán)進(jìn)入腦室和腦組織， 又能將腦內(nèi)代謝產(chǎn)物排出， 從而保持腦組織內(nèi)環(huán)境的基本穩(wěn)定， 對維持腦內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡和正常生理狀態(tài)具有重要生物學(xué)意義[19]。早在19世紀(jì)末， 德國細(xì)菌學(xué)家Ehrlich和其學(xué)生Goldmann等通過注射臺盼藍(lán)發(fā)現(xiàn)， 中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周血液循環(huán)系統(tǒng)之間存在物理屏障， 并正式提出血腦屏障的概念[20]。直到20世紀(jì)60年代通過電子顯微鏡細(xì)胞化學(xué)的研究成功， 證明了血腦屏障的存在并揭示了血腦屏障的解剖學(xué)基礎(chǔ)[21]。

血腦屏障是血液與腦組織間的一種特殊屏障， 它主要由腦內(nèi)的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞彼此緊密相連， 同時(shí)與完整的基膜以及周圍的周細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞相互作用構(gòu)成的屏障系統(tǒng)[22]。在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)， 內(nèi)皮細(xì)胞的緊密相連主要由跨膜蛋白、 胞質(zhì)附著蛋白和細(xì)胞骨架蛋白共同作用， 而且內(nèi)皮細(xì)胞缺少跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的質(zhì)膜小泡以及缺乏細(xì)胞孔， 細(xì)胞膜上含有一些特殊的蛋白：堿性磷酸酶、 r-谷氨酸轉(zhuǎn)肽酶、 糖轉(zhuǎn)蛋白與鐵轉(zhuǎn)蛋白受體等[23]。這些構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)封閉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是BBB的主要形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)， 對分子物質(zhì)從血液進(jìn)出腦組織具有高度選擇通透性[24]， 只允許氣體及分子量小于400～500 Da的脂溶性小分子物質(zhì)通過。正是由于BBB的存在， 才能使得物質(zhì)不可以隨便進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)， 可以阻擋毒素、 炎癥因子、 免疫細(xì)胞等的侵入， 從而避免影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常生理活動(dòng)， 保護(hù)腦組織內(nèi)環(huán)境的高度穩(wěn)定。但是與此同時(shí)， BBB也阻擋了大部分治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病所需要的藥物的入腦， 這也成為治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病時(shí)遇到的重要瓶頸問題[25]。所以， 如何增大BBB的通透性， 實(shí)現(xiàn)讓更多的大分子治療藥物入腦， 是當(dāng)下治療顱內(nèi)疾病的一個(gè)非常有潛力的方向。

3　跨越血腦屏障輸送藥物的方法

為了提高BBB對藥物的通透性， 傳統(tǒng)臨床上開放BBB的方法有以下幾種：(1)使藥物具備脂溶性。該方法通過用可溶于脂類的物質(zhì)或者可與脂類載體共存的物質(zhì)去修飾藥物， 使藥物親脂性， 但是周邊器官也會吸收親脂性藥物， 從而導(dǎo)致藥物的利用率很低[26]。(2)靜脈注射高滲溶液。該方法通過注射高滲溶液引起腦部毛細(xì)血管壁內(nèi)皮細(xì)胞的收縮， 實(shí)現(xiàn)短暫地開放血腦屏障， 但是該方法不能實(shí)現(xiàn)靶向治療， 全腦的血管通透性都會增加， 引起病變組織區(qū)域之外的周圍細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞損傷[27]。(3)開顱或者直接腦室注射。這個(gè)方法可以通過插入一根連接導(dǎo)管的針頭， 直接注入藥物使得病灶藥物達(dá)到一定濃度從而進(jìn)行治療， 但該方式容易造成腦部受損， 而且易發(fā)生術(shù)后感染， 屬于一種有創(chuàng)的方法， 危險(xiǎn)性較高[28]。(4)使用內(nèi)源性載體運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。該方式通過改造載體的表面， 利用BBB內(nèi)皮細(xì)胞上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白特異性機(jī)制將特制的藥物輸送入腦， 但是由于細(xì)胞膜上受體的數(shù)量有限， 而且制作方法復(fù)雜， 很大程度上限制了其臨床應(yīng)用前景[29]。

