载药栓塞材料在肝癌治疗中的应用

石钦 周晨 刘家成 黄松江 杨崇图 熊斌

原发性肝癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，其发病率居恶性肿瘤第6位，死亡率居第4位，每年超过100万人死于肝癌[1]。其中最主要的是肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC），约占85%～90%。由于其发病隐匿且发展迅速，很多患者发现时已进展至中晚期，从而失去了根治性治疗的机会。经肝动脉化疗栓塞（transarterial chemoembolization，TACE）是中晚期肝癌的首选治疗方式，通过栓塞实现局部缺血坏死，同时提供化学疗法杀伤肿瘤细胞[2]。然而，以碘化油、明胶海绵颗粒等为栓塞材料的传统TACE（conventional TACE，cTACE）在部分肿瘤中栓塞效果不理想，有些患者肝功能损害较明显。因此，载药栓塞材料的研发具有广阔的前景且备受关注。本文就目前已研发的载药栓塞材料在肝癌治疗中的应用作一综述。

一、药物洗脱微球

药物洗脱微球（drug-eluting beads，DEB）是目前市面上主要用于TACE治疗的载药栓塞剂。理想情况下，DEB应具有以下特征：可视性、靶向性、长时间维持药物浓度、低的并发症。除了所载药物的细胞毒性作用外，DEB还可通过完全的血管栓塞引起肿瘤细胞死亡，进而延缓肿瘤生长。有关DEB的载药机制及在肝癌中的应用详见表1。

表1 有关DEB的载药机制及在肝癌中的应用

（一）DEB药物装载机制

DEB在载药过程中与治疗药物结合主要包括以下几种方式。（1）离子交换机制：微球由含有磺酸基团或丙烯酸钠基团（带负电荷）的聚乙烯醇水凝胶制成，这可与带正电荷的药物结合而实现装载，比如栓塞微球DC Bead结构中包含带负电荷的-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠单元，可与质子化后的阿霉素（带正电荷）相互作用而实现加载与释放[3]；（2）溶胀机制：微球在干燥情况下允许大量加载水溶液（如造影剂、药物溶液等），并且其可吸收体积高达自身体积的64倍。比如由聚乙烯醇和丙烯酸钠共聚物组成的超吸收性HepaSphere微球，可通过其超强的吸水性，以及其表面带负电荷，可加载带正电荷的抗癌药物（如阿霉素、紫杉醇等）[4]；（3）乳化/沉淀机理：通过乳化-凝胶工艺将含有相反电荷的物质形成聚合物，这两者之间的相互作用可在微球表面形成复杂的聚电解质层，通过与药物混合沉淀后实现加载与释放，以藻酸盐-壳聚糖微球为例，壳聚糖上带正电荷的氨基与藻酸盐中带负电荷的羧酸基相互作用，静电形成微球，通过与盐酸阿霉素混合后进行加载[5]。

（二）不同DEB产品在肝癌TACE中的应用

一项体外研究对比了4种不同产品的DEB加载阿霉素的载药量、释放效率以及稳定性[6]，用DC Bead（100～300 μm）、HepaSphere微 球（30～60 μm）、LifePearl微 球（200 μm）、Tandem 微 球（100 μm）加载5 mg/mL阿霉素，其中DC Bead、LifePearl、Tandem微球在15 min内负载超过99%的阿霉素，而HepaSphere微球稍低，在30 min内负载了98%的阿霉素；此外，LifePearl、DC Bead、HepaSphere和Tandem微球在2 h内分别释放阿霉素 量 达 到73%±3%，74%±3%，65%±6%和7%±0%。

DC Bead是较早应用于TACE的DEB产品，其在肝癌中的疗效已在大量研究中得到证实。在亚洲的一项病例对照研究中，与cTACE相比，DC Bead-TACE在客观反应率（objective response rate，ORR）方面具有显著优势，亚组分析证实在肿瘤直径＞ 5 cm或多个结节的HCC患者中使用DC Bead-TACE有更高的ORR[7]；在两项随机对照试验中，Golfieri等[8]报告了177例HCC患者的治疗反应，DC Bead-TACE与cTACE治疗后1年和2年生存率（overall survival，OS）无明显差异，两者是同等有效和安全的；Sacco等[9]的结果显示，DC Bead-TACE与cTACE在完全缓解率（complete response，CR）、部分缓解率（partial response，PR）、无进展生存期（progression-free survival，PFS）和OS方面均无明显差异。

