低頻超聲、微泡造影劑在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

　白文坤　申鍔　胡兵 作者單位：200233　上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科 上海超聲醫(yī)學(xué)研究所

　　【關(guān)鍵詞】 低頻超聲 微泡造影劑 腫瘤 研究進(jìn)展

　　隨著超聲影像新技術(shù)的不斷發(fā)展和超聲造影劑制備技術(shù)的不斷改進(jìn)，低頻超聲、超聲造影劑在腫瘤治療中的作用日趨重要。本文就這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

　　一、低頻超聲在腫瘤治療中的進(jìn)展

　　低頻超聲是指頻率范圍在20 kHz至1 MHz的波長較長的波，具有在組織中易穿透，聲能吸收少，對組織損傷小的特點。低頻超聲具有機械作用、空化作用、熱作用和化學(xué)效應(yīng)等，利用這些效應(yīng)，低頻超聲廣泛地應(yīng)用于臨床治療中，如抑制細(xì)菌生長、增強藥物的治療作用，進(jìn)行體外溶栓等[1-3]。

　　近年來，低頻超聲的應(yīng)用研究不斷深入，實驗研究已揭示低頻超聲在腫瘤治療中具有較好潛力。低頻超聲在組織中衰減低，同樣聲壓下進(jìn)入組織更深，且低頻率、低強度對組織生物的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)也較弱。同時正常細(xì)胞對低頻超聲具有相當(dāng)?shù)牡挚沽?，而惡性腫瘤細(xì)胞卻對其非常敏感，奠定了低頻超聲用于腫瘤治療安全性的理論基礎(chǔ)[4-5]。

　　1. 單獨應(yīng)用低頻超聲抑制腫瘤細(xì)胞增殖：低頻超聲可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖。潘長川等[6]應(yīng)用鈦金屬超聲探頭，探頭直徑3 mm，頻率20 kHz，校正功率0.2 W/cm2，對急性淋巴細(xì)胞白血病Molt-4細(xì)胞株進(jìn)行輻照1 min，然后進(jìn)行細(xì)胞凋亡率和細(xì)胞周期分布的分析，結(jié)果顯示輻照組較對照組腫瘤細(xì)胞凋亡率明顯增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，而且細(xì)胞分布周期顯示腫瘤細(xì)胞輻照后細(xì)胞阻滯于G1→S期，處于DNA復(fù)制和分裂活動的細(xì)胞數(shù)目減少，腫瘤細(xì)胞增殖受抑制。張震等[7]應(yīng)用1 MHz超聲探頭，輻射大鼠腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞株(C6細(xì)胞)，超聲輻射深度為5 mm，輻照時間20 s，按超聲照射強度不同分組，結(jié)果顯示采用不同強度的低頻超聲輻照C6細(xì)胞，觀察到超聲強度<50%時隨低頻超聲強度增加C6細(xì)胞的生長率下降。應(yīng)用TUNEL法觀察，超聲強度<50%時隨著超聲強度的增加C6細(xì)胞凋亡率增加，細(xì)胞的形態(tài)明顯變化，細(xì)胞生長率與凋亡率顯著負(fù)相關(guān)。這些研究結(jié)果表明，低頻超聲能顯著抑制腫瘤細(xì)胞生長，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。另外，研究還發(fā)現(xiàn)低頻超聲輻照腫瘤細(xì)胞后可以檢測到腫瘤細(xì)胞上的193個基因下調(diào)和201個基因上調(diào)，這些下調(diào)基因與細(xì)胞生長和增殖、基因表達(dá)有關(guān)，上調(diào)基因與細(xì)胞運動、多態(tài)性和死亡有關(guān)[8]。預(yù)示低頻超聲可以在基因水平改變腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為，為低頻超聲進(jìn)行腫瘤的生物學(xué)治療提供了較新的實驗基礎(chǔ)。

