PLGA介导的分子影像学研究现状及进展*

张 瑜 综述，郭大静 审校

(重庆医科大学附属第二医院放射科 400010)

随着纳米技术的发展及分子探针在影像学中的不断应用，影像医学已从对传统的解剖和生理功能的研究深入到分子水平成像，由此产生了一门新兴的学科——分子影像学(molecular imaging，MI)，国外核医学学会将其定义为在活体状态下从细胞和分子水平对生物过程进行可视化的定性和定量研究。分子影像学造影剂就是在活体状态下从细胞和分子水平对生物过程进行可视化的定性和定量研究的探针。在此领域中，生物可降解、生物相容性材料聚乳酸-羟基乙酸(poly lactic-co-glycolic acid，PLGA)作为纳米材料中的“新秀”已引起了越来越多国内外学者的关注。本文就PLGA的特点、制备方法及其作为造影剂在分子影像学(超声分子影像学、MR分子影像学、核医学分子影像学及光学分子影像学)中的应用综述如下。

1 PLGA的特点

具有良好生物相容性及生物可降解性，良好的成球或成膜性能以及生物体内半衰期长等优势的高分子聚合物PLGA通常用于制备静脉注射药物缓释制剂及仿生材料等，在疾病诊断、靶向治疗及组织工程中具有广阔的发展前景[1-3]。PLGA可由乳酸(LA)和羟基乙酸(GA)聚合，通过改变这2种单体的比例可改变PLGA的理化性质，从而控制其在生物体内的降解速率，以满足不同包埋药物不同的释放需求。另外，用PLGA制备的微球可完全保留球心物质的原有性质，在适当条件下(如超声波)破坏壁材就可以将球心药物释放出来，使用方便，同时还能增加药物在靶向部位的浓度、延长作用时间，从而提高药效，减轻对健康人体组织的不良反应，而且通过改变制备过程中的各参数，如PLGA溶液浓度、搅拌速度、声震时间、功率等可控制微球粒径大小，实现微球性能的优化[4]。不足之处： PLGA材料对细胞的黏附性较差，且分子链中缺乏活性功能基团，限制了其在生物医学领域中的进一步应用。因此，近年来，许多研究都集中在对PLGA材料的改性研究上，最常见的方法就是通过对PLGA微球表面进行化学修饰来引入大量活性基团[5-6]。总的来说，PLGA作为一种理想的载体材料用于分子成像具有极高的研究价值。

2 PLGA微球的制备

PLGA通常是以微球的形式包裹造影剂用于分子显像的。制备微球的方法很多，如乳化法、相分离法、盐析法、喷雾干燥法等，不同的制备方法得到的微球性质也不同，其中乳化溶剂挥发法是常用的方法之一，它可分为单乳化及双乳化两类。方法的选择又取决于聚合物和包埋物的特性，例如单乳化法适用于包裹疏水性物质，双乳化法适用于包裹亲水性物质，而且包裹同一种物质，双乳化法比单乳化法的包封率更高[7]。如果包埋物不溶于载体溶剂或者在连续相损失较大时，可采用固体/油/水乳化法(S/O/W法)；而像氢化可的松这类虽属于疏水性的药物但其在水溶液中也有明显的溶解度，为了避免药物损失，故可采用油/油法(O/O法)[8-9]。目前，制作PLGA微球最常用的方法是双乳化溶剂挥发法(W/O/W法)，基本原理是将壁材(PLGA材料)分散于有机溶剂中(O相)，加入包埋物(内水相W1)先制成初乳，然后加到与壁材不相溶的溶液(外水相W2)中制成复乳，再选择合适的方法固化，挥发溶剂而成为微球，制备方法简便[10]。

3 PLGA介导的分子影像学研究

3.1PLGA介导的超声分子影像学 超声分子影像学通常使用微泡作为造影剂通过血管途径进入靶组织来发现疾病早期的细胞和分子水平的变化，所以，微泡本身可作为一种血管追踪剂用来观察发生在血管的病理生理过程，如炎症反应、血栓形成和肿瘤血管新生的过程等[11]。国内冉海涛等[10]采用W/O/W法以PLGA为材料成功制备了内含氟烷气体的新型微泡超声造影剂，并通过动物实验证实该造影剂安全有效、显影效果好、持续时间长。而且通过对PLGA微泡表面进行化学修饰引入大量活性功能基团，可制成靶向超声造影剂，为疾病的早期诊断提供更有利的帮助[12]。超声微泡分子显像的价值不仅仅是在诊断方面，还在于治疗方面。载有治疗基因或药物的微泡到达靶目标后，超声辐照可在特定空间(聚焦区)和特定时间破坏微泡，产生空化效应和热效应，使微泡爆破后释放出基因或药物进入靶组织和器官，通过局部治疗可以减少全身用药的剂量和不良反应。张亚萍等[13]自制载血卟啉高分子材料PLGA造影剂并联合超声声动力疗法治疗小鼠H22肝癌皮下移植瘤，该实验成功抑制了活体内H22肿瘤生长，并促进其凋亡，为声动力抗恶性肿瘤提供了一种新的思路。

