周裕卿，彭玉蘭，楊林，黃建波，張旭輝，徐金順*

1.四川大學華西醫(yī)院超聲醫(yī)學科，四川 成都 610041；2.四川大學華西醫(yī)院超聲醫(yī)學研究室，四川 成都 610041；*通信作者 徐金順 xujinshun@wchscu.cn

超聲成像能夠直觀展示人體器官影像，且具有無創(chuàng)、安全、便攜、實時等優(yōu)點，已廣泛用于各種疾病的早期診斷。然而腸氣干擾、肋骨遮擋、呼吸運動不配合等導致超聲成像質(zhì)量不佳。此外，由于腫瘤異質(zhì)性大，超聲聲像圖特征多變，導致超聲對腫瘤的診斷能力有限。因此，需要一種能夠顯示組織灌注、提高顯像分辨率的成像方法。

微泡作為一種超聲造影劑，具有低溶解度和低彌散性等優(yōu)點，能實時顯示組織灌注信息，提高圖像分辨率，在腫瘤超聲成像中發(fā)揮重要作用[1-3]。然而由于腫瘤血管孔隙小于700 nm，微米級微泡通常不能穿過血管內(nèi)皮間隙，導致在腫瘤內(nèi)的存留時間短暫，成像效果有待進一步提高[4-6]。隨著超聲分子影像技術(shù)的發(fā)展，應用納米粒封裝顯像劑、基因和藥物成為推動醫(yī)學精準發(fā)展的主要方法。其中全氟化碳（perfluorocarbon，PFC）納米粒具有良好的生物相容性[7-10]，可實現(xiàn)有效腫瘤內(nèi)聚集，經(jīng)聲波處理不僅能轉(zhuǎn)化為微泡增強超聲成像[11]，還能促進藥物靶向輸送增效個體化治療[12]。基于此，本文重點介紹PFC納米粒在超聲成像中的機制和在醫(yī)學中的應用現(xiàn)狀。

1 PFC 納米粒用于超聲治療的機制

1.1 熱效應 進行超聲檢查時，超聲波會導致局部組織發(fā)熱。組織發(fā)熱的影響因素包括局部組織對能量的吸收、熱擴散速率及對流速率。超聲能量的吸收與頻率呈正相關，頻率越高，吸收的能量越多。此外，即使超聲導致的輕微溫度升高，也可能會產(chǎn)生有效的生物學后果，如通過細胞膜的機械滲透顯著增強細胞的內(nèi)化作用和毛細血管的通透性[13-14]。

用溫度敏感的脂質(zhì)體包裹藥物，在超聲波的熱效應下，該脂質(zhì)體在可耐受的溫度下于靶區(qū)迅速釋放藥物。這是由于加熱使膜磷脂從凝膠變?yōu)榱黧w，從而增強了藥物在靶區(qū)的釋放和擴散。既往研究顯示，PFC納米粒包裹阿霉素的超聲造影劑與射頻消融聯(lián)合具有顯著的抗腫瘤作用，并已進行臨床試驗[15-17]。

1.2 空化的機械作用 超聲空化指微泡在超聲場的作用下隨超聲頻率發(fā)生周期性振蕩的現(xiàn)象。在低聲強下，微泡隨聲壓在其平衡半徑內(nèi)做周期性的振蕩運動，稱為穩(wěn)態(tài)空化。當聲強逐漸增大并達到一定的閾值時，氣泡的振蕩幅度與平衡尺寸相當，此時振蕩十分劇烈，先是爆炸式的膨脹，然后迅速萎縮，萎縮時會產(chǎn)生局部高溫高壓、強大的沖擊波和高速的微射流，稱為慣性空化。

在PFC納米粒轉(zhuǎn)化為微泡時，空化閾值降低，空化效應明顯增強。一方面，PFC納米粒轉(zhuǎn)化的微泡在慣性空化時劇烈生長甚至萎縮，產(chǎn)生強烈的沖擊波和微射流，破壞細胞膜和血管內(nèi)皮產(chǎn)生空隙，促使藥物和基因的滲透性增加[18-19]。另一方面，當超聲場的聲強較小不足以引起慣性空化時，PFC納米粒轉(zhuǎn)化的微泡發(fā)生穩(wěn)定的周期性振蕩產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)空化。穩(wěn)態(tài)空化促使血管壁發(fā)生內(nèi)陷或擴張、血管內(nèi)膜受損使血管通透性增強[14]。微泡空化可用于增強脂質(zhì)體的藥物輸送，延長藥物在體內(nèi)的循環(huán)時間，還可以增強腫瘤的靶向能力[20-21]。

1.3 非空化的機械作用 超聲中非熱非空化機制與聲流和超聲輻射力有關。通過介質(zhì)傳播的聲音會導致介質(zhì)產(chǎn)生力的作用，稱為聲流；它還會使在介質(zhì)中的顆粒懸浮，稱為輻射力。已有研究表明，聲流和輻射力會使微泡和納米粒集中在血管壁附近，從而有助于靶向藥物和基因的遞送[22]。