CalliSpheres可载药微球是中国恒瑞医药公司研发的DEB产品，研究证实其在体内可缓慢释放药物至少持续1个月[10]，并且在兔肝癌模型中进一步证实肿瘤局部药物浓度高，而血浆浓度低[11]。大量临床数据表明，CalliSpheres可载药微球加载阿霉素、表阿霉素在肝癌TACE治疗中具有显著的疗效。一项基于335例HCC患者的多中心研究发现，与cTACE相比，DEB-TACE的CR和ORR更高，而并发症发生率、PFS和OS结果相似[12]。此外，相比于粒径在100～300 μm的CalliSpheres微球，300～500 μm在肝癌TACE治疗中具有良好的肿瘤反应率以及较低的并发症发生率[13]。

HepaSphere/QuadraSphere微球是一类基于溶胀机制和离子交换机制携带化疗药物的超吸水性高分子DEB产品，一般以粉末形式储存。Malagari等[14]基于45个HCC患者结果显示，HepaSphere微球TACE治疗后患者体内阿霉素最大血药浓度（Cmax）和曲线下面积（area under curve，AUC）明显低于cTACE；此外，HepaSphere微球TACE治疗后疗效明显。Tandem微球在临床应用中表现出良好的安全性和耐受性，研究显示载伊达比星Tandem微球治疗HCC患者，ORR可达65%，中位OS为34.6个月[15]。关于LifePearl微球的肝癌TACE研究较为少见，一项研究将载伊立替康或阿霉素LifePearl微球用以治疗原发性或转移性肝癌，其疗效显著，且在治疗期间未发生并发症[16]。

二、可成像载药栓塞材料

当前的多数载药栓塞材料是X射线可穿透的，因此需与造影剂混合进行成像，从而监测材料的动向以及栓塞效果。然而，栓塞剂与造影剂的简单混合易致使其泄露而不易察觉，且造影剂的存在具有潜在的过敏及肝肾毒性风险。因此，需要栓塞材料自身具有不透射线性，以长期监测阻塞效果。目前大部分可成像载药栓塞材料仍处于基础研究阶段，其安全性和有效性还有待进一步证实。

LC Bead LUMI是一种基于磺酸基修饰的聚乙烯醇水凝胶微珠，含有共价结合的碘，具备不透射线性，该微球已被美国食品药物管理局（Food and Drug Administration, FDA）批准用于富血管肿瘤。动物肝脏模型证实了LC Bead LUMI可在无造影剂存在下清晰显示于肝动脉，在90 d内其CT密度未见降低，并且异位栓塞很容易在影像上检测到[17]；此外，一项研究报告了LC Bead LUMI可成像微珠在人体肝瘤TACE治疗过程中可以实时提供治疗反馈和位置定位，并且在术后48 h内常规CT可监测疗效[18]。

氧化铁纳米颗粒因其具有磁性和生物相容性而备受关注，可用于制备MRI可视化栓塞材料。研究发现，通过离子凝胶法和使用聚乙二醇的成孔技术合成负载超顺磁性氧化铁纳米粒子（superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPIONs）的可变形壳聚糖微球，在体内可进行MRI追踪以及阻塞血管[19]。此外，通过反向悬浮聚合方法制备负载SPIONs的聚丙烯酸微球，并在动物上证明了其MRI可测性[20]。

硫酸钡纳米颗粒是一种基于重金属盐的不透X射线颗粒，与其他材料结合可用于显影栓塞材料的研发。先前的研究发现，通过一步微流体方法制备X射线可显影且尺寸均一的藻酸钡微球，进一步于动物模型中证实在DSA检测下可见微球存在于体内动脉，并且在14 d后仍可通过CT检测到其存在，有望在栓塞后直接检测栓塞效率及微球的位置。此外，根据病理学分析显示该微球的栓塞功效与市售藻酸盐微球栓塞剂相似[21]。

钽纳米颗粒是另一种不透X射线的致密材料。一项研究发现采用一步电喷雾方法可制备负载钽纳米颗粒的海藻酸钙微球，具备单分散性和不透射线性，钽纳米颗粒均匀地嵌入海藻酸钙基质中。动物体内研究表明该微球具备显著的栓塞功效和显影特性，可实时反馈微球的位置与分布，并且在4周后依然可以清晰成像。此外，该微球可以加载阿霉素，最大负载量为97.3 mg/mL，释放曲线显示为pH依赖性[22]。

三、可降解性载药栓塞材料

随着TACE技术的完善与发展，越来越多的载药栓塞材料应用于肿瘤治疗。根据在体内栓塞时间的长短，载药栓塞材料可分为不可降解性载药栓塞剂和可降解性载药栓塞剂。其中，不可降解性载药栓塞剂主要包括DC Bead、CalliSpheres以及HepaSphere微球等绝大多数DEB产品。与其不同的是，可降解性载药栓塞剂通过其自身膨胀或聚合物降解的方式进行药物释放，并在一定时间内阻断肿瘤的血液供应，最终栓塞剂在体内完全吸收或分解排出，不会出现晚期炎症异物反应。