3.2PLGA介导的MR分子影像学 MR分子影像学是建立在传统MR成像技术基础上的，以在MR图像上可显像的特殊分子作为成像标记物，对这些分子在体内进行定位。但是，MR的敏感性较低，必须通过信号扩增系统才适于显像。常用于MR成像的对比剂主要分两大类，一类是非特异性细胞外造影剂，如钆顺磁性螯合物；另一类是器官特异性造影剂，如超顺磁性氧化铁(superparamagnetic iron oxide，SPIO)[14]。

但是，近年来关于MR造影剂引起不良反应的报道越来越多，肝特异性造影剂不良反应的发生率似乎比钆顺磁性螯合物更高。为了解决这些问题，近年来国外文献已成功将MR对比剂二乙三胺五醋酸钆(Gd-DTPA)和SPIO分别包裹入PLGA微球中，通过研究其理化特性及在动物体内分布、降解等特点，证实其生物毒性很低，而且在1.5 T MRI上可以显像，其显像能力类似于单独使用Gd-DTPA或SPIO成像[15-16]。Ao等[17]以内含氟烷气体的PLGA超声微泡为载体成功地包裹了MR造影剂Gd-DTPA，制备了一种新型多模态造影剂，达到超声与磁共振的双重显像。Anthony等[18]则将血管内皮生长因子(VEGF)和Gd-DTPA同时包裹入PLGA微球中制备出多功能造影剂，有望实现疾病的诊断与治疗同时进行。Ratzinger等[19]则是在PLGA微球表面分别共价结合了Gd-DTPA与钆特酸葡胺(Gd-DOTA)，通过与球心包裹钆剂的PLGA微球相比，发现这种方法可以使水质子更有效地与钆顺磁性螯合物互动，从而提高弛豫性能。

3.3PLGA介导的核医学分子影像学 核医学分子成像技术是目前最成熟的分子显像技术，其成像的基本原理就是将人体代谢所必需的物质(如葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸等)标记上短寿命的放射性核素(如18F、125I、99Tcm等)制成示踪剂注入人体，由于人体不同组织的代谢状态不同，所以这些被核素标记了的物质在人体各种组织中的分布也不同，通过检测仪器将这些特点用图像反映出来，从而对病变从分子水平进行分析诊断[20]。因此，PLGA微球在核医学分子影像学中的应用就比较罕见。国内华楠等[21]开发出了一种用125I标记PLGA的新技术，并对新合成的标记物性质进行了鉴定，得出此标记物释放γ射线，放射性活度和材料质量成正比的结论，为PLGA材料在体内的降解性能的研究提供了新方法。

3.4PLGA介导的光学分子影像学 光学分子成像是在对穿过生物组织的光子的光学信息探测的基础上，通过引入合适的荧光探针，用特定波长的红光激发荧光染料，使其发出荧光，或通过引入某些报告基因，使其表达产物自发产生荧光，再通过光学成像设备检测发射出的荧光进行成像。Xu等[22]和Yvonne等[23]则将荧光染料包裹进PLGA纳米微泡中制备出一种能够实现超声和光学双重显像的多模态造影剂。而国内熊小强等[24]则以PLGA微球为载体包裹光敏剂四间羟基苯基二氢卟酚(m-THPC)，并研究了其在体外光动力治疗肝癌的效果，通过实验证实了PLGA-mTHPC纳米型光敏剂不仅能提高肿瘤细胞的光动力治疗的效果，还能减低光敏药物的不良反应。

4 结 语

上述4种分子影像学技术在临床中的应用可谓是各具优势，MR分子影像学时间、空间分辨力高，同时还可获得三维解剖结构及生理信息，这些正是超声、核医学及光学分子成像的弱点，但MR敏感性较低；超声分子影像学花费低而且可实时观察；核医学分子成像灵敏度高，在显示体内生理代谢及分子水平的变化而言是最敏感也是最成熟的技术；活体光学成像则凭借操作简便及直观性成为研究小动物活体成像的一种理想方法。但是，如今单一的成像模式已经无法满足临床诊断的需求，所以，目前分子影像学面临着巨大的挑战，即研发更完善的成像设备及更合适的分子探针。

由于PLGA具有良好的生物相容性、生物可降解性、药物释放可控性、生物体内半衰期长及显影效果好等优势，PLGA介导的分子影像学不仅可以使人们更好地在分子水平上理解疾病的发生、发展，而且许多疾病有望在分子水平得到治疗，同时还能够在最短的时间内得到治疗的反馈信息，对治疗效果的监测亦十分有意义，所以，作者相信PLGA介导的分子影像学未来的应用会更广泛。

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