輻射力可以使靶向藥物或靶向基因接近細胞，或使其碎片黏附到細胞膜上。此外，聲流和輻射力還會通過改變毛細血管的通透性，促進PFC納米粒外滲，用于超聲分子成像和治療[17,23]。

2 PFC 納米粒在醫(yī)學中的應用

2.1 腫瘤成像與治療 腫瘤組織的特點是血流信號雜亂、血管結(jié)構(gòu)組織不良、淋巴系統(tǒng)減少，導致藥物載體很難通過血管壁進行傳遞。然而，由于腫瘤微血管系統(tǒng)存在缺陷，微血管系統(tǒng)內(nèi)皮間隙的孔徑較大，通常為正常組織的幾十倍，因此納米?？梢酝ㄟ^內(nèi)皮間隙進入腫瘤并逐漸積聚[24-25]。

近年來，以納米粒作為載體傳遞藥物的腫瘤成像技術(shù)不斷發(fā)展。在超聲波的熱效應下溫度不斷升高，使PFC納米顆粒汽化為微泡，汽化的液滴合并形成更大的微泡，用于超聲成像和靶向治療。目前多項研究利用PFC納米顆粒與阿霉素結(jié)合，將阿霉素靶向遞送到腫瘤內(nèi)，結(jié)果均顯示兩者的結(jié)合不僅能增強成像效果，而且提高了藥物的治療作用[18,26-27]。

此外，PFC納米?？梢耘c聚焦超聲聯(lián)合以提高腫瘤的治療效率。既往研究報道，通過PFC靶向輸送氧氣和阿霉素實現(xiàn)靶區(qū)瘤內(nèi)富集，聯(lián)合聚焦超聲后，PFC納米粒相變至破裂，可以快速釋放氧氣和阿霉素并增強超聲成像，達到緩解乏氧、減輕耐藥、增強腫瘤抑制的作用[28]，從而為腫瘤治療提供了一種全新的序貫治療策略。另外，Cao等[29]報道可編程低強度聚焦超聲聯(lián)合納米粒遞送系統(tǒng)可控制性觸發(fā)藥物釋放，并能顯著增強藥物的輸送，通過改變低強度聚焦超聲照射持續(xù)時間和功率，可以檢測PFC納米粒分布，調(diào)控阿霉素釋放，進而使藥物在瘤內(nèi)積累顯著增強，達到顯著抑制腫瘤增殖的作用。

2.2 血栓成像 纖維蛋白凝塊很少有回聲，而且由于存在超聲偽像，血栓的超聲診斷準確率偏低。既往研究[30-31]發(fā)現(xiàn)，臨床超聲成像與靶向選定的纖維蛋白表位的PFC納米粒結(jié)合可以檢測在體內(nèi)的纖維蛋白凝塊，可以用于急性腎損傷、敗血癥、動脈粥樣硬化等血栓性疾病。此外，靶向PFC納米顆粒的超聲分子成像也用于血栓栓塞的其他成分，如組織因子于斑塊破裂與血栓形成后產(chǎn)生，也與微血管病變血栓有關，有研究用針對組織因子的特定單克隆抗體片段與PFC結(jié)合，可以顯著提高受損血管的檢出率[32-33]。

2.3 靶向溶栓 血栓可能會導致急性心肌梗死、中風等，因此栓塞治療尤為重要。有研究開發(fā)了溶栓酶與PFC結(jié)合的納米顆粒，以纖維蛋白作為靶標，并用高頻超聲成像觀察，評估纖維蛋白的體積變化[34]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在短時間內(nèi)纖維蛋白的體積減小并將近消失。這種新型的給藥方法快速安全、起效快、治療效率高，可以降低中風率和死亡率。

3 小結(jié)與展望

隨著納米醫(yī)學的進步，通過將載藥納米微粒的組織靶向與主動釋放機制結(jié)合起來，解決了靶向藥物遞送這一難題。由于PFC納米粒不僅具有低溶解度和低擴散度的特性，而且能夠攜帶藥物、腫瘤富集靶向、增強藥物遞送以及增強腫瘤的超聲顯影，從而為超聲特異性診斷和靶向治療提供了新的契機。

盡管PFC納米粒作為造影劑已成功用于多種腫瘤動物模型中，但尚未用于臨床實踐。與動物體內(nèi)的腫瘤相比，人體內(nèi)的腫瘤體積較大，納米粒在人體中的被動靶向富集效應仍存在一定的挑戰(zhàn)性。因此，PFC納米粒在大動物模型中的試驗以及在臨床實踐中的應用均是亟待解決的問題。

總之，PFC納米粒應用于超聲分子成像中的機制以及在靶向治療中的應用，盡管尚未應用于臨床實踐，但在未來的超聲診斷與治療中存在很大潛力。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

志謝：本研究得到四川大學華西醫(yī)院超聲影像藥物研究室閻鋒教授的指導和協(xié)助。