肝癌介入栓塞材料的研究进展*

郭安然，谢文静，郑 敏，周宏福，李 玲**

(1.湖北科技学院医学部药学院，湖北 咸宁 437100；2.湖北科技学院医学部生物医学工程与医学影像学院)

介入栓塞是目前中晚期肿瘤患者如肝癌患者的首选治疗方法，虽然很多栓塞材料已经运用于临床，但在使用过程中往往存有一些弊端。常见的栓塞材料可分为固体栓塞材料和液体栓塞材料，不同的栓塞材料有不同的特性。固体栓塞材料聚乙烯醇颗粒(PVA)、明胶海绵颗粒、弹簧圈等，虽然已在临床上广泛使用，但这些材料可能存在栓塞不完全、易堵塞血管、远端移位[1]等弊端，从而导致疾病的复发或严重的异位栓塞。经常使用的液体栓塞剂如碘化油、正丁基-2-氰丙烯酸盐(NBCA)、Onyx胶，也同样优缺点并存。碘化油可在X线下显影、组织相容性好，但在使用过程中因黏度低而易被血液冲刷掉；另外NBCA需要特定的注射器特定专业人员操作，操作过程中易发生粘连；Onyx使用时需要配合使用有毒有机溶剂DMSO从而易导致血管痉挛和坏死。所以这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问题，临床应用有限。基于此，本文将对新型介入栓塞材料的制备方法、优越性能及栓塞实验治疗结果等进行简单介绍。

1 温度响应性栓塞材料

温度响应性栓塞材料主要是利用体内和体外的温度变化诱导栓塞材料发生相变，从而阻断病变部位的血供，理想状态下栓塞材料在通过导管时应为流动的溶胶，在响应目标部位的高温后变为收缩的凝胶。由于其空间微拓扑结构，纳米凝胶表现出更显著的剪切变稀特性。此外，它们具备很高的载药能力和缓控释放的特性，可以作为很好的药物载体。

1.1 温度敏感性p(N-异丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸共丁酯)纳米凝胶

经导管动脉栓塞过程中栓塞材料应具备永久性和周围性栓塞的特点，Zhao等[2]研究中发现温度敏感的p(N-异丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸丁酯共聚物)(PIB)纳米凝胶作为一种新型血管栓塞材料在肝肿瘤介入治疗中可以满足这一需求。PIB纳米凝胶随着温度的升高可以呈现出膨胀的凝胶、流动的溶胶和收缩的凝胶三种状态，这是基于温度敏感型聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)在大约32℃的温度下会经历线圈—颗粒转变，同时纳米凝胶是10～1000nm的交联聚合物网络，因其独特的微拓普结构使纳米凝胶分散体具有更低黏度和更强剪切稀化能力[3]。由于高于相变温度后的疏水作用，PNIPAM纳米凝胶在低于相变温度时为溶胶状态黏度较低，很容易通过细导管，但注射后可形成凝胶强度较高的水凝胶网络。在TAE治疗过程中，我们常常选用亲水性碘海醇作为造影剂，然而碘海醇的分子结构中的亲水性集团提升了PIB纳米凝胶的体积相变温度(VPTT)，所以将疏水性甲基丙烯酸丁酯单体在PNIPAM纳米凝胶中聚合从而来降低凝胶的体积相变温度。

在兔VX2肝癌的肝动脉栓塞实验表明[4]，通过与碘化油对兔VX2肝肿瘤的比较用PIB-I-6150进行的外周栓塞14d后肿瘤的所有外周血管均被这种材料完全堵塞，然而碘油栓塞14d后出现了血管再通现象，这说明PIB-I-6150与碘油相比具有明显的稳定性。同时证实PIB-I-6150能显著抑制肝肿瘤的生长速度，改善肿瘤组织的坏死程度。所以PIB-I-6150纳米凝胶这种新型血管栓塞剂在肝肿瘤等疾病的TACE治疗中具有广阔的应用前景。

