載藥微球在腫瘤與非腫瘤疾病治療中的應用

羅蘭 楊希 林曉曦

【提要】 近年來，載藥微球(Drug-eluting beads，DEB)因其對血管的栓塞作用和釋放藥物的靶向性而在介入治療領域廣受關注。大量研究證明，載藥微球可以延長藥物的活性，提高穩定性，維持一定的血藥濃度，從而使藥物的釋放效果更為理想。載藥微球發展至今，其種類、性能正不斷地豐富并優化。在腫瘤治療中，載藥微球的栓塞化療已應用于治療肝、腎、胃腸、乳腺等部位的腫瘤；在非腫瘤疾病的治療中，載藥微球亦具有很大的應用潛力。我們相信，載藥微球是一個極具前景的研究領域，利用其結合分子靶向藥物可能會實現多種疾病的治療突破。

微型包囊技術(Microcapsulation)簡稱微囊化，系利用天然的或合成的高分子材料(囊材)作為囊膜壁殼，將固態或液態藥物(囊心體)包裹而成藥庫型微型膠囊(Microcapsule)。若藥物溶解和/或分散在高分子材料基質中，形成骨架型(Matrixtype)的微小球狀實體則稱微球(Microsphere)。微囊和微球的粒徑屬微米級，而粒徑達納米級的分別稱納米囊和納米球，均可以作為給藥系統應用于臨床。

近年來，微球和微粒作為載體材料在生物醫學和生物工程領域受到廣泛的關注，并得到一定程度的應用。另外，相關研究使得許多新型給藥系統成為了可能。因此，微球/微粒系統中藥物的釋放和靶向性是值得關注的研究方向。

微球/微粒以高分子材料作為載體，不僅能夠控制藥物以一定速率釋放而實現長效目的，還能保護藥物，尤其是蛋白質、多肽類藥物免遭破壞，還有掩蓋藥物的不良口味、減少給藥次數和藥物刺激、降低毒副作用等功能。同時，亦可對生物體的生理指標給出反饋，并憑借其生物相容性被器官組織的網狀內皮系統所內吞或被細胞融合，使得藥物濃集于靶區形成靶向藥物釋放體系，進一步提高療效。因此，通過選擇合適的高分子包裹和給藥途徑能夠延長藥物的生理活性，提高藥物的穩定性，維持一定水平的血藥濃度，從而使藥物的釋放達到更為理想的效果，以實現更好的治療效果。

本文將介紹載藥微球(Drug-eluting beads，DEB)的起源與發展，并對載藥微球在腫瘤治療與非腫瘤疾病治療中的應用進行總結與討論，為臨床提供新的診療參考。

1 起源與發展

1960年，Luessenhop等[1]將甲基丙烯酸甲酯微球應用于顱內動靜脈血管畸形患者的治療中，這是微球在臨床上最早的應用。1978年，含抗腫瘤藥物的乙基纖維素微球研制成功，首次將藥物加載于微球上，實現了化療與栓塞的結合[2]。

理想化的載藥微球應具有以下特點[3-4]。①粒徑大小適宜，可通過微導管進行遞送，且有多種粒徑規格可供臨床按具體血供情況的差異進行選擇；②具有良好的生物相容性，不會引起人體免疫應答或排斥反應；③載體顆粒間不易聚集堵管，給藥難度低，且不會黏附聚集于給藥裝置上；④藥物的載量可滿足治療所需的劑量；⑤能以可控的方式在病灶內靶向釋放藥物，達到并維持局部治療的有效藥物濃度。

