周厚妊 張 月 辛 瑩 李詩慧 劉小奇 劉治軍

納米給藥系統(tǒng)是指藥用材料與藥物制備的粒徑為1～1000 nm的納米級(jí)藥物輸送體系，具有靶向、控釋、易被細(xì)胞攝取及能提高藥物穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在疾病的治療，尤其是在腫瘤的治療方面具有較好的應(yīng)用前景。然而，目前其藥物輸送效率仍有待于提高。超聲靶向微泡破壞（ultrasound-targeted microbubble destruction，UTMD）技術(shù)是一種安全的物理靶向方法，其產(chǎn)生的微流和輻射力可使血腦屏障、致密結(jié)締組織及細(xì)胞膜等堅(jiān)固屏障破裂，使更多的靶向藥物進(jìn)入細(xì)胞和組織，從而顯著提高納米給藥系統(tǒng)效率。本文就UTMD 技術(shù)及其提高納米給藥系統(tǒng)效率的可能機(jī)制、基于UTMD 技術(shù)的新型納米給藥系統(tǒng)的分類、影響納米給藥系統(tǒng)靶向性的因素、納米給藥系統(tǒng)與靶向配體耦聯(lián)的策略，以及UTMD 介導(dǎo)納米給藥系統(tǒng)在腫瘤、糖尿病心肌病、糖尿病腎病、視網(wǎng)膜疾病等多種疾病診治中的應(yīng)用等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、UTMD技術(shù)及其相關(guān)機(jī)制

UTMD 技術(shù)是指經(jīng)超聲圖像確定載基因或藥物的微泡到達(dá)靶組織或器官后，給予不同強(qiáng)度的超聲輻照，致使微泡發(fā)生收縮、振蕩、膨脹及破裂，其產(chǎn)生的空化與聲孔效應(yīng)使細(xì)胞膜形成小孔，進(jìn)而促進(jìn)外源性基因或藥物的靶向運(yùn)輸。UTMD 介導(dǎo)納米給藥系統(tǒng)相較于其他基因或藥物遞送方式具備有如下優(yōu)勢(shì)：①具有低毒和低免疫原性；②納米給藥系統(tǒng)通過血管注射入體內(nèi)，具有非侵入性及高度可重復(fù)性；③實(shí)現(xiàn)了靶組織及細(xì)胞水平的診療一體化；④與其他成像方式比較，具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性；⑤通過UTMD 技術(shù)可增強(qiáng)靶向性，提高轉(zhuǎn)染率，藥物或基因可被選擇性地遞送到指定的感興趣區(qū)域，從而降低系統(tǒng)給藥的毒性，減少全身性反應(yīng)［1］。

UTMD 提高納米給藥系統(tǒng)效率的可能機(jī)制：①空化效應(yīng)，包括穩(wěn)態(tài)空化及瞬態(tài)空化，穩(wěn)態(tài)空化可產(chǎn)生較小的輻射壓和微射流，瞬態(tài)空化可產(chǎn)生高能沖擊波及巨大切應(yīng)力?？栈?yīng)可使血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙增大，細(xì)胞膜通透性增加，促進(jìn)納米給藥系統(tǒng)向血管外靶向位置的滲透；②聲孔效應(yīng)，在瞬態(tài)空化的作用下，細(xì)胞膜表面形成可持續(xù)數(shù)秒的短暫開口，納米給藥系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)胞并遞送基因及藥物；③超聲波作用下細(xì)胞內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生大大增加，提高細(xì)胞膜通透性，同時(shí)超聲波可使細(xì)胞膜溫度升高，改變膜磷脂流動(dòng)性，最大幅度地提高了細(xì)胞膜的滲透性，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞對(duì)納米給藥系統(tǒng)的攝?。?］；④超聲波可刺激細(xì)胞內(nèi)吞功能［3］并通過產(chǎn)生過氧化氫促進(jìn)鈣離子內(nèi)流，鈣離子依賴的鉀離子通道開放，激活細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增加納米給藥系統(tǒng)的攝取。

