肝癌介入栓塞材料的研究進展*

郭安然，謝文靜，鄭 敏，周宏福，李 玲**

(1.湖北科技學院醫(yī)學部藥學院，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學院醫(yī)學部生物醫(yī)學工程與醫(yī)學影像學院)

介入栓塞是目前中晚期腫瘤患者如肝癌患者的首選治療方法，雖然很多栓塞材料已經運用于臨床，但在使用過程中往往存有一些弊端。常見的栓塞材料可分為固體栓塞材料和液體栓塞材料，不同的栓塞材料有不同的特性。固體栓塞材料聚乙烯醇顆粒(PVA)、明膠海綿顆粒、彈簧圈等，雖然已在臨床上廣泛使用，但這些材料可能存在栓塞不完全、易堵塞血管、遠端移位[1]等弊端，從而導致疾病的復發(fā)或嚴重的異位栓塞。經常使用的液體栓塞劑如碘化油、正丁基-2-氰丙烯酸鹽(NBCA)、Onyx膠，也同樣優(yōu)缺點并存。碘化油可在X線下顯影、組織相容性好，但在使用過程中因黏度低而易被血液沖刷掉；另外NBCA需要特定的注射器特定專業(yè)人員操作，操作過程中易發(fā)生粘連；Onyx使用時需要配合使用有毒有機溶劑DMSO從而易導致血管痙攣和壞死。所以這些栓塞材料在安全性、操作性和栓塞效果等方面都存在一定問題，臨床應用有限?；诖?，本文將對新型介入栓塞材料的制備方法、優(yōu)越性能及栓塞實驗治療結果等進行簡單介紹。

1 溫度響應性栓塞材料

溫度響應性栓塞材料主要是利用體內和體外的溫度變化誘導栓塞材料發(fā)生相變，從而阻斷病變部位的血供，理想狀態(tài)下栓塞材料在通過導管時應為流動的溶膠，在響應目標部位的高溫后變?yōu)槭湛s的凝膠。由于其空間微拓撲結構，納米凝膠表現(xiàn)出更顯著的剪切變稀特性。此外，它們具備很高的載藥能力和緩控釋放的特性，可以作為很好的藥物載體。

1.1 溫度敏感性p(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸共丁酯)納米凝膠

經導管動脈栓塞過程中栓塞材料應具備永久性和周圍性栓塞的特點，Zhao等[2]研究中發(fā)現(xiàn)溫度敏感的p(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸丁酯共聚物)(PIB)納米凝膠作為一種新型血管栓塞材料在肝腫瘤介入治療中可以滿足這一需求。PIB納米凝膠隨著溫度的升高可以呈現(xiàn)出膨脹的凝膠、流動的溶膠和收縮的凝膠三種狀態(tài)，這是基于溫度敏感型聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)在大約32℃的溫度下會經歷線圈—顆粒轉變，同時納米凝膠是10～1000nm的交聯(lián)聚合物網絡，因其獨特的微拓普結構使納米凝膠分散體具有更低黏度和更強剪切稀化能力[3]。由于高于相變溫度后的疏水作用，PNIPAM納米凝膠在低于相變溫度時為溶膠狀態(tài)黏度較低，很容易通過細導管，但注射后可形成凝膠強度較高的水凝膠網絡。在TAE治療過程中，我們常常選用親水性碘海醇作為造影劑，然而碘海醇的分子結構中的親水性集團提升了PIB納米凝膠的體積相變溫度(VPTT)，所以將疏水性甲基丙烯酸丁酯單體在PNIPAM納米凝膠中聚合從而來降低凝膠的體積相變溫度。

