负载131I骨水泥行经皮椎体成形术治疗兔椎体肿瘤的初步实验研究

王刚刚， 倪才方， 陈 珑， 章 斌， 杨 超， 张 帅， 阮程华

经皮椎体成形术 （percutaneous vertebroplasty，PVP）能有效加固病变椎体并快速缓解疼痛，近年来已被广泛应用于疼痛性骨质疏松性椎体压缩骨折及溶骨性椎体肿瘤的治疗［1］。但PVP针对椎体良恶性病变的疗效并不一致，其治疗良性病变的中远期止痛疗效明显优于恶性病变［2-3］。PVP主要通过加固病变椎体，恢复椎体生物力学性能，以及减少骨折对椎体内神经末梢的刺激，达到止痛目的［3-4］。尽管有学者提出，PVP术中所用骨水泥单体具有一定细胞毒性，同时其聚合时产生的高温也具有抗肿瘤作用，可杀伤肿瘤细胞，但至今尚缺乏有效证据［3-4］。因此，如何联合PVP与其他抗肿瘤方法，以达到既能持续抗肿瘤，又能加固椎体的双重目的，已成为椎体肿瘤微创治疗的热点之一。长时间低剂量内放射治疗可持续产生抗肿瘤作用，又对周围正常组织损伤小，因此PVP联合内放射治疗被认为可能是未来治疗椎体肿瘤最有前途的方法之一［5-6］。由于缺乏活体椎体肿瘤模型模拟临床治疗，所以此研究尚停留于正常动物实验研究阶段。本研究采用负载放射性核素131I的骨水泥针对兔椎体肿瘤模型行PVP治疗，以初步探讨PVP联合内放射治疗椎体肿瘤的安全性和有效性。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物 新西兰大白兔12只，体质量2.5～3.0 kg，VX2荷瘤兔，由苏州大学实验动物中心提供。实验动物在接受相关手术操作及影像学检查前禁食4 h，均采用地西泮1 mg耳缘静脉推注+速眠新（0.2 ml/kg）肌内注射镇静麻醉。

1.1.2 主 要 实 验 仪 器 及 药 械 四 排 螺 旋 CT（Marconi Mx8000）；PET-CT（DSSTE 16，GE）；SPECT（SIEMENSSymbia T6）；17 G 穿刺套针（Angiotech）；18F-FDG（南京医科大学第一附属医院PET／CT中心生产，美国GE公司加速器制作）；放射性碘化钠溶液（131I，成都中核高通同位素有限公司）；地西泮（上海旭东海普药业有限公司）；速眠新Ⅱ（军事医学科学院军事兽医研究所）。

1.2 方法

1.2.1 椎体肿瘤模型建立及分组 按文献报道制备兔VX2瘤块并建立兔椎体肿瘤模型［7-8］。用17 G穿刺套针穿刺兔下腰椎椎体，采用穿刺套针的内芯，将制备好的VX2瘤块经穿刺外套针同轴送入椎体内，接种瘤块。接种后3周行PET-CT扫描，见接种椎体骨质破坏，并有明显18F-FDG核素浓聚征象，确认为椎体肿瘤造模成功，PET-CT下测定椎体肿瘤的18F-FDG核素标准化摄取值 （standard uptake value，SUV）。将12只建模成功动物随机分为注射负载131I骨水泥行PVP组（实验组）及单纯注射骨水泥行PVP组（对照组），每组各6只实验动物。

1.2.2 PVP治疗过程 实验动物麻醉后，俯卧位，四肢固定于CT诊断床上。CT定位下左侧入路，以17 G穿刺套针经皮穿刺到肿瘤椎体内。再次CT扫描明确穿刺针尖位于病变椎体中央后，拔出套针内芯，注射骨水泥。PVP术中控制骨水泥使用总量约为0.5 ml。对照组单纯注射骨水泥，实验组将131I按1.5 mCi/kg的放射当量估算用量，测量131I放射当量后添加入骨水泥单体中与单体充分混匀，然后再与骨水泥粉剂混合至黏稠状态后，注入椎体内行PVP治疗。治疗结束后，拔出穿刺针，压迫止血，再次CT扫描观察骨水泥的分布情况。收集所有可能沾染131I骨水泥的相关器械，如注射器及穿刺针等，行残余放射当量检测，以注射前测定的131I放射性当量总值减去注射后残余放射当量，计算出实际注射到椎体内的131I放射当量。