二、基于UTMD技術(shù)的新型納米給藥系統(tǒng)的分類

1.載藥超聲納泡。載藥超聲納泡是由脂質(zhì)或多聚物包裹惰性氣體（多選用氟碳?xì)怏w）及藥物或基因構(gòu)成。有學(xué)者［4］制備了含有全氟丙烷的載基因脂質(zhì)超聲納泡，并將其注入小鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示基因攝取僅限于暴露于超聲下的區(qū)域，表明超聲破壞載基因脂質(zhì)超聲納泡可用于增加DNA轉(zhuǎn)導(dǎo)。近年來，載藥超聲納泡的制備和初步應(yīng)用取得了很好的效果，與微氣泡比較，納米氣泡的穩(wěn)定性和負(fù)載量均有了較大提高，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的外滲。

2.載藥氟碳納米乳劑。載藥氟碳納米乳劑的外殼多為磷脂分子材料，其可生物降解且可變性，利于特異性配體耦聯(lián)。內(nèi)核選用液態(tài)全氟化碳，目前使用較多的內(nèi)核為全氟己烷或過氟辛基溴。Vlaisavljevich 等［5］利用超聲（短的高壓脈沖）激發(fā)載藥相變氟碳納米乳劑轉(zhuǎn)化為微泡，從而通過乳滴聲學(xué)氣化來增強(qiáng)回聲。文獻(xiàn)［6］報(bào)道當(dāng)外滲的納米乳在生理溫度下轉(zhuǎn)化為微泡時(shí)，腫瘤的超聲對(duì)比度顯著增加。UTMD 技術(shù)介導(dǎo)載藥氟碳納米乳劑，使藥物向所需區(qū)域輸送，且由于其穩(wěn)定性佳，使治療劑的延遲釋放成為可能，從而潛在地減少了藥物的相關(guān)副作用。

3.微泡-載藥納米粒復(fù)合給藥系統(tǒng)。該納米給藥系統(tǒng)是將微泡與載藥納米粒相結(jié)合的復(fù)合體系。張霞等［3］以肝素為原料制備生物素化包裹紫杉醇的肝素納米粒，采用機(jī)械震蕩法制備生物素化脂質(zhì)微泡，并借助橋聯(lián)親和素-生物素將兩者耦聯(lián)，制備了一種新型復(fù)合納米給藥系統(tǒng)。超聲破壞普通載藥微泡可增加靶組織藥物濃度，但普通載藥微泡藥物包載率低，體內(nèi)穩(wěn)定性差，半衰期短；以肝素為載體的納米粒藥物包載率高，但因粒徑小，其易與靶組織以外的組織聚積，降低靶組織濃度的同時(shí)增大全身不良反應(yīng)。微泡-載藥納米粒的復(fù)合納米給藥體系，成功地結(jié)合了微泡與納米藥物遞送兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并避開了各自的不足。

三、影響納米給藥系統(tǒng)靶向性的因素

1.納米給藥系統(tǒng)表面電荷。人體的體內(nèi)環(huán)境為負(fù)電性的，納米給藥系統(tǒng)表面的負(fù)電荷限制了它們與靶組織和細(xì)胞，特別是與腫瘤細(xì)胞的結(jié)合［7］。

2.免疫系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。進(jìn)入人體的納米給藥系統(tǒng)可以被肝臟和脾臟網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的單核吞噬細(xì)胞當(dāng)作異物清除，從而影響納米給藥系統(tǒng)向靶組織或器官的聚積［8］。

3.納米給藥系統(tǒng)的大小。不同大小的納米給藥系統(tǒng)對(duì)不同腫瘤組織具有選擇性。直徑20～30 nm 的納米給藥系統(tǒng)通常在進(jìn)入靶組織前被腎臟清除；30～150 nm 的納米給藥系統(tǒng)易在心臟、腎臟和骨髓中積累；150～300 nm的納米給藥系統(tǒng)易在肝、脾中積累。