　　2. 低頻超聲的化療增敏效應(yīng)：腫瘤的化學(xué)治療是目前臨床治療腫瘤的重要方法，增加化療藥物的敏感性，減少藥物治療用量，減少其是化療藥物使用的重要目標(biāo)。超聲波輻照能夠造成細(xì)胞膜通透性增高，影響細(xì)胞膜表面的酶活性從而引起腫瘤細(xì)胞內(nèi)藥物濃度增加，增強抗腫瘤藥物對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，并可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[9]。

　　Schroeder等[10]把直徑<100 nm的脂質(zhì)體包裹的化療藥物順鉑注射到淋巴瘤的動物模型的腹腔內(nèi)，同時給予低頻超聲(探頭直徑13 mm，頻率20 kHz，校正功率5.9 W/cm2)輻照120 s，結(jié)果顯示給予低頻超聲輻照的試驗組順鉑的釋放量(69.6%)較未輻照組(2.8%)明顯增強，且釋放強度高出近25倍，明顯增強了局部順鉑的藥物濃度，并且接受超聲輻照的腫瘤細(xì)胞內(nèi)藥物濃度為未接受超聲輻照的腫瘤細(xì)胞內(nèi)的濃度的2.7倍，進(jìn)而增強了順鉑對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，使之能夠更好地抑制腫瘤DNA復(fù)制，殺傷腫瘤細(xì)胞。Nelson等[11]分別應(yīng)用20 kHz、70 kHz的低頻超聲對靜脈注射多柔比星的動物模型給予輻照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，給予低頻超聲輻照組的腫瘤大小均明顯小于未給予超聲輻照單靜脈注射多柔比星組的腫瘤大小(P=0.0062)，且應(yīng)用70 kHz的更加明顯。Myhr等[12]同樣發(fā)現(xiàn)低頻超聲對腫瘤組織進(jìn)行輻照后，能夠同化療藥物發(fā)生協(xié)同作用，加強抗腫瘤藥物對腫瘤的殺傷作用。

　　二、微泡造影劑

　　1968年，Gramiak行X線主動脈造影時，經(jīng)左心導(dǎo)管注入振蕩的生理鹽水后，在超聲心動圖上偶然觀察到主動脈內(nèi)云霧狀回聲增強現(xiàn)象，自此開始了微泡超聲造影劑的研究時代。微泡超聲造影劑基本是一個血池造影劑，并不滲透到血管外組織中，因此超聲造影容許超聲動態(tài)觀察臟器的血流情況，包括大血管(構(gòu)架血管)及微小血管的分布。常規(guī)微泡造影劑的微泡直徑絕大多數(shù)在2～6 μm，與紅細(xì)胞直徑相似，自外周靜脈快速注射進(jìn)入人體后，微泡能夠通過肺循環(huán)進(jìn)入體循環(huán)，從而使臟器顯像增強[13-14]。隨著分子成像技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來涌現(xiàn)了多種納米級超聲造影劑，包括納米級脂質(zhì)體造影劑、納米級氟碳乳劑，近又出現(xiàn)了一種納米級微泡造影劑[15]，既能通過腫瘤的血管壁，又能具有很好的回聲特性。

　　含有氣體的微泡造影劑在超聲波的作用下不斷地壓縮和膨脹，在低聲壓時，微泡產(chǎn)生對稱性壓縮和膨脹，在高聲壓時，微泡產(chǎn)生非對稱性壓縮和膨脹，呈非線性背向散射。當(dāng)聲能達(dá)到一定強度時，可導(dǎo)致微泡破裂，微泡破裂可以降低超聲空化效應(yīng)閾值，增強空化效應(yīng)。空化效應(yīng)所產(chǎn)生的休克波不僅使細(xì)胞膜通透性增加，還可使微血管破裂，內(nèi)皮細(xì)胞間隙增寬[16]，同時微泡造影劑在低頻低功率超聲輻照下介導(dǎo)血管內(nèi)皮層破壞，可以暴露血管內(nèi)皮下層，引起血管內(nèi)血栓形成，這種作用可以限制某些特定部位的血流，阻斷惡性腫瘤組織的血供[17]。超聲破壞微泡造影劑可以在細(xì)胞膜“鉆孔”，使DNA的基因轉(zhuǎn)染和表達(dá)明顯提高[18]，為微泡造影劑攜帶基因定位治療提供了理論基礎(chǔ)。