1.2 新型可注射不透射线壳聚糖/STS水凝胶

基于目前常用栓塞材料的缺点，Fatimi等[5]结合了血流阻断和内皮消融特性，开发了一种可注射、不透射线且含有硬化剂十四烷基硫酸钠(STS)的新型水凝胶[6]。壳聚糖是由一种天然的氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖残基的杂聚合物通过几丁质的脱乙酰化获得[7]，作为栓塞剂具有许多优点。首先，它可以形成热凝胶。当与弱碱(如b-甘油磷酸盐(b-GP))结合时，b-GP可避免STS和壳聚糖相互作用后产生沉淀，在室温和生理pH下保持溶液状态。但在生理温度下加热后变成凝胶，经历热诱导凝胶化，便于注射且可避免发生栓塞的风险[8]。其次，壳聚糖具有生物相容性，形成可被细胞渗透的多孔基质[9]。此外，它具有止血作用[10]。最后，它是一种相对便宜的产品，可以通过加热进行消毒[11]。该物质的缺点是不透射线也不硬化表现出较弱的机械性能和较长的凝胶化[12]。基于此，研究者加入了STS，STS是一种7-乙基-2-甲基-4-十一烷醇硫酸钠，已证实有40多年的安全性和有效性记录[13]。STS作为1%或3%的溶液已广泛用于静脉曲张和血管畸形的硬化治疗。研究发现，壳聚糖中添加造影剂和STS后可产生不透射线的硬化水凝胶，并且显示出快速凝胶化和增加的机械性能。

通过对壳聚糖/STS水凝胶进行表征和优化，证实它们具有快速凝胶化和良好的机械性能，以及硬化性能。在动物实验中对栓塞动脉瘤的可行性进行了初步体内评估，发现壳聚糖/STS水凝胶治疗的三个动脉瘤均未发现内漏。壳聚糖/STS水凝胶作为新型栓塞材料在临床治疗中具有很大潜力。

1.3 可注射PEG/聚酯热液体栓塞剂

由于水凝胶在进入注射部位后会因温度、pH、物理、化学等刺激在给药部位原位形成固态水凝胶，所以该新型材料目前被广泛应用于生物医学领域。Yang等[14]在研究中开发了一种用于肿瘤切除术的临时性栓塞材料聚乙二醇(PEG)/聚酯共聚物热凝胶,因其温度诱导的可逆性凝胶化和良好的生物相容性，成为短期血管栓塞的候选材料。该研究评估了甲氧基聚PEG-聚(D，L-丙交酯)(mPEG-PLA)共聚物热凝胶在活体猪模型中TAE临时栓塞的可行性和安全性。通过H-NMR分析了聚合物的化学组成和分子量，测定热凝胶体系的溶胶-凝胶转变和流变特性，表明含有碘酰胺醇的热凝胶系统后会随着体内温度的变化发生相变，具有作为栓塞治疗原位形成水凝胶的潜力。

1.4 泊洛沙姆407和海藻酸盐的温敏复合水凝胶

Raymond等[15]提出，泊洛沙姆407是一种温度敏感聚合物，可在几种动物的动脉和静脉中产生暂时性闭塞。也有学者[16]研究了泊洛沙姆407作为几种动物动脉中的临时温度敏感栓塞剂，发现它的腐蚀速度很快，向泊洛沙姆凝胶中添加大分子，已被用于构建复合水凝胶，以改善其缓释性能。有研究[17]显示，在泊洛沙姆407中加入卡拉胶、右旋糖酐和壳聚糖大分子可以减少其体外侵蚀。此外，研究[18]发现Ca2+可通过分子内桥与海藻酸钠形成水凝胶。基于此Huang等[19]研究了以泊洛沙姆407、海藻酸钠、羟甲基纤维素和碘黄醇(PSHI)为基础的热敏复合水凝胶，并且结合Ca2+制备了温敏性水凝胶PSHI-Ca2+作为TAE治疗肝癌的液体栓塞剂。

通过流变试验表明，PSHI具有良好的流动性和良好的黏弹性，凝胶温度(GT)为26.5℃。侵蚀研究表明，PSHI具有与钙离子相关的侵蚀特性，在水环境中侵蚀速度较慢。当与L929细胞孵育时，热敏复合水凝胶在体外的细胞毒性较低。数字减影血管造影和计算机断层扫描图像的分析结果表明，在正常家兔的肾动脉中有良好的栓塞效果。对VX2荷瘤兔的血管造影和组织学研究表明，PSHI-Ca2+成功地阻断了肿瘤，包括周围血管。总之，PSHI-Ca2+是一种有前途的经动脉栓塞治疗栓塞剂。

2 pH响应性栓塞材料

pH响应性栓塞材料主要是材料进入体内前和到达肿瘤部位后利用pH值的变化从而诱导材料发生溶胶-凝胶转变。同温度响应性栓塞材料一样，它们以液体的形式输送，并且在目标部位形成凝胶，以响应pH值的变化。