可降解淀粉微球（degradable starch microspheres，DSM）是国外常见的一类可降解性载药栓塞剂，由三维交联的亲水性淀粉基质组成，该基质在水悬浮环境中会大量溶胀，从而使末梢动脉瞬时闭塞。该微球直径一般为（45±7）μm，半衰期为40 min。在一项回顾性研究中，Lezzi等[23]发现DSM-TACE在不适合索拉非尼的HCC患者中作为二线治疗是安全有效的，并且通过减少药物冲刷作用来提高肿瘤局部疗效，降低全身副作用以及栓塞后综合征的发生。

聚乳酸-羟基乙酸共聚物（polylactic-co-glycolic acid，PLGA）是一种通过美国FDA认证的可降解高分子有机物，具有良好的生物相容性、无毒且价格低廉等优点，在生物医学工程领域有广泛的用途。一项研究基于PLGA特性制备负载阿霉素的多孔PLGA微球（porous PLGA @doxorubicin,P-PLGA@DN），TACE联合微波消融在兔VX2肝瘤模型中证实该微球可将消融面积增加50%以上，并有效抑制肿瘤生长[24]。这是由于该微球具备微波敏感特性，可增强局部肿瘤的热效应并减少热量损失。此外，Choi等[25]研发了由索拉非尼、三碘苯甲酸（用于CT成像）和直径24.8～28.5 μm的PLGA基质组成的栓塞微球，体外证实PLGA基质通过水解逐渐降解为乳酸和乙醇酸，引发索拉非尼持续释放，药代动力学发现其低的血浆药物浓度和高的肿瘤药物聚集，并在大鼠肝癌模型中证实了微球栓塞治疗后微血管密度减低明显，且肿瘤生长受限。

聚D，L-乳酸（poly-D, L-lactic acid，PDLLA）微球是一类可装载多种药物的可生物降解微球，专为结合栓塞和控制局部化疗而设计。通过乳液溶剂法制备负载顺铂和/或索拉非尼的PDLLA微球，粒径为200～400 μm，扫描电镜发现顺铂微球表面光滑，索拉非尼微球和顺铂+索拉非尼微球表面多孔，且两种药物装载微球具有更快的药物释放速率[26]。在体外细胞毒性研究中发现其强烈的毒性作用和对内皮细胞的抑制作用，进一步在动物肿瘤模型中观察到局部给药的协同抑制肿瘤作用，为TACE提供潜在的希望[27]。

四、液体/凝胶载药栓塞剂

碘油是肝癌治疗中常见的液体栓塞剂，其弥散性以及导管通过性是微球等固体栓塞剂无法比拟的。然而，短暂的药物维持时间以及血流冲刷作用限制了其发展。因此，需要研发具有长时间药物维持的新型液体/凝胶载药栓塞剂。一般而言，新型液体/凝胶载药栓塞剂需要在给药时（注射器和导管内）和操作后（在体内）进行材料的相变，即希望低黏度通过输送系统，在体内形成更坚固的结构以实现栓塞。这种液态至固态（溶胶-凝胶）相变的方式可通过物理交联（如沉淀、离子交联）和化学交联（如聚合）完成，体内外环境的差异如温度、pH以及离子强度等可触发这些反应的进行。当前已开发的液体/凝胶载药栓塞剂有温敏型载药栓塞剂和pH响应性载药栓塞剂等。

（一）温敏型载药栓塞剂

温敏型聚（N-异丙基丙烯酰胺-共-甲基丙烯酸丁酯） （poly N-isopropylacrylamide-co-butyl methylacrylate，PIB）纳米凝胶是一种可用于肝肿瘤TACE的新型液体/凝胶载药栓塞剂。随着温度升高，PIB纳米凝胶分散体呈现出三相状态：肿胀的凝胶相、流动的溶胶相、收缩的凝胶相。在动物肾脏模型中发现PIB纳米凝胶可在毛细血管前水平均匀分布，且在3个月内未见再通，表现为永久和周边性栓塞，同时在组织学中仅出现轻微的炎症反应而无异物肉芽肿形成[28]。为了进一步验证在肝肿瘤中的作用，通过乳液-溶剂挥发法制备负载阿霉素的PIB纳米凝胶，在兔VX2肝瘤中表现为显著的肿瘤生长抑制作用，同时组织学检测发现肿瘤血管明显闭塞[29]。

