PLGA介導的分子影像學研究現狀及進展*

張 瑜 綜述，郭大靜 審校

(重慶醫科大學附屬第二醫院放射科 400010)

隨著納米技術的發展及分子探針在影像學中的不斷應用，影像醫學已從對傳統的解剖和生理功能的研究深入到分子水平成像，由此產生了一門新興的學科——分子影像學(molecular imaging，MI)，國外核醫學學會將其定義為在活體狀態下從細胞和分子水平對生物過程進行可視化的定性和定量研究。分子影像學造影劑就是在活體狀態下從細胞和分子水平對生物過程進行可視化的定性和定量研究的探針。在此領域中，生物可降解、生物相容性材料聚乳酸-羥基乙酸(poly lactic-co-glycolic acid，PLGA)作為納米材料中的“新秀”已引起了越來越多國內外學者的關注。本文就PLGA的特點、制備方法及其作為造影劑在分子影像學(超聲分子影像學、MR分子影像學、核醫學分子影像學及光學分子影像學)中的應用綜述如下。

1 PLGA的特點

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體內半衰期長等優勢的高分子聚合物PLGA通常用于制備靜脈注射藥物緩釋制劑及仿生材料等，在疾病診斷、靶向治療及組織工程中具有廣闊的發展前景[1-3]。PLGA可由乳酸(LA)和羥基乙酸(GA)聚合，通過改變這2種單體的比例可改變PLGA的理化性質，從而控制其在生物體內的降解速率，以滿足不同包埋藥物不同的釋放需求。另外，用PLGA制備的微球可完全保留球心物質的原有性質，在適當條件下(如超聲波)破壞壁材就可以將球心藥物釋放出來，使用方便，同時還能增加藥物在靶向部位的濃度、延長作用時間，從而提高藥效，減輕對健康人體組織的不良反應，而且通過改變制備過程中的各參數，如PLGA溶液濃度、攪拌速度、聲震時間、功率等可控制微球粒徑大小，實現微球性能的優化[4]。不足之處： PLGA材料對細胞的黏附性較差，且分子鏈中缺乏活性功能基團，限制了其在生物醫學領域中的進一步應用。因此，近年來，許多研究都集中在對PLGA材料的改性研究上，最常見的方法就是通過對PLGA微球表面進行化學修飾來引入大量活性基團[5-6]。總的來說，PLGA作為一種理想的載體材料用于分子成像具有極高的研究價值。

2 PLGA微球的制備

PLGA通常是以微球的形式包裹造影劑用于分子顯像的。制備微球的方法很多，如乳化法、相分離法、鹽析法、噴霧干燥法等，不同的制備方法得到的微球性質也不同，其中乳化溶劑揮發法是常用的方法之一，它可分為單乳化及雙乳化兩類。方法的選擇又取決于聚合物和包埋物的特性，例如單乳化法適用于包裹疏水性物質，雙乳化法適用于包裹親水性物質，而且包裹同一種物質，雙乳化法比單乳化法的包封率更高[7]。如果包埋物不溶于載體溶劑或者在連續相損失較大時，可采用固體/油/水乳化法(S/O/W法)；而像氫化可的松這類雖屬于疏水性的藥物但其在水溶液中也有明顯的溶解度，為了避免藥物損失，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雙乳化溶劑揮發法(W/O/W法)，基本原理是將壁材(PLGA材料)分散于有機溶劑中(O相)，加入包埋物(內水相W1)先制成初乳，然后加到與壁材不相溶的溶液(外水相W2)中制成復乳，再選擇合適的方法固化，揮發溶劑而成為微球，制備方法簡便[10]。

3 PLGA介導的分子影像學研究

3.1PLGA介導的超聲分子影像學 超聲分子影像學通常使用微泡作為造影劑通過血管途徑進入靶組織來發現疾病早期的細胞和分子水平的變化，所以，微泡本身可作為一種血管追蹤劑用來觀察發生在血管的病理生理過程，如炎癥反應、血栓形成和腫瘤血管新生的過程等[11]。國內冉海濤等[10]采用W/O/W法以PLGA為材料成功制備了內含氟烷氣體的新型微泡超聲造影劑，并通過動物實驗證實該造影劑安全有效、顯影效果好、持續時間長。而且通過對PLGA微泡表面進行化學修飾引入大量活性功能基團，可制成靶向超聲造影劑，為疾病的早期診斷提供更有利的幫助[12]。超聲微泡分子顯像的價值不僅僅是在診斷方面，還在于治療方面。載有治療基因或藥物的微泡到達靶目標后，超聲輻照可在特定空間(聚焦區)和特定時間破壞微泡，產生空化效應和熱效應，使微泡爆破后釋放出基因或藥物進入靶組織和器官，通過局部治療可以減少全身用藥的劑量和不良反應。張亞萍等[13]自制載血卟啉高分子材料PLGA造影劑并聯合超聲聲動力療法治療小鼠H22肝癌皮下移植瘤，該實驗成功抑制了活體內H22腫瘤生長，并促進其凋亡，為聲動力抗惡性腫瘤提供了一種新的思路。