2.1 由水溶性天然多糖制备的原位形成栓塞水凝胶(CMC+CCN)

Lin等[20]构建的新型原位形成水凝胶由羧甲基壳聚糖(CCN)和羧甲基纤维素(CMC)组成，是一种非细胞毒性、可降解、高度多孔的材料，能够装载和释放药物的同时实现栓塞特性，并最终被再吸收到组织环境中，而不会产生任何毒性或对止血产生影响，这可能会提高疗效，并减少并发症。原位成型水凝胶是一类水凝胶材料，可由流动的液态变为固态。在用于制造原位形成水凝胶的材料中，多糖因其与合成材料相比，有较好的生物相容性和生物降解性而被应用[21]。壳聚糖是一种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，所以当羧甲基被引入壳聚糖的结构中时，使壳聚糖在生理pH下易于溶解。在体外动脉瘤模型注射中发现OCMC/CCN易通过导管、不堵塞，注入病变部位后形成凝胶，此外，因为其载药/释放能力，水凝胶有可能与四环素等硬化剂混合，并在EVAR期间使用，以防止内漏形成。这种材料在各种临床条件下的应用是可行的，例如治疗肿瘤、动静脉畸形和动脉出血，以及辅助使用支架移植物进行主动脉瘤的血管内治疗。

2.2 新型液体栓塞剂—pH敏感磺胺二甲嘧啶水凝胶

Nguyen等[22]构建的pH敏感水凝胶是由聚乙二醇(PEG)和聚氨酯硫化物磺胺二甲嘧啶(PUSSM)组成(PEG-PUSSM)，其特点是合成简单、生物相容性好，在体外是流动易于注射的放射不透性栓塞剂,且一旦到达目标部位，就会因环境pH值的变化而形成凝胶，这克服了以往温度敏感和化学交联水凝胶在应用时可能出现的局限[23]。磺胺二甲嘧啶(SM)因其弱阴离子性质(pKa为7.4)能够在高pH下呈现电离状态，而在生理pH下呈现出去离子状态[24]。聚乙二醇(PEG)为亲水性共聚物，简单地将PEG-PUSSM共聚物的水溶液与水溶性X射线造影剂碘海醇混合后制备出不透射线的栓塞材料，将它们通过微导管输送到黏稠的容器中后,证实了在高pH值下呈液态，然后在生理pH值下发生亲水疏水性转变，呈现凝胶状态。此外在兔肾动脉模型中进行初步栓塞给药，并在兔肝模型中进行试验评估，也证明了该材料作为可注射pH敏感栓塞剂的可行性。在SD大鼠皮下注射PEG-PUSSM溶液，在12周后体内仍然有高稳定性的凝胶。这些结果表明，PEG-PUSSM无论在肾动脉和肝动脉中都是一种有效的栓塞剂，揭示了这种材料在介入治疗中良好的应用前景。

3 其它新型液体栓塞剂

3.1 受海洋沙堡蠕虫海底黏合剂启发的水性血管栓塞剂

Joshua P.Jones和团队成员[25-26]受海洋沙堡蠕虫海底黏附性的启发描述了一种基于静电凝聚、带相反电荷的聚电解质—复合凝聚体水性原位凝固液体栓塞剂。在高离子强度下，栓塞凝聚物是可注射的液体，可以通过长而窄的微导管输送，而在生理离子强度下，栓子凝聚后转变为非流动固体形态。本研究中天然黏合剂用一组带相反电荷的聚电解质(PEs)代替，它由聚阳离子硫酸盐胺(Sal)和聚阴离子肌醇六磷酸钠(IP6)构成[27-28]，研究中使用的带相反电荷的PEs是离子强度高于生理离子强度的相分离复合凝聚物，在生理离子强度下为不溶性黏合凝胶。当流体、高离子强度黏合剂凝聚体被引入低离子强度环境中时，随着离子强度的降低，流体转变为黏合剂凝胶。当液体黏合剂暴露在海水中时，受pH值、离子组成和浓度的变化会触发形态的转变。通过流变试验表明栓塞凝聚物的黏度由溶液中的盐度来调节，增加NaCl浓度会降低凝聚物黏度。此外经动脉导管引入血管，再次证明了高离子强度凝聚剂不会与血液混合并且强烈黏附在血管壁上，随着离子强度向生理离子强度降低而固化，从而堵塞血管。体内实验表明Sal-IP6穿透兔肾的整个动脉血管系统，排除肾皮质或导管的静脉侧，并且实现了良好的栓塞长度。综上，该栓塞凝聚剂是一种很有前途的血流阻断剂，不仅可以到达大血管也可渗入到毛细血管水平，防止血管缺陷和畸形出血，促使肿瘤萎缩，在组织切除或创伤期间控制出血，从而延长和改善人类生活质量。