由泊洛沙姆407、海藻酸钠、羟甲基纤维素、碘克沙醇以及Ca2+制备而成的热敏复合物水凝胶，是另一种可用于肝癌治疗的温敏型液体栓塞剂。Huang等[30]发现因温度升高其可表现出流动的溶胶和收缩的凝胶两种状态，转换温度为26.5℃。在兔肾动脉模型中证实了该栓塞剂具有良好的血管栓塞效果，进一步在兔VX2肝瘤栓塞后的组织学检测中发现肿瘤细胞坏死和凋亡，在其他器官未能检测出血和异位栓塞等并发症。其载药量还有待进一步研究。

类丝弹性蛋白聚合物（silk-elastinlike protein polymer，SELP）是一种通过基因工程方法合成的蛋白质嵌段共聚物，弹性蛋白嵌段可提供聚合物的水溶性，同时将丝蛋白成分分开以形成多孔结构，聚合物链之间的长期物理相互作用形成的晶体结构决定了水凝胶的刚度。将SELP注入体内时，会由于温度造成溶胶-凝胶转变而迅速形成凝胶，无需化学交联。Poursaid等[31]将阿霉素和索拉非尼在室温下渗入由SELP-815K组成的凝胶液体栓塞剂中，总载药量为25 mg/mL，并且以治疗相关浓度释放阿霉素和索拉非尼分别为14 d和30 d以上，具有潜在的HCC应用价值。

（二） pH响应性载药栓塞剂

基于磺胺二甲嘧啶（sulfamethazine，SM）的pH响应性水凝胶是一类可用于TACE的液体栓塞剂，当前已合成多种含有SM聚合物的水凝胶。研究发现可通过自由基聚合法将聚己内酯（poly ε-caprolactone，PCL）、聚 乙 二 醇（poly ethylene glycol，PEG）和SM合成为共聚物（PCL-PEGSM），因生理条件（pH 7.4）和肿瘤部位（pH 6.5）的pH不同，可经历溶胶-凝胶状态转变[32]。在体外测得负载阿霉素的共聚物可持续释放药物4周以上，释放的药物可抑制肝癌细胞增殖。此外，通过在pH 8.0条件下将共聚物溶液与造影剂混合可制备不透X射线的栓塞制剂，在兔VX2肝瘤模型中证实其在环境pH降低时会呈现出溶胶-凝胶相变，瘤内出现凝胶相，并且CT清晰可见血管内材料。类似地，另一项研究显示聚己内酯丙交酯（poly N-caprolactone-co-lactide，PCLA）、PEG以 及 聚 氨酯硫化SM（poly urethane sulfide SM，PUSSM）可合成为阴离子嵌段共聚物（PCLA-PUSSM），在高pH 8.5环境下呈液态存在，随着pH降低而出现溶胶-凝胶相变[33]。在体外将阿霉素、造影剂与共聚物混合，并将其应用于兔肝肿瘤中，TACE治疗后2周经CT扫描可观察到肿瘤体积减小。这些发现为HCC治疗提供了潜在的应用价值。

阳离子聚氨基甲酸酯（poly amino ester urethane，PAEU）嵌段聚合物是另一种pH响应性的液态栓塞剂[34]。与基于SM的水凝胶系统不同，基于PAEU的水凝胶会随着pH增加而发生溶胶-凝胶转变（如pH 6.5时为液相，pH 7.4时为固相），当pH从6.6上升到7.4时，黏度也从2.7 Pa·s增加到1 901.3 Pa·s。此外，将负载阿霉素和造影剂的PAEU应用到兔VX2肝瘤以验证其栓塞性，CT和组织学检查发现5 h后肿瘤动脉内水凝胶的形成。

五、总结与展望

尽管DEB已广泛应用于临床上肝癌的治疗并被证明是安全有效的，但指南指出DEB-TACE与cTACE治疗肝癌的临床获益是相似的[2]。因此，载药栓塞材料在肝癌治疗中的应用仍面临巨大的挑战。一般而言，理想载药栓塞剂的特点应包括：（1）生物相容性；（2）易递送；（3）可生物降解性（取决于材料的应用）；（4）在常见的成像方式上（如CT、MRI）可视性和可追踪性；（5）良好的药物装载能力；（6）价格低廉[35]。虽然多数栓塞材料仍限于基础阶段，但随着TACE研究的日益深入，相信未来有更多安全有效的载药栓塞材料应用于临床，为不同类型肝癌患者提供最佳选择，减少不良反应的发生，有效提高患者生存率。