在兔VX2肝癌的肝動脈栓塞實驗表明[4]，通過與碘化油對兔VX2肝腫瘤的比較用PIB-I-6150進行的外周栓塞14d后腫瘤的所有外周血管均被這種材料完全堵塞，然而碘油栓塞14d后出現(xiàn)了血管再通現(xiàn)象，這說明PIB-I-6150與碘油相比具有明顯的穩(wěn)定性。同時證實PIB-I-6150能顯著抑制肝腫瘤的生長速度，改善腫瘤組織的壞死程度。所以PIB-I-6150納米凝膠這種新型血管栓塞劑在肝腫瘤等疾病的TACE治療中具有廣闊的應用前景。

1.2 新型可注射不透射線殼聚糖/STS水凝膠

基于目前常用栓塞材料的缺點，F(xiàn)atimi等[5]結合了血流阻斷和內皮消融特性，開發(fā)了一種可注射、不透射線且含有硬化劑十四烷基硫酸鈉(STS)的新型水凝膠[6]。殼聚糖是由一種天然的氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖殘基的雜聚合物通過幾丁質的脫乙?；@得[7]，作為栓塞劑具有許多優(yōu)點。首先，它可以形成熱凝膠。當與弱堿(如b-甘油磷酸鹽(b-GP))結合時，b-GP可避免STS和殼聚糖相互作用后產生沉淀，在室溫和生理pH下保持溶液狀態(tài)。但在生理溫度下加熱后變成凝膠，經歷熱誘導凝膠化，便于注射且可避免發(fā)生栓塞的風險[8]。其次，殼聚糖具有生物相容性，形成可被細胞滲透的多孔基質[9]。此外，它具有止血作用[10]。最后，它是一種相對便宜的產品，可以通過加熱進行消毒[11]。該物質的缺點是不透射線也不硬化表現(xiàn)出較弱的機械性能和較長的凝膠化[12]?；诖?，研究者加入了STS，STS是一種7-乙基-2-甲基-4-十一烷醇硫酸鈉，已證實有40多年的安全性和有效性記錄[13]。STS作為1%或3%的溶液已廣泛用于靜脈曲張和血管畸形的硬化治療。研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖中添加造影劑和STS后可產生不透射線的硬化水凝膠，并且顯示出快速凝膠化和增加的機械性能。

通過對殼聚糖/STS水凝膠進行表征和優(yōu)化，證實它們具有快速凝膠化和良好的機械性能，以及硬化性能。在動物實驗中對栓塞動脈瘤的可行性進行了初步體內評估，發(fā)現(xiàn)殼聚糖/STS水凝膠治療的三個動脈瘤均未發(fā)現(xiàn)內漏。殼聚糖/STS水凝膠作為新型栓塞材料在臨床治療中具有很大潛力。

1.3 可注射PEG/聚酯熱液體栓塞劑

由于水凝膠在進入注射部位后會因溫度、pH、物理、化學等刺激在給藥部位原位形成固態(tài)水凝膠，所以該新型材料目前被廣泛應用于生物醫(yī)學領域。Yang等[14]在研究中開發(fā)了一種用于腫瘤切除術的臨時性栓塞材料聚乙二醇(PEG)/聚酯共聚物熱凝膠,因其溫度誘導的可逆性凝膠化和良好的生物相容性，成為短期血管栓塞的候選材料。該研究評估了甲氧基聚PEG-聚(D，L-丙交酯)(mPEG-PLA)共聚物熱凝膠在活體豬模型中TAE臨時栓塞的可行性和安全性。通過H-NMR分析了聚合物的化學組成和分子量，測定熱凝膠體系的溶膠-凝膠轉變和流變特性，表明含有碘酰胺醇的熱凝膠系統(tǒng)后會隨著體內溫度的變化發(fā)生相變，具有作為栓塞治療原位形成水凝膠的潛力。