為了使載藥微球達到最為理想的狀態，大量研究從藥物的性質、囊材的選擇、微球的粒徑等不同方面進行設計并付之于實驗。囊材上，從天然高分子材料(如明膠、殼聚糖、海藻酸鹽、白蛋白等)，到半合成高分子材料(如羧甲基纖維素、醋酸纖維素鈦酸、乙基纖維素等)，再到便于工業化制備的合成高分子材料(如聚酰胺、聚乙烯醇、聚乳酸等)。具體到臨床應用上，根據不同的疾病，微球的粒徑也可供選擇。目前，載藥微球主要有生物降解型和非生物降解型兩大類。生物降解型囊材的優點在于無毒、成膜性好、化學穩定性高，但是在藥物的釋放效率上無明顯差異[5]。聚酯類是應用最為廣泛的生物降解的合成高分子。臨床上應用的一般為非生物降解型載藥微球，主要有DC/LC-Beads?(BTG, Biocompatibles UKLT)、HepaSphere?/QuadraSpheres(Merit Medical Systems)、Embozene TANDEM(CeloNova BioSciences)和LifePearl(Terumo)[6]，均能夠通過離子交換進行藥物裝載。

1990年，HepaSphere研制成功[7]，并被命名為SAP(Superabsorbent Polymer Microsphere)，于1992年首次應用于臨床，2006年11月被FDA批準用于栓塞治療。HepaSphere由聚乙烯醇丙烯酸吸水性共聚物組成，是一種生物相容性好、親水的非生物降解型微球，彈性良好，可壓縮直徑的80%，水合后直徑增大為原來的2～3.5倍，在人血漿中可增大4倍，與血管內皮緊密接觸并隨行，從而達到完全性栓塞的效果。HepaSphere通過加載正電荷蒽環類化療藥并緩慢釋放，有效提高了局部化療藥物濃度，降低外周血藥物濃度。干燥狀態下規格有30～50 μm、50～100 μm、100～150 μm、150～200 μm等幾種。2004年，DC/LC-Beads研制成功，是一種基于聚乙烯醇的微球栓塞劑，由N-丙烯酰胺乙醛衍生物制備而成，利用陰離子磺酸鹽通過離子交換機制將帶正電荷的蒽環類藥物(如多柔比星、阿霉素、伊立替康、吉西他濱等)加載于微球上，用于治療多種惡性高血管性腫瘤[8]。微球直徑主要有70～150 μm、100～300 μm、300～500 μm、500～700 μm、700～900 μm等五種規格，載藥量為5～45 mg/mL，在藥物釋放中保持球形, 患者6個月內可接受3～4次化療栓塞治療。

CalliSphere(蘇州恒瑞迦俐生生物醫藥科技公司)[9]是我國生產的第一種微球產品。CalliSphere是一種表面光滑、帶有電荷的有色聚乙烯醇栓塞微球，屬于國家三類無源植入性醫療器械，易通過微導管，具有良好的彈性，可壓縮至50%，可通過細小血管以達到終末栓塞。直徑主要有100～300 μm、300～500 μm、500～700 μm、700～900 μm、900～1 200 μm等五種規格。動物實驗證明，該微球是一種組織相容性好，無致畸或致癌作用的理想栓塞材料。隨后，多項臨床研究使用CalliSpheres載藥微球成功栓塞治療多例不可切除肝癌患者。

Du等[10]用新型材料初步研制出的HAMs微球可通過離子交換機制攜帶多柔比星等藥物，動物實驗證實了其對腎動脈的栓塞化療作用。隨著技術的不斷進步，我們期待載藥微球更大的可能性。

2 載藥微球在腫瘤治療中的應用

20世紀80年代初，動物實驗證明了可降解淀粉微球(DSM)通過栓塞血管治療肝癌的可能性[11-12]。動脈栓塞術的成功使我們不難想象，微球加載藥物后對栓塞治療療效的促進或許是巨大的。事實亦是如此。化工產業和介入治療技術發展至今，針對難以手術治療的肝臟腫瘤，栓塞化療這一治療方式已成為首選。