1.2.3 影像、病理及实验室检查 每天2次观察PVP术后各实验动物的基本生物学行为。PVP术前1 d及术后4 d抽取实验动物外周静脉血，行血细胞计数检查。实验组动物于PVP术后第1、4、8天分别接受SPECT检查，了解实验动物体内的131I分布情况。然后所有动物再次接受PET-CT检查，测定肿瘤椎体的SUV值。PET-CT检查前的18F-FDG按放射剂量0.75 mCi/kg经兔耳缘静脉注射。术后第8天处死所有实验动物，取出病变椎体行HE染色切片观察。

1.3 统计学方法

所有的统计学分析均使用SPSS17.0统计数据软件包完成。采用配对t检验，分析实验动物行PVP治疗前后的血细胞计数结果差异是否有统计学意义；采用重复测量的方差分析，计算各组实验动物PVP治疗前后各时间点的椎体肿瘤SUV值是否存在统计学差异。数据以（x± s）表示，P ＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

两组动物都顺利接受PVP治疗。PVP术中，实验组动物椎体肿瘤内实际注射的131I放射当量为（0.82 ± 0.14）mCi/kg， 每组动物中各有 2 只动物发生少量骨水泥渗漏至椎旁软组织。所有实验动物PVP后无急性瘫痪事件发生，后续观察中，动物活动、进食无异常。

2.2 实验动物PVP前、后的血细胞计数结果

实验动物PVP治疗前1 d及治疗后4 d血细胞计数结果见表1。治疗前后两组实验动物血细胞计数结果均差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 实验动物PVP治疗前、后血细胞计数结果 （x ± s）

2.3 实验组动物治疗后SPECT结果

实验组动物PVP后的SPECT结果显示，除甲状腺区域有少量131I放射性核素浓聚外，131I主要浓聚在经治椎体内，于PVP后第1、4、8天检查结果显示，131I在体内分布无明显变化（图1）。

图1 实验组动物PVP后不同时间点SPECT图

2.4 两组动物治疗前后PET-CT变化

实验组和对照组椎体肿瘤在治疗前、后各时间点的SUV值见表2。两组实验动物组间SUV值比较，差异有统计学意义（F=5 030.337，P=0.00），进一步两两比较，术前两组之间无差异，术后各时间点之间两两比较差异均有统计学意义 （P＜0.05）。两组实验动物组内，治疗前后各时间点的比较差异有统计学意义（F=423.792，P=0.00），其中实验组治疗后各时间点的SUV值均低于治疗前，而治疗后各时间点间差异无统计学意义（图2）。对照组治疗后第1天的SUV值低于其他各时间点，差异有统计学意义，其余各时间点比较差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2 各组动物PVP前、后SUV值 （x±s）

2.5 病理结果

对照组动物术后HE染色切片见骨水泥周边显示部分肿瘤细胞坏死区。但其内仍可见散在片状的核大、深染的肿瘤细胞。实验组动物术后的HE染色切片，可见骨水泥周边大量的无结构的肿瘤细胞坏死区，其内仅见少量点状生长的肿瘤细胞，肿瘤细胞坏死区域明显大于对照组。

3 讨论

图2 实验组动物PVP治疗前后PET-CT图

PVP是近年来流行的治疗椎体肿瘤的微创技术，但是因其缺乏持续抗肿瘤作用，因此中远期止痛疗效还有待进一步提高［1-3］。有学者尝试联合应用PVP和射频消融（RFA）术或放射性粒子植入术治疗椎体肿瘤，以期获得抗肿瘤和加固椎体的双重目的，其初步临床疗效也令人鼓舞［9-10］。但RFA治疗属肿瘤热疗法，可能会产生严重的神经热损伤，有文献报道其治疗椎体肿瘤的神经热损伤可高达24%［11］。放射性粒子价格昂贵，且需要多次穿刺椎体以植入粒子。此外，其尚需计算机辅助设计粒子植入位置，因此，所需设备复杂，治疗成本较高［9］。骨水泥可负载化疗药物，是各种抗肿瘤药物的良好载体［12］。近年有学者提出直接使用负载放射性核素的骨水泥行PVP治疗椎体肿瘤，这样，一次操作即可达到联合PVP和内放射治疗的双重目的［5-6］。但由于缺乏活体椎体肿瘤模型，该研究一直停留在针对正常动物的实验阶段［6］。我们采用经皮穿刺法接种VX2肿瘤，成功建立了适合应用经皮穿刺技术的椎体肿瘤模型，在此基础上研究利用骨水泥负载放射性核素行PVP的有效性和安全性，以期能够更好地进行临床前研究。本研究中实验组的模型动物全部顺利接受负载131I骨水泥的PVP治疗，初步的结果表明该操作方法是可行的。