　　三、低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑在腫瘤治療中的進(jìn)展

　　低頻超聲及微泡造影劑在抑制腫瘤細(xì)胞方面均有明顯作用，兩者聯(lián)合應(yīng)用，同樣具有明顯的抑制腫瘤細(xì)胞的作用。

　　房良華等[19]研究了低頻超聲聯(lián)合微泡對肝癌細(xì)胞SMMC-7721增殖的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲聯(lián)合微泡劑能夠顯著抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并且低頻超聲聯(lián)合微泡劑可能是通過增加細(xì)胞外ROS的活力來誘導(dǎo)對細(xì)胞的損傷和凋亡，對超聲聯(lián)用微泡抑制細(xì)胞增殖的機制進(jìn)行了探討。董虹美等[20]觀察低頻超聲、微泡造影劑及兩者聯(lián)合應(yīng)用對米托蒽醌殺傷人乳腺癌細(xì)胞MCF27作用的影響，并且透射電鏡可觀察到乳腺癌細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)改變，發(fā)現(xiàn)低頻超聲可以通過聲致孔效應(yīng)使細(xì)胞膜通透性增加，同時微泡造影劑加強了這種作用，化療藥物通過高通透性的細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行殺傷，誘導(dǎo)其凋亡的產(chǎn)生，通過微觀的水平對低頻超聲、微泡造影劑對增強化療藥物的療效進(jìn)行了闡述，為低頻超聲聯(lián)用微泡造影劑的化療增敏效應(yīng)提供了實驗基礎(chǔ)。

　　近年來，人們發(fā)現(xiàn)超聲造影劑還是一種很好的基因載體，作為載體，超聲微泡結(jié)合超聲技術(shù)可望實現(xiàn)局部定位釋藥，達(dá)到定位釋放，節(jié)省藥物并且降低的目的。聶芳等[21]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用微泡造影劑作為基因載體，低頻超聲輻照加微泡造影劑能夠增加綠色熒光標(biāo)記的質(zhì)粒對小鼠肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)染，且無組織損傷，為微泡造影劑攜帶抑癌基因治療腫瘤提供了實驗基礎(chǔ)。Crowder等[22]運用全氟化碳脂質(zhì)納米造影劑進(jìn)行體外靶向研究，將熒光標(biāo)記的靶向納米造影劑加到體外培養(yǎng)的C32黑素瘤細(xì)胞中，并給予低頻超聲輻照，發(fā)現(xiàn)超聲輻照組細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的熒光濃度是不用超聲輻照的2倍，證明低頻超聲輻照脂質(zhì)納米造影劑能促進(jìn)熒光標(biāo)記的磷脂進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)而推測低頻超聲可以促進(jìn)親脂性藥物進(jìn)入細(xì)胞。

　　四、展望

　　腫瘤的治療成為目前研究的熱點，多種技術(shù)包括影像學(xué)技術(shù)已經(jīng)深入地應(yīng)用到腫瘤的治療中。高強度聚焦超聲(HIFU)已經(jīng)在腫瘤治療中取得了一定的療效，目前研究表明低頻超聲在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、增加化療藥物治療效果及增加腫瘤細(xì)胞內(nèi)化療藥物濃度等方面具有明顯作用，尤其是和微泡造影劑聯(lián)合應(yīng)用及作為基因治療的載體治療腫瘤的優(yōu)越性，相信會越來越多地應(yīng)用到腫瘤的治療方面。但其作用機制還未完全明了，作用強度、時間、微泡濃度等參數(shù)需要進(jìn)一步的研究。