由上可知， 傳統(tǒng)增加BBB通透性的方法都有一定的局限性。2001年， 加拿大多倫多大學(xué)的Hynynen首次將超聲和微泡聯(lián)合起來， 發(fā)現(xiàn)可以安全、 有效、 無創(chuàng)、 可逆地開放兔子的BBB[30]。這一重大發(fā)現(xiàn)使得無創(chuàng)開放BBB輸送大分子物質(zhì)入腦的研究進(jìn)程進(jìn)入一個(gè)歷史性的階段。低頻聚焦超聲聯(lián)合微泡的方法具有巨大的應(yīng)用潛力， 該方法在病理結(jié)果上沒有造成神經(jīng)元損傷， 具有無創(chuàng)性； 能夠通過聚焦超聲實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域的治療， 具有靶向性； BBB短暫開放后依然能重新恢復(fù)， 具有可逆性。因此， 該方法克服了傳統(tǒng)方法的局限性， 具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

4　低頻聚焦超聲聯(lián)合微泡輸送治療腦膠質(zhì)瘤的藥物

由上述研究可以得到， 超聲聯(lián)合微泡對大腦靶向輸送藥物具有獨(dú)特的優(yōu)勢[31]， 而且大量的實(shí)驗(yàn)證明了這種方法用于臨床上治療腦膠質(zhì)瘤的可行性。目前用于治療惡性腦膠質(zhì)母細(xì)胞瘤疾病的唯一一線藥物是替莫唑胺TMZ， 其他藥物有卡莫司汀BCNU等[32]。但是血腦屏障的存在使得這些藥物的療效并沒有發(fā)揮出來。例如TMZ的腦脊液血液之比僅在10%～20%之間。在這過程中存在的問題是為了增加療效， 增加藥物劑量的同時(shí)也會導(dǎo)致藥物毒性的增加。因此， 解決這一問題的關(guān)鍵點(diǎn)是如何增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的藥物劑量以達(dá)到更好的療效[33]。

由于超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障具有無創(chuàng)、 可逆、 局部治療的獨(dú)特優(yōu)勢， 研究學(xué)者們將該方法應(yīng)用在動(dòng)物模型上， 進(jìn)行了一系列的探索。目前研究者們已經(jīng)進(jìn)行了超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障輸送大分子物質(zhì)入腦。2006年有研究顯示分子量為150 kDa的抗體藥物赫賽汀(Herceptin)和D4受體抗體都能夠利用這一方法成功輸送入小鼠腦部[34]。2008年Raymond等首次發(fā)現(xiàn)利用超聲微泡能夠往AD鼠腦部輸送抗淀粉樣蛋白抗體(分子量為150 kDa的抗Aβ1-40)。2012年Yang首次在腦膠質(zhì)瘤動(dòng)物模型中通過超聲聯(lián)合微泡的方法遞送含硼化合物BPA， 提高中子捕獲治療的療效[35]， 2013年Ryan再次證明了BPA可以通過超聲微泡成功入腦， 并且對腦膠質(zhì)瘤的增長有一定的抑制效果[36]。2011年Burgess首次成功通過該方法輸送干細(xì)胞入腦[37]。2013年Alkins再次證實(shí)了該方法輸送干細(xì)胞的可行性。由上可見， 低頻聚焦超聲聯(lián)合微泡這一技術(shù)在輸送大分子藥物入腦很有潛力。

超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障對腦部腫瘤治療的療效提高已經(jīng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。目前已有的研究采用的化療藥物主要有阿霉素脂質(zhì)體(Liposomal DOX)、 卡莫司汀(Carmustine， BCNU)、 替莫唑胺(Temozolomide， TMZ)和紫杉醇(Paclitaxel， PTX)， 本文分別在章節(jié)4.1至4.4綜述， 這些研究采用的參數(shù)總結(jié)在表1中。