3.2 聚乳酸/苯乙烯-马来酸酐核壳微粒载DOX用于TACE治疗材料

由于肿瘤药物的肝内给药需要一种特殊的给药系统，所以Davaa等[29]成功地利用微流控技术研制了尺寸可控的聚乳酸/苯乙烯-马来酸酐(PLGA/pSMA)核壳MPs。疏水性的聚(乳酸-乙醇酸)(PLGA)作为核微粒，两亲性聚(苯乙烯-马来酸酐)(PsMA)装封PLGA表面，同时引入MT1MMP靶向肽作为DOX和MPs之间的连接分子，促进了MPs与DOX的结合，增强肿瘤靶向性。疏水性聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)是一种生物相容性好、具有吸引力的聚合物，已广泛用于生物和生物医学领域。另一种聚合物，两亲性聚(苯乙烯-马来酸酐)(pSMA)，是一种含有活性酸酐基团的商业共聚物，pSMA的酸酐基团因可以很容易地与其他氨基、羟基或巯基共轭，所以pSMA聚合物可促进DOX与肽链连接后负载到PLGA药物递送系统。MT1-MMP是一种跨膜基质金属蛋白酶，不仅在组织重塑和发育过程中维持细胞外基质的稳态还在许多癌细胞上过度表达，尤其是伴有静脉浸润的肝细胞癌(HCC)，所以MT1-MMP及其肽底物已以各种方式用于癌症特异性靶向治疗和诊断。综上，这种材料可以作为肝癌TACE治疗的潜在候选材料。

3.3 碘乙醇联合卡铂用于毛细血管栓塞

导管肾栓塞目前几乎完全用于姑息治疗，主要是因为过去使用的栓塞材料和给药技术无法实现完全的动脉-毛细血管梗死。许多研究表明[30]明乙醇单独在毛细血管水平上可产生栓塞，即使可存在广泛的梗死，肿瘤的某些区域仍然存活。而乙醇中添加碘油已被证明在实验和临床上是有益的。在实验上，1∶1的乙碘唑醇/乙醇混合物(EEM)被证明是一种独特的栓塞剂，与单纯的乙醇相比具有不同的作用机制。化疗药物卡铂是一种粉状抗癌药物，便于与其他药物混合使用。据报道[31]，如果与暂时性血流阻滞联合使用，卡铂会在肿瘤部位聚集。基于此，Kónya等[32]通过研究了1∶1的乙碘唑醇+乙醇混合物(EEM)联合卡铂是否可以进一步提高栓塞化疗效果。

4 小结与展望

介入栓塞治疗因其治疗的安全性、有效性已公认为中晚期肝癌治疗的首选疗法。栓塞材料作为介入治疗的重要部分逐渐引起人们的研究与关注。尽管传统栓塞材料，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)聚合物和沉淀剂凝胶已被用于阻断肿瘤血管，但在临床应用中存在多种危险[33]。基于此开发设计一种低副作用能负载药物且实现在目标位置缓释药物的栓塞递送载体，是当前生物医学和材料学等领域的重中之重。以温敏性P-I-6150、pH敏感水凝胶等为例的新型栓塞材料的出现逐渐得到了人们的认可，此外通过体外实验、细胞毒性、溶血、组织切片和肝功能、动物实验等表明，这些新型栓塞材料在介入治疗中具有良好的生物相容性，并且可明显提高肿瘤局部化疗药物浓度延长化疗药物作用时间、提高治疗效果。然而，新型栓塞材料的应用仍存在着一些局限，值得之后的研究探讨：首先，目前的研究尚未形成统一的制备应用流程，对材料合成所使用单体的选择、剂量仍然处于探索当中，所得出结论也不尽相同。并且大多为动物实验，对应用于临床还有一段距离。此外，目前的研究多为短期的回顾性、小样本分析，其长期疗效仍然不够明确，需要大样本、多中心、长期的随机对照试验来评价。除了上述新型介入栓塞材料外还有更多的材料正在优化研究进行中。相信随着新型介入栓塞材料的出现对肿瘤的治疗方法、化疗药物、治疗技术的优化及多样化，将有更多的患者从中获益。