1.4 泊洛沙姆407和海藻酸鹽的溫敏復合水凝膠

Raymond等[15]提出，泊洛沙姆407是一種溫度敏感聚合物，可在幾種動物的動脈和靜脈中產生暫時性閉塞。也有學者[16]研究了泊洛沙姆407作為幾種動物動脈中的臨時溫度敏感栓塞劑，發(fā)現(xiàn)它的腐蝕速度很快，向泊洛沙姆凝膠中添加大分子，已被用于構建復合水凝膠，以改善其緩釋性能。有研究[17]顯示，在泊洛沙姆407中加入卡拉膠、右旋糖酐和殼聚糖大分子可以減少其體外侵蝕。此外，研究[18]發(fā)現(xiàn)Ca2+可通過分子內橋與海藻酸鈉形成水凝膠?；诖薍uang等[19]研究了以泊洛沙姆407、海藻酸鈉、羥甲基纖維素和碘黃醇(PSHI)為基礎的熱敏復合水凝膠，并且結合Ca2+制備了溫敏性水凝膠PSHI-Ca2+作為TAE治療肝癌的液體栓塞劑。

通過流變試驗表明，PSHI具有良好的流動性和良好的黏彈性，凝膠溫度(GT)為26.5℃。侵蝕研究表明，PSHI具有與鈣離子相關的侵蝕特性，在水環(huán)境中侵蝕速度較慢。當與L929細胞孵育時，熱敏復合水凝膠在體外的細胞毒性較低。數字減影血管造影和計算機斷層掃描圖像的分析結果表明，在正常家兔的腎動脈中有良好的栓塞效果。對VX2荷瘤兔的血管造影和組織學研究表明，PSHI-Ca2+成功地阻斷了腫瘤，包括周圍血管?？傊?，PSHI-Ca2+是一種有前途的經動脈栓塞治療栓塞劑。

2 pH響應性栓塞材料

pH響應性栓塞材料主要是材料進入體內前和到達腫瘤部位后利用pH值的變化從而誘導材料發(fā)生溶膠-凝膠轉變。同溫度響應性栓塞材料一樣，它們以液體的形式輸送，并且在目標部位形成凝膠，以響應pH值的變化。

2.1 由水溶性天然多糖制備的原位形成栓塞水凝膠(CMC+CCN)

Lin等[20]構建的新型原位形成水凝膠由羧甲基殼聚糖(CCN)和羧甲基纖維素(CMC)組成，是一種非細胞毒性、可降解、高度多孔的材料，能夠裝載和釋放藥物的同時實現(xiàn)栓塞特性，并最終被再吸收到組織環(huán)境中，而不會產生任何毒性或對止血產生影響，這可能會提高療效，并減少并發(fā)癥。原位成型水凝膠是一類水凝膠材料，可由流動的液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。在用于制造原位形成水凝膠的材料中，多糖因其與合成材料相比，有較好的生物相容性和生物降解性而被應用[21]。殼聚糖是一種生物相容性好并且可生物降解的聚合物，但它在生理pH下不可溶，所以當羧甲基被引入殼聚糖的結構中時，使殼聚糖在生理pH下易于溶解。在體外動脈瘤模型注射中發(fā)現(xiàn)OCMC/CCN易通過導管、不堵塞，注入病變部位后形成凝膠，此外，因為其載藥/釋放能力，水凝膠有可能與四環(huán)素等硬化劑混合，并在EVAR期間使用，以防止內漏形成。這種材料在各種臨床條件下的應用是可行的，例如治療腫瘤、動靜脈畸形和動脈出血，以及輔助使用支架移植物進行主動脈瘤的血管內治療。