4.1超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障輸送阿霉素脂質(zhì)體治療腦膠質(zhì)瘤

2007年研究者Treat LH成功將阿霉素脂質(zhì)體藥物輸送至正常大鼠腦部[38]， 2012年Treat在采用中心頻率為1.7 MHz、 負(fù)聲壓為1.2 MPa的超聲， 聯(lián)合微泡輻照時(shí)長60～120 s， 經(jīng)過單次的治療， 輸送脂質(zhì)體包裹阿霉素藥物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法能夠有效延長種植9L腦膠質(zhì)瘤大鼠的壽命， 超聲聯(lián)合微泡治療組比不治療組的中位生存周期提高24%， 且存在顯著性差異(P=0.000 7)， 存活天數(shù)大于40 d的比率是26.7%。而單獨(dú)DOX治療組比不治療組的中位生存周期僅提高16%， 不存在顯著性差異(P=0.17)， 且存活天數(shù)均小于40 d[39]。2013年Aryal通過對 9L腦膠質(zhì)瘤大鼠模型經(jīng)過三周期的治療， 超聲聯(lián)合微泡治療組的8只大鼠中， 有1只大鼠存活天數(shù)為66 d， 甚至有兩只大鼠存活天數(shù)超過136 d， 與不治療組的中位生存周期相比較， 超聲聯(lián)合微泡治療組增加了一倍， 而單獨(dú)DOX治療組僅提高16%， 用MRI檢測FUS+MB+DOX組、 單獨(dú)FUS組、 對照組和單獨(dú)DOX給藥組的平均腫瘤體積增倍時(shí)間分別為3.7、 2.2、 2.3和2.7 d[40]。說明超聲聯(lián)合微泡開放BBB輸送阿霉素脂質(zhì)體在治療腦膠質(zhì)瘤疾病方面具有很大的臨床應(yīng)用潛力。

4.2超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障輸送卡莫司汀治療腦膠質(zhì)瘤

卡莫司汀一直是臨床上常用于神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療藥物， 雖然BCNU是親脂性的， 容易穿過血腦屏障， 但這也同時(shí)會導(dǎo)致全身性的細(xì)胞毒性， 從而限制了藥物到達(dá)腦腫瘤的濃度。2012年Liu等[41]在MRI引導(dǎo)下使用中心頻率為400 kHz、 負(fù)聲壓為0.62 MPa的低頻聚焦超聲增強(qiáng)輸送BCNU到達(dá)小鼠的腦部， 發(fā)現(xiàn)腦腫瘤區(qū)域的藥物濃度達(dá)到了344 μg， 是對照組的兩倍多。聚焦超聲聯(lián)合微泡共同作用開放血腦屏障遞送BCNU發(fā)揮出最大的腫瘤抑制效果， 顯著延長了動(dòng)物的生存時(shí)間， 使得小鼠的生存中位時(shí)間增加并且超過50 d， 而對照組、 超聲微泡不給藥組和單純注射BCNU組的生存中位時(shí)間分別僅僅為26、 29和32 d。此外， BCNU還可以做成脂質(zhì)體卡莫司汀、 BCNU聚合物以及納米粒子等用于治療腦膠質(zhì)瘤[42]。