131I是临床应用最早的放射性核素，其制备方便，价格低廉，物理半衰期约为8.1 d，主要发射β射线并伴有少量的γ射线［13］。β射线的射程短，仅为2~10 mm，这样既能有效杀伤骨水泥周边临近肿瘤细胞，又不会对周围正常器官造成损伤；而少量的γ射线又恰好可以进行SPECT全身显像，以用于监测核素在体内的分布情况，可达到治疗和显像的双重目的，最近已有联合口服131I和PVP治疗甲状腺癌骨转移的相关研究报道［14］。PET-CT成像已被临床大量用于评估恶性肿瘤接受放、化疗后的疗效。其需要在180°方向上同时接收能量为511 KeV的γ光子才能进行成像，临床多用18F-FDG进行成像，以揭示肿瘤细胞的糖代谢异常［15］。而131I不能在180°方向上同时发射此能级的光子，因此不会对PET-CT图像产生影响。

本研究结果证实，单纯使用骨水泥的对照组，仅在PVP后1 d，椎体肿瘤的SUV值有一过性降低，后又逐步回升，表明PVP后肿瘤细胞代谢活性仍旺盛，PVP本身并不具备持续抗肿瘤作用。而PVP后1 d的短暂SUV值下降，则可能是骨水泥聚合时产生的高温，以及部分骨水泥渗入到椎体血管内阻止了肿瘤局部血运，起到了类似血管栓塞的作用，从而对肿瘤细胞产生了短暂杀伤作用的结果，这也和文献推测PVP的治疗机制相一致［3-4］。而使用负载131I的骨水泥行PVP的实验组，椎体肿瘤的SUV值则较治疗前下降明显，且数值持续稳定，表明负载131I的骨水泥在被注射入椎体后，放射性核素可长久停留于局部以持续产生抗肿瘤作用，相关的病理结果也证实了实验组的椎体肿瘤细胞在治疗后第8天已大部坏死。文献报道的131I全身使用的放射当量一般在1.5 mCi/kg左右［13-14］。本实验中也按此剂量制备放射性核素，但扣除注射过程中的损耗，实际注射到动物体内的131I放射当量仅为（0.82 ± 0.14）mCi/kg，但即便如此，也取得了满意的抗肿瘤疗效，表明放射性核素的局部用药疗效是优于全身用药疗效的，凭此也可进一步推测PVP联合局部内放射治疗是有其潜在优势的。

PVP术后，实验动物进食及活动正常，无瘫痪，术前及术后4 d的血细胞计数结果无明显变化，表明接受负载核素骨水泥的PVP治疗后，实验动物无急性神经放射损伤及骨髓抑制表现。文献报道，负载放射性核素的骨水泥注射入椎体后，随着骨水泥的凝固，大量的放射性核素也会随之被封闭于骨水泥内部，而长期停留在椎体内，但既往研究仅局限于正常动物椎体中，而椎体肿瘤往往血供丰富，大量的血流是否会加速放射性核素析出，并使其更多地分布于正常组织脏器中，尚不得而知［6］。而本研究的结果表明，截止PVP后第8天，也就是131I的第1个半衰期内，放射性核素仍主要停留在椎体内部，而无明显向其他正常组织移动征象，同时实验动物术后显示的甲状腺核素分布，也无增加迹象。说明当131I与骨水泥一起被注射入椎体后，除少量在骨水泥凝固前可能从骨水泥中析出而进入到了循环系统外，绝大部分放射性核素都会随着骨水泥的凝固，停留于骨水泥中，从而停留于椎体肿瘤内部持续发挥抗肿瘤作用，因此其并不会造成周围正常脏器的放射损伤。至于骨水泥凝固前析出的少量放射性核素，可以考虑采取常规方法，在治疗前服用碘剂封闭甲状腺，以降低甲状腺对131I摄取。本研究主要为观察自然状态下放射性核素在伴随骨水泥被注入到椎体肿瘤后，其在全身各脏器的分布情况，因此未采取上述措施保护甲状腺。

本研究旨在初步探讨利用负载放射性核素131I的骨水泥行PVP治疗椎体肿瘤的可行性、有效性和安全性，因此仅在131I的第一个半衰期内，也就是放射剂量最大的情况下，对该方法的有效性和安全性进行了探讨，而未能系统、长期随访该方法治疗椎体肿瘤的中、远期疗效，以及有可能引起的慢性放射损伤。同时，本研究使用的实验动物样本量也较小，主要考虑此为前期研究工作，如果初步的研究结果可行，可进一步扩大样本量并长期随访观察实验动物的各项指标，从而为该方法的临床应用积累更多的理论依据。本研究的初步研究结果表明，利用负载131I的骨水泥行PVP治疗椎体肿瘤，操作可行，治疗后短期结果安全、有效。

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