2.2 新型液體栓塞劑—pH敏感磺胺二甲嘧啶水凝膠

Nguyen等[22]構建的pH敏感水凝膠是由聚乙二醇(PEG)和聚氨酯硫化物磺胺二甲嘧啶(PUSSM)組成(PEG-PUSSM)，其特點是合成簡單、生物相容性好，在體外是流動易于注射的放射不透性栓塞劑,且一旦到達目標部位，就會因環(huán)境pH值的變化而形成凝膠，這克服了以往溫度敏感和化學交聯(lián)水凝膠在應用時可能出現(xiàn)的局限[23]?；前范奏奏?SM)因其弱陰離子性質(pKa為7.4)能夠在高pH下呈現(xiàn)電離狀態(tài)，而在生理pH下呈現(xiàn)出去離子狀態(tài)[24]。聚乙二醇(PEG)為親水性共聚物，簡單地將PEG-PUSSM共聚物的水溶液與水溶性X射線造影劑碘海醇混合后制備出不透射線的栓塞材料，將它們通過微導管輸送到黏稠的容器中后,證實了在高pH值下呈液態(tài)，然后在生理pH值下發(fā)生親水疏水性轉變，呈現(xiàn)凝膠狀態(tài)。此外在兔腎動脈模型中進行初步栓塞給藥，并在兔肝模型中進行試驗評估，也證明了該材料作為可注射pH敏感栓塞劑的可行性。在SD大鼠皮下注射PEG-PUSSM溶液，在12周后體內仍然有高穩(wěn)定性的凝膠。這些結果表明，PEG-PUSSM無論在腎動脈和肝動脈中都是一種有效的栓塞劑，揭示了這種材料在介入治療中良好的應用前景。

3 其它新型液體栓塞劑

3.1 受海洋沙堡蠕蟲海底黏合劑啟發(fā)的水性血管栓塞劑

Joshua P.Jones和團隊成員[25-26]受海洋沙堡蠕蟲海底黏附性的啟發(fā)描述了一種基于靜電凝聚、帶相反電荷的聚電解質—復合凝聚體水性原位凝固液體栓塞劑。在高離子強度下，栓塞凝聚物是可注射的液體，可以通過長而窄的微導管輸送，而在生理離子強度下，栓子凝聚后轉變?yōu)榉橇鲃庸腆w形態(tài)。本研究中天然黏合劑用一組帶相反電荷的聚電解質(PEs)代替，它由聚陽離子硫酸鹽胺(Sal)和聚陰離子肌醇六磷酸鈉(IP6)構成[27-28]，研究中使用的帶相反電荷的PEs是離子強度高于生理離子強度的相分離復合凝聚物，在生理離子強度下為不溶性黏合凝膠。當流體、高離子強度黏合劑凝聚體被引入低離子強度環(huán)境中時，隨著離子強度的降低，流體轉變?yōu)轲ず蟿┠z。當液體黏合劑暴露在海水中時，受pH值、離子組成和濃度的變化會觸發(fā)形態(tài)的轉變。通過流變試驗表明栓塞凝聚物的黏度由溶液中的鹽度來調節(jié)，增加NaCl濃度會降低凝聚物黏度。此外經動脈導管引入血管，再次證明了高離子強度凝聚劑不會與血液混合并且強烈黏附在血管壁上，隨著離子強度向生理離子強度降低而固化，從而堵塞血管。體內實驗表明Sal-IP6穿透兔腎的整個動脈血管系統(tǒng)，排除腎皮質或導管的靜脈側，并且實現(xiàn)了良好的栓塞長度。綜上，該栓塞凝聚劑是一種很有前途的血流阻斷劑，不僅可以到達大血管也可滲入到毛細血管水平，防止血管缺陷和畸形出血，促使腫瘤萎縮，在組織切除或創(chuàng)傷期間控制出血，從而延長和改善人類生活質量。