4.3超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障輸送替莫唑胺治療腦膠質(zhì)瘤

替莫唑胺(TMZ)早在2005年就已經(jīng)被批準(zhǔn)當(dāng)作烷化劑抗腫瘤藥物用來治療腦腫瘤[43]。TMZ的一個(gè)優(yōu)勢在于可以口服經(jīng)吸收后達(dá)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)[44]。2014年Liu HL等[45]進(jìn)行了超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障輸送TMZ治療腦膠質(zhì)瘤的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究。在該研究中， 采用了人類U87腦膠質(zhì)瘤動(dòng)物模型， 利用液相色譜分析和串聯(lián)質(zhì)譜分析技術(shù)測量了TMZ在腦脊液和血漿中的含量。結(jié)果顯示， 與單純TMZ給藥組相比， 利用FUS+MB輸送TMZ的方法使得藥物在腦脊液和血漿中的比例從22%增加到39%(超聲中心頻率：500 kHz, 負(fù)聲壓：0.6 MPa， 脈沖時(shí)長：10 ms， 脈沖重復(fù)頻率：1 Hz， 超聲輻照時(shí)間：60 s)。當(dāng)TMZ劑量為2.5 mg/kg時(shí)， 對腫瘤的生長速度控制時(shí)長超過7 d； 當(dāng)TMZ劑量增加到25 mg/kg時(shí)， 裸鼠腦內(nèi)膠質(zhì)瘤生長速度雖然得到一定的控制， 但是動(dòng)物的生存時(shí)長卻沒有明顯增加， 相比之下， FUS+MB輸送TMZ的低劑量(75 mg/kg/d， 5 d)與FUS-MB輸送TMZ高劑量(100 mg/kg/d， 5 d) 相比， 大大延長了動(dòng)物生存時(shí)間， 中位生存時(shí)間增加了15%。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平證明超聲微泡輸送TMZ可以提高其治療腦膠質(zhì)瘤的治療效果。

4.4超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障輸送紫杉醇治療腦膠質(zhì)瘤

紫杉醇(Paclitaxel, PTX)是近幾十年常用于臨床上的天然抗腫瘤藥物之一， 它通過促進(jìn)微管蛋白聚合抑制解聚， 抑制細(xì)胞有絲分裂， 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡， 誘導(dǎo)腫瘤壞死因子的產(chǎn)生等， 被廣泛用于乳腺癌、 卵巢癌、 前列腺癌、 頭頸部腫瘤等疾病的治療。但是PTX的水溶性極差， 臨床上現(xiàn)采用無水乙醇和聚氧乙烯蓖麻油混合作為溶劑， 增大其溶解度， 然而溶劑容易引起嚴(yán)重過敏反應(yīng)和神經(jīng)毒性等不良反應(yīng)[46]。2008年， Turunen等運(yùn)用琥珀酸紫杉醇類藥物， 發(fā)現(xiàn)可以減少全身的細(xì)胞毒性[47]。在同年， 付赤學(xué)對兔VX2腦腫瘤模型使用加入三醋酸甘油酯的載PTX微泡并聯(lián)合聚焦超聲靶向治療(超聲參數(shù)， 中心頻率：1.75 MHz/3.5 MHz聲壓：1.0 MPa， 超聲輻照時(shí)間：10 min， 微泡計(jì)量：0.5 ml/kg)， 治療效果明顯， 抑瘤率達(dá)40.8%， 比單純藥物組(20.6%)明顯提高； 凋亡指數(shù)達(dá) 37%， 明顯高于其余各組[48]。

本文研究小組將U87 MG Red可生物發(fā)光細(xì)胞移植到裸鼠顱內(nèi)， 探索低頻超聲聯(lián)合微泡輸送紫杉醇脂質(zhì)體對裸鼠顱內(nèi)移植的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療效果。采用了頻率為1.051 MHz和負(fù)聲壓為0.6 MPa的超聲輻照60 s。利用生物發(fā)光成像研究進(jìn)行監(jiān)測每個(gè)老鼠腦內(nèi)的神經(jīng)膠質(zhì)瘤的生長情況。超聲聯(lián)合微泡輸送紫杉醇脂質(zhì)體組腫瘤的生長得到了顯著的抑制， 與對照組相比， 在第20 d測得的熒光總量的值降低了三倍， 中位生存時(shí)間增加了20%。表1總結(jié)了上述研究中利用FUS聯(lián)合微泡輸送各種藥物治療腦腫瘤的情況。

表1　超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障輸送藥物治療腦腫瘤的相關(guān)實(shí)驗(yàn)總結(jié)