3.2PLGA介導的MR分子影像學 MR分子影像學是建立在傳統MR成像技術基礎上的，以在MR圖像上可顯像的特殊分子作為成像標記物，對這些分子在體內進行定位。但是，MR的敏感性較低，必須通過信號擴增系統才適于顯像。常用于MR成像的對比劑主要分兩大類，一類是非特異性細胞外造影劑，如釓順磁性螯合物；另一類是器官特異性造影劑，如超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide，SPIO)[14]。

但是，近年來關于MR造影劑引起不良反應的報道越來越多，肝特異性造影劑不良反應的發生率似乎比釓順磁性螯合物更高。為了解決這些問題，近年來國外文獻已成功將MR對比劑二乙三胺五醋酸釓(Gd-DTPA)和SPIO分別包裹入PLGA微球中，通過研究其理化特性及在動物體內分布、降解等特點，證實其生物毒性很低，而且在1.5 T MRI上可以顯像，其顯像能力類似于單獨使用Gd-DTPA或SPIO成像[15-16]。Ao等[17]以內含氟烷氣體的PLGA超聲微泡為載體成功地包裹了MR造影劑Gd-DTPA，制備了一種新型多模態造影劑，達到超聲與磁共振的雙重顯像。Anthony等[18]則將血管內皮生長因子(VEGF)和Gd-DTPA同時包裹入PLGA微球中制備出多功能造影劑，有望實現疾病的診斷與治療同時進行。Ratzinger等[19]則是在PLGA微球表面分別共價結合了Gd-DTPA與釓特酸葡胺(Gd-DOTA)，通過與球心包裹釓劑的PLGA微球相比，發現這種方法可以使水質子更有效地與釓順磁性螯合物互動，從而提高弛豫性能。

3.3PLGA介導的核醫學分子影像學 核醫學分子成像技術是目前最成熟的分子顯像技術，其成像的基本原理就是將人體代謝所必需的物質(如葡萄糖、蛋白質、核酸、脂肪酸等)標記上短壽命的放射性核素(如18F、125I、99Tcm等)制成示蹤劑注入人體，由于人體不同組織的代謝狀態不同，所以這些被核素標記了的物質在人體各種組織中的分布也不同，通過檢測儀器將這些特點用圖像反映出來，從而對病變從分子水平進行分析診斷[20]。因此，PLGA微球在核醫學分子影像學中的應用就比較罕見。國內華楠等[21]開發出了一種用125I標記PLGA的新技術，并對新合成的標記物性質進行了鑒定，得出此標記物釋放γ射線，放射性活度和材料質量成正比的結論，為PLGA材料在體內的降解性能的研究提供了新方法。

3.4PLGA介導的光學分子影像學 光學分子成像是在對穿過生物組織的光子的光學信息探測的基礎上，通過引入合適的熒光探針，用特定波長的紅光激發熒光染料，使其發出熒光，或通過引入某些報告基因，使其表達產物自發產生熒光，再通過光學成像設備檢測發射出的熒光進行成像。Xu等[22]和Yvonne等[23]則將熒光染料包裹進PLGA納米微泡中制備出一種能夠實現超聲和光學雙重顯像的多模態造影劑。而國內熊小強等[24]則以PLGA微球為載體包裹光敏劑四間羥基苯基二氫卟酚(m-THPC)，并研究了其在體外光動力治療肝癌的效果，通過實驗證實了PLGA-mTHPC納米型光敏劑不僅能提高腫瘤細胞的光動力治療的效果，還能減低光敏藥物的不良反應。

4 結 語

上述4種分子影像學技術在臨床中的應用可謂是各具優勢，MR分子影像學時間、空間分辨力高，同時還可獲得三維解剖結構及生理信息，這些正是超聲、核醫學及光學分子成像的弱點，但MR敏感性較低；超聲分子影像學花費低而且可實時觀察；核醫學分子成像靈敏度高，在顯示體內生理代謝及分子水平的變化而言是最敏感也是最成熟的技術；活體光學成像則憑借操作簡便及直觀性成為研究小動物活體成像的一種理想方法。但是，如今單一的成像模式已經無法滿足臨床診斷的需求，所以，目前分子影像學面臨著巨大的挑戰，即研發更完善的成像設備及更合適的分子探針。

由于PLGA具有良好的生物相容性、生物可降解性、藥物釋放可控性、生物體內半衰期長及顯影效果好等優勢，PLGA介導的分子影像學不僅可以使人們更好地在分子水平上理解疾病的發生、發展，而且許多疾病有望在分子水平得到治療，同時還能夠在最短的時間內得到治療的反饋信息，對治療效果的監測亦十分有意義，所以，作者相信PLGA介導的分子影像學未來的應用會更廣泛。

[1]Suri SS,Fenniri H,Singh B.Nanotechnology-based drug delivery systems[J].J Occup Med Toxicol,2007,2(1):16-18.