3.2 聚乳酸/苯乙烯-馬來酸酐核殼微粒載DOX用于TACE治療材料

由于腫瘤藥物的肝內給藥需要一種特殊的給藥系統(tǒng)，所以Davaa等[29]成功地利用微流控技術研制了尺寸可控的聚乳酸/苯乙烯-馬來酸酐(PLGA/pSMA)核殼MPs。疏水性的聚(乳酸-乙醇酸)(PLGA)作為核微粒，兩親性聚(苯乙烯-馬來酸酐)(PsMA)裝封PLGA表面，同時引入MT1MMP靶向肽作為DOX和MPs之間的連接分子，促進了MPs與DOX的結合，增強腫瘤靶向性。疏水性聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)是一種生物相容性好、具有吸引力的聚合物，已廣泛用于生物和生物醫(yī)學領域。另一種聚合物，兩親性聚(苯乙烯-馬來酸酐)(pSMA)，是一種含有活性酸酐基團的商業(yè)共聚物，pSMA的酸酐基團因可以很容易地與其他氨基、羥基或巰基共軛，所以pSMA聚合物可促進DOX與肽鏈連接后負載到PLGA藥物遞送系統(tǒng)。MT1-MMP是一種跨膜基質金屬蛋白酶，不僅在組織重塑和發(fā)育過程中維持細胞外基質的穩(wěn)態(tài)還在許多癌細胞上過度表達，尤其是伴有靜脈浸潤的肝細胞癌(HCC)，所以MT1-MMP及其肽底物已以各種方式用于癌癥特異性靶向治療和診斷。綜上，這種材料可以作為肝癌TACE治療的潛在候選材料。

3.3 碘乙醇聯(lián)合卡鉑用于毛細血管栓塞

導管腎栓塞目前幾乎完全用于姑息治療，主要是因為過去使用的栓塞材料和給藥技術無法實現(xiàn)完全的動脈-毛細血管梗死。許多研究表明[30]明乙醇單獨在毛細血管水平上可產生栓塞，即使可存在廣泛的梗死，腫瘤的某些區(qū)域仍然存活。而乙醇中添加碘油已被證明在實驗和臨床上是有益的。在實驗上，1∶1的乙碘唑醇/乙醇混合物(EEM)被證明是一種獨特的栓塞劑，與單純的乙醇相比具有不同的作用機制?；熕幬锟ㄣK是一種粉狀抗癌藥物，便于與其他藥物混合使用。據報道[31]，如果與暫時性血流阻滯聯(lián)合使用，卡鉑會在腫瘤部位聚集?；诖耍琄ónya等[32]通過研究了1∶1的乙碘唑醇+乙醇混合物(EEM)聯(lián)合卡鉑是否可以進一步提高栓塞化療效果。

4 小結與展望

介入栓塞治療因其治療的安全性、有效性已公認為中晚期肝癌治療的首選療法。栓塞材料作為介入治療的重要部分逐漸引起人們的研究與關注。盡管傳統(tǒng)栓塞材料，包括氰基丙烯酸酯聚合物、聚乙烯醇(PVA)微粒、碘油和乙烯(乙烯醇)聚合物和沉淀劑凝膠已被用于阻斷腫瘤血管，但在臨床應用中存在多種危險[33]?；诖碎_發(fā)設計一種低副作用能負載藥物且實現(xiàn)在目標位置緩釋藥物的栓塞遞送載體，是當前生物醫(yī)學和材料學等領域的重中之重。以溫敏性P-I-6150、pH敏感水凝膠等為例的新型栓塞材料的出現(xiàn)逐漸得到了人們的認可，此外通過體外實驗、細胞毒性、溶血、組織切片和肝功能、動物實驗等表明，這些新型栓塞材料在介入治療中具有良好的生物相容性，并且可明顯提高腫瘤局部化療藥物濃度延長化療藥物作用時間、提高治療效果。然而，新型栓塞材料的應用仍存在著一些局限，值得之后的研究探討：首先，目前的研究尚未形成統(tǒng)一的制備應用流程，對材料合成所使用單體的選擇、劑量仍然處于探索當中，所得出結論也不盡相同。并且大多為動物實驗，對應用于臨床還有一段距離。此外，目前的研究多為短期的回顧性、小樣本分析，其長期療效仍然不夠明確，需要大樣本、多中心、長期的隨機對照試驗來評價。除了上述新型介入栓塞材料外還有更多的材料正在優(yōu)化研究進行中。相信隨著新型介入栓塞材料的出現(xiàn)對腫瘤的治療方法、化療藥物、治療技術的優(yōu)化及多樣化，將有更多的患者從中獲益。