5　小結(jié)與展望

眾多研究表明， 超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障介導(dǎo)腫瘤靶向藥物治療兼具安全、 高效、 靶向性好、 可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 初步顯示了其潛在的應(yīng)用前景， 對于臨床腦膠質(zhì)瘤的治療有望成為一種新的途徑和技術(shù)[58]。2015年11月Sunnybrook科學(xué)家首次在MRI引導(dǎo)下利用聚焦超聲聯(lián)合微泡開放首例惡性腦膠質(zhì)瘤病人的血腦屏障。如果在接下來的長期生存研究中能夠證實(shí)該治療方法的有效性， 將為臨床上治療腦部疾病開辟一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域， 也同時(shí)為該方法運(yùn)用于治療其他顱內(nèi)疾病提供新的途徑， 如阿爾茨海默病、 帕金森綜合癥等[59]。

相信在不久的將來， 低頻超聲聯(lián)合微泡輸送藥物治療顱內(nèi)疾病的方式將會在臨床上發(fā)揮出其革命性的優(yōu)勢。隨著各種兼具診斷治療雙重作用的超聲探頭和穩(wěn)定分布良好的載藥微泡的研制， 以及對超聲參數(shù)及其生物學(xué)效應(yīng)的深入研究， 低頻聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障介導(dǎo)腫瘤靶向給藥治療將為臨床上腦膠質(zhì)瘤的治療帶來新的希望。

[1] Ostrom QT, Gittleman H, Farah P, et al. CBTRUS statistical report: Primary brain and central nervous system tumors diagnosed in the united states in 2006-2010 [J]. J Neuro Oncol, 2014,16(4):1-13.

[2] Siegel R, Naishadham D, Jemal A. Cancer statistics, 2013 [J]. Ca-Cancer J Clin, 2013,63(1):11-30.

[3] Arko L, Katsyv I, Park GE, et al. Experimental approaches for the treatment of malignant gliomas [J]. Pharmacol Ther NLM, 2010,128(1):1-36.

[4] Stupp R, Hegi ME, Mason WP, et al. Effects of radiotherapy with concomitant and adjuvant temozolomide versus radiotherapy alone on survival in glioblastoma in a randomised phase iii study: 5-year analysis of the eortc-ncic trial [J]. Lancet Oncol, 2009,10(5):459-466.

[5] Galanis E, Buckner J. Chemotherapy for high-grade gliomas [J]. Brit J Cancer, 2000,82(8):1371-1380.

[6] Stuart A. Grossman, Julette F. Batara. Current management of glioblastoma multiforme [J]. Semin Oncol, 2004,31(5):635-644.

[7] Khil MS, Kolozsvary A, Apple M, et al. Increased tumor cures using combined radiosurgery and bcnu in the treatment of 9l glioma in the rat brain [J]. Int J Radiat Oncol, 2000,47(2):511-516.

[8] Cloughesy TF, Black KL. Pharmacological blood-brain barrier modification for selective drug delivery [J]. J Neuro Oncol, 1995,26(2):125-132.

[9] Kang J, Wu XL, Wang ZG, et al. Antitumor effect of docetaxel-loaded lipid microbubbles combined with ultrasound-targeted microbubble activation on vx2 rabbit liver tumors [J]. J Ultras Med, 2010,29(1):61-70.

[10] He X, Liu HL, Huang CY, et al. Pharmacodynamic and therapeutic investigation of focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening for enhanced temozolomide delivery in glioma treatment [J]. Plos One, 2014,9(12):114-311.

[11] S N. Gliomatosis cerebri [J]. Brain, 1938,61:170-191.

[12] Jennings MT, Frenchman M, Shehab T, et al. Gliomatosis cerebri presenting as intractable epilepsy during early-childhood [J]. Pediatric Neurol, 1995,10(1):37-45.

[13] 謝淑萍. 腦膠質(zhì)瘤病的臨床和MRI研究 [J]. 中樞神經(jīng)系統(tǒng)放射學(xué), 2001,35(4):277-279.