[2]Tan HP,Wu JD,Lao LH.Gelatin/chitosan/hyaluronan scaffold integrated with PLGA microspheres for cartilage tissue engineering[J].Acta Biomaterialia,2009,5(3):328-337.

[3]Clawson C,Huang CT,Futalan D,et al.Delivery of a peptide via poly(D,L-lactic-co-glycolic) acid nanoparticles enhances its dendritic cell-stimulatory capacity[J].Nanomedicine,2010,6(5):651-661.

[4]谷海剛,金旭,龍大宏,等.BSA-PLGA微球的制備條件優化及不同添加劑對包封率的影響[J].中國生物醫學工程學報,2007,26(6):931-935.

[5]Tan H,Huang D,Lao L,et al.RGD modified PLGA/gelatin microspheres as microcarriers for chondrocyte delivery[J].J Biomed Mater Res B Appl Biomater,2009,91(1):228-238.

[6]張瑜,郭大靜,敖夢,等.靶向血栓高分子超聲造影劑的制備及其體外尋靶實驗[J].中國超聲醫學雜志,2012,28(4):289-292.

[7]Lassalle V,Ferreira ML.PLA nano-and microparticles for drug delivery:an overview of the methods of preparation[J].Macromol Biosci,2007,7(5):767-783.

[8]Andreas K,Zehbe R,Kazubek M,et al.Biodegradable insulin-loaded PLGA microspheres fabricated by three different emulsification techniques:Investigation for cartilage tissue engineering[J].Acta Biomaterialia,2011,7(12):1485-1495.

[9]Wischke C,Schwendeman SP.Principles of encapsulating hydrophobic drugs in PLA/PLGA microparticles[J].Intern J Pharmaceutics,2008,364(2):298-327.

[10]冉海濤,任紅,王志剛,等.自制高分子聚合材料超聲造影劑顯影效果動物實驗研究[J].中華超聲影像學雜志,2006,15(5):378-380.

[11]Gupta AS.Nanomedicine approaches in vascular disease:a review[J].Nanomedicine,2011,7(6):763-779.

[12]張輝,冉海濤,王志剛,等.靶向高分子造影劑的制備及其體外尋靶實驗[J].中華超聲影像學雜志,2010,26(3):193-196.

[13]張亞萍,冉海濤,王志剛,等.載血卟啉PLGA微泡用于聲動力治療小鼠H22肝癌移植瘤[J].中國醫學影像技術,2010,26(4):593-596.

[14]Bellin MF.MR contrast agents,the old and the new[J].European J Radiology,2006,60(3):314-323.

[15]Onuki Y,Jacobs I,Artemov D,et al.Noninvasive visualization of in vivo release and intratumoral distribution of surrogate MR contrast agent using the dual MR contrast technique[J].Biomaterials,2010,31(27):7132-7138.

[16]Lee PW,Hsu SH,Wang JJ,et al.The characteristics,biodistribution,magnetic resonance imaging and biodegradability of superparamagnetic core-shell nanoparticles[J].Biomaterials,2010,31(6):1316-1324.

[17]Ao M,Wang ZG,Ran HT,et al.Gd-DTPA-loaded PLGA microbubbles as both ultrasound contrast agent and MRI contrast agent-A feasibility research[J].J Biomedical Materials Res,2010,93(2):551-556.

[18]Anthony Z,Faranesh,Monet T,et al.In vitro release of vascular endothelial growth factor from Gadolinium-Doped biodegradable microspheres[J].Magnetic Res Med,2004,51(9):1265-1271.

[19]Ratzinger G,Agrawal P,K?rner W,et al.Surface modification of PLGA nanospheres with Gd-DTPA and Gd-DOTA for high-relaxivity MRI contrast agents[J].Biomaterials,2010,31(33):8716-8723.

[20]Hamoudeh M,Kamleh MA,Diab R,et al.Radionuclides delivery systems for nuclear imaging and radiotherapy of cancer[J].Advanced Drug Delivery Reviews,2008,60(10):1329-1346.

[21]華楠,孫皎,吳元芳,等.125I-PLGA標記物的制備與鑒定[J].上海生物醫學工程,2005,26(4):229-231.

[22]Xu JS,Huang JW,Qin RG,et al.Synthesizing and binding dual-mode poly(lactic-co-glycolic acid)(PLGA) nanobubbles for cancer targeting and imaging[J].Biomaterials,2010,31(14):1716-1722.

[23]Yvonne K,Dipl-Food C,Christian K,et al.Preparation and biological evaluation of multifunctional PLGA-nanoparticles designed for photoacoustic imaging[J].Nanomedicine,2011,7(2):228-237.

[24]熊小強,陳汝福,汪峰,等.PLGA-m-THPC納米型光敏劑的制備及光動力治療肝癌細胞的研究[J].中華普通外科學文獻,2008,2(1):28-33.