4.腫瘤細(xì)胞表面特異性抗原或受體的高表達(dá)。這些于腫瘤細(xì)胞表面高表達(dá)的抗原或抗體，在正常細(xì)胞為中表達(dá)甚至不表達(dá)的，從而使連接特定靶頭的納米給藥系統(tǒng)能更好地靶向至腫瘤組織［9］。納米給藥系統(tǒng)與靶向配體耦聯(lián)的策略有兩種形式。①被動(dòng)靶向：腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙增大（通常為380～780 nm），使納米級(jí)給藥系統(tǒng)外滲；淋巴引流不良及靜脈回流緩慢進(jìn)一步增加納米給藥系統(tǒng)在血管外間隙的滯留及積聚。這種高滲透長滯留效應(yīng)的積累稱為被動(dòng)靶向，通常發(fā)生于10～200 nm的納米系統(tǒng)中［10］。但此方式靶向性略顯不足，要達(dá)到滿意療效必須增加給藥劑量，勢(shì)必導(dǎo)致成本及毒副作用的增加。②主動(dòng)靶向：能克服基因治療靶向性低的缺點(diǎn)，增加療效并減少對(duì)其他器官或組織的毒副作用。殼膜表面連接的配體通常是多肽類、聚合物或抗體等，連接方式中生物素（非共價(jià)）或通過羧酸基、巰基或馬來酰亞胺的共價(jià)耦聯(lián)是最常見的［11］。共價(jià)耦聯(lián)不需要外源蛋白，產(chǎn)生免疫反應(yīng)的幾率較低。共價(jià)靶向方法取決于暴露在納米給藥系統(tǒng)表面的官能團(tuán)類型。碳二亞胺可以激活靶向納米給藥系統(tǒng)殼上的羧基，形成活性酯，與蛋白質(zhì)氨基發(fā)生反應(yīng)，形成酰胺鍵。但其導(dǎo)致耦合率相對(duì)較低［12］。另外，殼上的馬來酰亞胺與配體上的巰基也可實(shí)現(xiàn)耦聯(lián)（反之亦然），形成硫醚鍵［13］。馬來酰亞胺-硫醇耦聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是定向耦聯(lián)，顯著提高了耦合率。非共價(jià)靶向方法的基礎(chǔ)是將蛋白質(zhì)，脂質(zhì)等靶向配體摻入到納米給藥系統(tǒng)的殼中。常用的非共價(jià)靶向方法之一是將磷脂酰絲氨酸結(jié)合到磷脂微泡的殼中，從而賦予微泡對(duì)活化白細(xì)胞的靶向性。另一常見方法即利用聚乙二醇間隔臂將親和素結(jié)合到微泡表面，然后利用橋聯(lián)親和素-生物素連接病理特異性配體［14］。該方法非常靈活，有利于臨床前檢測(cè)，但由于親和素的免疫原性，尚不能應(yīng)用于臨床。

四、UTMD介導(dǎo)納米給藥系統(tǒng)在疾病診治中的應(yīng)用進(jìn)展

1.腫瘤。惡性腫瘤是目前患病死亡的主要原因之一，全身化療是治療腫瘤的主要方法。加強(qiáng)腫瘤組織的局部藥物遞送，同時(shí)最大限度減少全身副作用是化療成功的關(guān)鍵。UTMD 介導(dǎo)的納米給藥系統(tǒng)，是一種新的腫瘤靶向藥物遞送策略，通過增加腫瘤血管及細(xì)胞膜通透性，提高病灶區(qū)域的藥物釋放濃度，達(dá)到靶向治療并減小副作用的目的。王翔［15］制備的微泡-載甲氨蝶呤納米粒給藥系統(tǒng)結(jié)合UTMD 技術(shù)，微泡在超聲波的作用下產(chǎn)生空化作用，引起血腦屏障緊密連接開放，明顯增加了甲氨蝶呤跨大鼠血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而有效抑制顱內(nèi)腫瘤細(xì)胞的增殖。Teng 等［16］制備包載乳腺癌耐藥蛋白siRNA 的超聲納泡，其基因包封率高于98%，結(jié)合UTMD 技術(shù)，大大地提高了siRNA轉(zhuǎn)染率，相應(yīng)的蛋白表達(dá)相對(duì)于裸siRNA顯著下調(diào)。Gao等［17］制備的載酸解阿霉素前藥的氟碳納米乳劑超聲觸發(fā)納米給藥系統(tǒng)，通過UTMD 的超聲空化作用，可達(dá)到高成像對(duì)比度，并大大增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的攝取，從而獲得更好的抗腫瘤治療效果。Chumakova 等［18］報(bào)道，由UTMD 觸發(fā)的聚乳酸-羥基乙酸共聚物和聚乙烯亞包載DNA 的超聲納泡在體內(nèi)成功遞送到腫瘤細(xì)胞，且其基因轉(zhuǎn)染效率至少提高了8 倍。UTMD 介導(dǎo)納米遞送系統(tǒng)仍處于細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，但極具前景，未來將大大改善腫瘤患者的預(yù)后和生活質(zhì)量。