[14] 續(xù)嶺. 腦膠質(zhì)瘤發(fā)病機(jī)制及其免疫治療的發(fā)展和展望 [C]. 神經(jīng)外科2013年年會, 2013,2(32):148-152.

[15] Fiveash JB, Spencer SA. Role of radiation therapy and radiosurgery in glioblastoma multiforme [J]. Cancer J , 2003,9(3):222-229.

[16] 師蔚. 腦膠質(zhì)瘤發(fā)病機(jī)制、診斷與治療的研究進(jìn)展 [J]. 中華神經(jīng)醫(yī)學(xué)雜志, 2007,6(9):869-871.

[17] 朱偉.腦膠質(zhì)瘤臨床復(fù)發(fā)的原因分析 [J]. 中國微侵襲神經(jīng)外科雜志, 2005,10(4):183-184.

[18] Bhowmik A, Khan R, Ghosh MK. Blood brain barrier: A challenge for effectual therapy of brain tumors [J]. Biomed Res Int, 2015,(1):1-21.

[19] 桑潔, 趙寶全. 血腦屏障分子組成研究進(jìn)展 [J]. 國際藥學(xué)研究雜志, 2011,38(3):201-205.

[20] Bentivoglio M, Kristensson K. Tryps and trips: Cell trafficking across the 100-year-old blood-brain barrier [J]. Trends Neurosci, 2014,37(6):325-333.

[21] Reese TS, Karnovsk.[M]. Fine structural localization of a blood-brain barrier to exogenous peroxidase [J]. J Cell Biol， 1967,34(1):207-217.

[22] SI R. Blood-brain barrier in physiology and medicine [J]. Amer. S, 1977,65(1):1-102.

[23] Staddon JM, Rubin LL. Cell adhesion, cell junctions and the blood brain barrier [J]. Curr Opin Neurobiol, 1996,6(5):622-627.

[24] Nagy Z, Peters H, Hüttner I. Fracture faces of cell junctions in cerebral endothelium during normal and hyperosmotic conditions [J]. Lab. Rob, 1984,50(3):313-322.

[25] Pardridge WM. Blood-brain barrier drug targeting: The future of brain drug development [J]. Mol Interv, 2003,3(2):90-105.

[26] Pardridge WM. Drug and gene delivery to the brain: The vascular route [J]. Neuron, 2002,36(4):555-558.

[27] Dietz GPH, B?hr M. Delivery of bioactive molecules into the cell: The trojan horse approach [J]. Mol Cell Neurosci, 2004,27(2):85-131.

[28] Shoichet MS, Winn SR. Cell delivery to the central nervous system [J]. Adv Drug Deliver Rev, 2000,42(1-2):81-102.

[29] Fan CH, Yeh CK. Microbubble-enhanced focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening for local and transient drug delivery in central nervous system disease [J]. J Ultras Med, 2014,22(4):183-193.

[30] Hynynen K, McDannold N, Vykhodtseva N, et al. Noninvasive mr imaging-guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits 1 [J]. Radiology, 2001,220(3):640-646.

[31] Burgess A, Shah K, Hough O, et al. Focused ultrasound-mediated drug delivery through the blood-brain barrier [J]. Expert Rev Neurother 2015,15(5):477-491.

[32] Stan A, Casares S, Radu D, et al. Doxorubicin-induced cell death in highly invasive human gliomas [J]. Anticancer Res, 1998,19(2A):941-950.

[33] Grossman S, O′Neill A, Grunnet M, et al. Phase iii study comparing three cycles of infusional carmustine and cisplatin followed by radiation therapy with radiation therapy and concurrent carmustine in patients with newly diagnosed supratentorial glioblastoma multiforme: Eastern cooperative oncology group trial 2394 [J]. J Clin Oncol , 2003,21(8):1485-1491.

[34] Kinoshita M, McDannold N, Jolesz FA, et al. Noninvasive localized delivery of herceptin to the mouse brain by mri-guided focused ultrasound-induced blood-brain barrier disruption [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2006,103(31):11719-11723.

[35] Yang FY, Chen YW, Chou FI, et al. Boron neutron capture therapy for glioblastoma multiforme: Enhanced drug delivery and antitumor effect following blood-brain barrier disruption induced by focused ultrasound [J]. Future Oncol, 2012,8(10):1361-1369.

[36] Alkins RD, Brodersen PM, Sodhi RN, et al. Enhancing drug delivery for boron neutron capture therapy of brain tumors with focused ultrasound [J]. Neuro Onco, 2013,12(9): 1225-1235.

[37] Burgess A, Ayala-Grosso CA, Ganguly M, et al. Targeted delivery of neural stem cells to the brain using mri-guided focused ultrasound to disrupt the blood-brain barrier [J]. Plos One, 2011,6(11):e27877.

[38] Treat LH, McDannold N, Vykhodtseva N, et al. Targeted delivery of doxorubicin to the rat brain at therapeutic levels using mri-guided focused ultrasound [J]. Int J Cancer, 2007,121(4):901-907.

[39] Treat LH, McDannold N, Zhang YZ, et al. Improved anti-tumor effect of liposomal doxorubicin after targeted blood-brain barrier disruption by mri-guided focused ultrasound in rat glioma [J]. Ultrasound Med Biol, 2012,38(10):1716-1725.

[40] Aryal M, Vykhodtseva N, Zhang YZ, et al. Multiple treatments with liposomal doxorubicin and ultrasound-induced disruption of blood-tumor and blood-brain barriers improve outcomes in a rat glioma model [J]. J Contr Releas, 2013,169(1):103-111.

[41] Liu HL, Hua MY, Chen PY, et al. Blood-brain barrier disruption with focused ultrasound enhances delivery of chemotherapeutic drugs for glioblastoma treatment [J]. Radiology, 2010,255(2):415-425.

[42] Qian LL, Zheng JJ, Wang K, et al. Cationic core-shell nanoparticles with carmustine contained within o-6-benzylguanine shell for glioma therapy [J]. Biomaterials, 2013,34(35):8968-8978.

[43] Kim H, Likhari P, Parker D, et al. High-performance liquid chromatographic analysis and stability of anti-tumor agent temozolomide in human plasma [J]. J Pharmaceut Biomed, 2001,24(3):461-468.

[44] Baker SD, Wirth M, Statkevich P, et al. Absorption, metabolism, and excretion of 14C-temozolomide following oral administration to patients with advanced cancer [J]. Clin Cancer Res, 1999,5(2):309-317.

[45] Liu HL, Huang CY, Chen JY, et al. Pharmacodynamic and therapeutic investigation of focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening for enhanced temozolomide delivery in glioma treatment [J]. Plos One, 2014,9(12): e114311.

[46] Tartis MS, McCallan J, Lum AF, et al. Therapeutic effects of paclitaxel-containing ultrasound contrast agents [J]. Ultrasound Med Biol, 2006,32(11):1771-1780.

[47] 衛(wèi)鳳英, 成文彩. 紫杉醇脂質(zhì)體細(xì)胞毒作用和抗瘤作用的研究 [J]. 同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2001,30(1):46-49.

[48] Turunen BJ, Ge H, Oyetunji J, et al. Paclitaxel succinate analogs: Anionic and amide introduction as a strategy to impart blood-brain barrier permeability [J]. Bioorg Med Chem Lett, 2008,18(22):5971-5974.

[49] 付赤學(xué). 超聲激發(fā)載紫杉醇微泡跨血腦屏障靶向腦腫瘤的實(shí)驗(yàn)研究 [M]. 重慶, 2008,第三軍醫(yī)大學(xué):7-68.

[50] Park EJ, Zhang YZ, Vykhodtseva N, et al. Ultrasound-mediated blood-brain/blood-tumor barrier disruption improves outcomes with trastuzumab in a breast cancer brain metastasis model [J]. J Contr Releas, 2012,163(3):277-284.