2.其他。UTMD介導(dǎo)納米給藥系統(tǒng)在腫瘤治療中的應(yīng)用前景推動(dòng)了其在其他疾病治療中的實(shí)驗(yàn)研究。越來越多的臨床研究證明了UTMD 介導(dǎo)納米給藥系統(tǒng)在多種疾病中的治療作用。張明等［19］制備微泡-包載堿性成纖維細(xì)胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）納米粒的復(fù)合納米給藥系統(tǒng)，結(jié)合UTMD 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效bFGF 心臟靶向轉(zhuǎn)運(yùn)，其減少全身給藥副作用的同時(shí)，可有效促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞分裂增殖，誘導(dǎo)血管新生，增加心臟灌注，改善心肌功能，有望成為治療糖尿病心肌病的一種新方法。DU 等［20］報(bào)道，UTMD 介導(dǎo)的載siRNA 超聲納泡可更有效下調(diào)mRNA 及血小板源性生長因子的蛋白表達(dá)，且組織學(xué)檢查未見明顯的組織損傷，證明UTMD 可安全地促進(jìn)載siRNA 的單甲氧基聚（乙二醇）-聚（乳酸-乙醇酸）-聚-L-賴氨酸（mPEG-PLGA-PLL）超聲納泡在大鼠視網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)染率。Sheng 等［21］研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病腎病大鼠經(jīng)包載bFGF的納米給藥系統(tǒng)結(jié)合UTMD 治療后，腎臟中bFGF 濃度明顯高于單純bFGF的納米給藥系統(tǒng)治療（均P＜0.05）；且經(jīng)B超檢查及組織學(xué)分析顯示，前者大鼠腎臟形態(tài)和功能均明顯恢復(fù)?？傊?，UTMD介導(dǎo)納米給藥系統(tǒng)可促進(jìn)基因或藥物的靶點(diǎn)釋放，降低系統(tǒng)給藥毒性，減少全身反應(yīng)并增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)染，為很多疾病提供了新的相對(duì)安全有效的遞送方式。

五、小結(jié)與展望

總之，UTMD 結(jié)合納米給藥系統(tǒng)通過延長藥物在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，增加了藥物在靶組織的聚積濃度，從而大大提高了藥物的遞送效率，是目前最具潛力的靶向治療方法，有望廣泛地應(yīng)用于人類各種疾病。但此項(xiàng)技術(shù)尚處于研究階段，仍存在不足：①靶向納米給藥系統(tǒng)的制備技術(shù)尚需完善；②UTMD的空化效應(yīng)在發(fā)揮作用的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面生物學(xué)效應(yīng)，因而需要確定適宜的微泡劑量和超聲參數(shù)，使其最大化發(fā)揮正面效能的同時(shí)盡可能地降低對(duì)細(xì)胞的損傷；③UTMD 介導(dǎo)納米給藥系統(tǒng)僅停留在細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，尚未進(jìn)行臨床研究，仍不能確切說明該給藥系統(tǒng)的功能特性。盡管當(dāng)前的UTMD介導(dǎo)的納米給藥系統(tǒng)研究存在諸多問題，但隨著國內(nèi)外專家不斷地深入探索，UTMD介導(dǎo)的納米給藥系統(tǒng)必將擁有更廣闊的應(yīng)用前景。