[51] Alkins R, Burgess A, Ganguly M, et al. Focused ultrasound delivers targeted immune cells to metastatic brain tumors [J]. Cancer Res, 2013,73(6):1892-1899.

[52] Fan CH, Ting CY, Liu HL, et al. Antiangiogenic-targeting drug-loaded microbubbles combined with focused ultrasound for glioma treatment [J]. Biomaterials, 2013,34(8):2142-2155.

[53] Wei KC, Chu PC, Wang HYJ, et al. Focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening to enhance temozolomide delivery for glioblastoma treatment: A preclinical study [J]. Plos One, 2013,8(3): 1-10.

[54] Aryal M, Vykhodtseva N, Zhang YZ, et al. Multiple treatments with liposomal doxorubicin and ultrasound-induced disruption of blood-tumor and blood-brain barriers improve outcomes in a rat glioma model [J]. J Contr Releas, 2013,169(1-2):103-111.

[55] Kovacs Z, Werner B, Rassi A, et al. Prolonged survival upon ultrasound-enhanced doxorubicin delivery in two syngenic glioblastoma mouse models [J].J Contr Releas, 2014,187(192):74-82.

[56] Burke CW, Alexander E, Timbie K, et al. Ultrasound-activated agents comprised of 5fu-bearing nanoparticles bonded to microbubbles inhibit solid tumor growth and improve survival [J]. Mol Ther, 2014,22(2):321-328.

[57] Aryal M, Park J, Vykhodtseva N, et al. Enhancement in blood-tumor barrier permeability and delivery of liposomal doxorubicin using focused ultrasound and microbubbles: Evaluation during tumor progression in a rat glioma model [J]. Phys Med Biol, 2015,60(6):2511-2527.

[58] Olivier Couture JF, Neal F. Kassell, et al. Review of ultrasound mediated drug delivery for cancer treatment updates from pre-clinical studies [J]. Transl Cancer Res, 2014,3(5):494-511.

[59] 陳高舒,郭瑾璇,沈圓圓，等. 低頻超聲聯(lián)合微泡治療阿爾茨海默癥的研究進(jìn)展 [J]. 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)進(jìn)展, 2015,36(3):160-165.

Recent Progress of the Treatment of Glioma by Drug Delivery Using Low-frequency Ultrasound Combined with Microbubbles

PI Zhaoke1, LI Fangfang1, LI Yue1, HUANG Weijian1, CHEN Yiling1,SHEN Yuanyuan1, 2, 3, CHEN Siping1, 2, 3, CHEN Xin1, 2, 3

1. School of Biomedical Engineering, Shenzhen University (Shenzhen,518060)2. National-Regional Key Technology Engineering Laboratory for Medical Ultrasound (Shenzhen,518060)3. Guangdong Key Laboratory for Biomedical Measurements and Ultrasound Imaging (Shenzhen,518060)

The blood-brain barrier can protect the stability of internal environment of brain. However, it also hinders the delivery of therapeutic agents into the central nervous system, affecting the treatment efficiency of many intracranial diseases. Malignant glioma is one of the most common brain tumors and characteristic of high rates of recurrence and mortality, bringing great threat to human life. Current chemotherapy has failed to control tumor progression or improve glioma patient surviving time because of the blood-brain barrier. Low-frequency focused ultrasound combined with microbubbles has already been confirmed to enhance permeability of brain vasculature by temporally opening the blood-brain barrier and has potential capability to enhance delivery of therapeutic agents into brain tumors. This paper reviews the current progress of recent researches on the therapeutic effects of glioma using low-frequency ultrasound with microbubbles for drug delivery.

blood-brain barrier, low-frequency ultrasound, microbubbles, glioma, chemotherapy

10.3969/j.issn.1674-1242.2016.02.006

深圳市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(JCYJ20140828163634004)

皮兆柯，研究生，研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程，E-mail:pizhaoke@outlook.com

陳昕，副教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail：chenxin@szu.edu.cn

R445.1

A

1674-1242(2016)02-0078-06

2016-04-24)