載藥微球之所以廣泛應用于腫瘤的栓塞化療，是因為其具有以下優點。①微球對腫瘤組織毛細血管網的栓塞更為完全，直徑小于12 μm的微粒可到達終末毛細血管，直徑更大的微粒則會被一級毛細血管網截獲，而常用的微球制劑的直徑一般在100～900 μm；②微球中藥物不斷向腫瘤區擴散，使腫瘤區的藥物長時間維持在較高濃度水平，降低體循環中的藥物濃度，故可提高藥物的治療指數。另外，肝臟由于接受門靜脈和肝動脈的雙重供血(正常肝細胞的血流70%～90%由門靜脈供應，而腫瘤組織的血流95%由肝動脈供應)，使得栓塞化療既可以破壞腫瘤細胞，又能盡量減少對正常細胞造成損傷，相較于傳統經導管動脈化療栓塞術(c-TACE，即使用碘化油與化療藥混合乳液動脈內化療后進行選擇性血管栓塞的治療方式)，是一種極有意義的治療方法。載藥微球介入的經導管動脈化療栓塞術(DEB-TACE)相較于c-TACE可以顯著減少化療藥物到達全身循環所需的劑量，同時還能顯著減少化療藥物相關的不良事件[13]。

1989年，Yoshikawa等[14]利用可降解淀粉微球和局部熱療聯合化療栓塞治療不能切除的肝癌，結果發現，DSM栓塞化療與動脈內灌注化療具有幾乎相同的適應證，提示DSM栓塞化療是治療不能切除的肝癌的一種有效方法。隨后，Yamamoto等[15]對45例不能切除的肝癌患者進行射頻容性熱療聯合動脈化療或化療栓塞治療，其中22例患者分別接受了一次性和持續的抗腫瘤藥物灌注，11例患者接受了碘油化療栓塞，其余12例患者接受了可降解淀粉化療栓塞微球(DSM)。結果顯示，患者生存時間延長，且無明顯嚴重副反應。另外，DSM對血流的抑制作用非常敏感，是與肝癌熱療相結合的極佳栓塞劑。

相較于c-TACE，載藥微球介入的經導管動脈化療栓塞術由于可以提高腫瘤栓塞部位的藥物濃度，并降低外周血的藥物濃度，因此，術后肝外不良反應(如發熱、乏力、惡心、脫發等)發生率較低。多篇薈萃分析綜合比較了DEB-TACE和c-TACE的療效。Huang等[16](7項研究，n=700)以及Xie等[17](6項研究，n=652)證明了DEB-TACE的客觀療效明顯優于c-TACE。2016年對9項研究(866名患者)進行的另一項薈萃分析中，盡管與c-TACE相比，DEB-TACE的客觀療效相似，但其完全緩解率和總生存率顯著提高[18]。Chen等[19]對1 832例患者(DEB- TACE：n=822，c-TACE：n=1 010)進行分析，結果表明DEB-TACE治療顯著改善1年、2年和3年總生存率，且1年、2年無復發生存率。另外，DEB-TACE術后常見不良反應(如發熱、 乏力、腹痛、惡心、脫發、骨髓抑制等)發生率亦低于c-TACE。

臨床上，除了肝癌以外，載藥微球的栓塞化療也已應用于治療胃腸、泌尿系、乳腺、脾臟、肺臟等部位的腫瘤，大量研究表明，載藥微球可促進腫瘤組織的壞死、縮小甚至消失。

Okamoto等[20]使用選擇性動脈內灌注絲裂霉素C(MMC-mc)微球對20例患者進行了泌尿生殖系統腫瘤的治療，靶點為腎、肝、前列腺、膀胱、子宮、乙狀結腸、道格拉斯腔和骨，發現14例患者可測量的最大腫瘤直徑減少30%以上，5例減少10%～30%，1例減少10%，所有患者在治療初期均有癥狀體征的改善，8例腎癌、膀胱癌、宮頸癌患者術后療效顯著且全身毒性反應輕微。結果表明，MMC-mc化療栓塞術是一種有效的術前或姑息性治療方法。Kramer等[21]用人血清蛋白將柔紅霉素鹽酸鹽與巰基嘌呤制備出磁性微球，并試用于治療胃腸腫瘤，亦取得了良好的效果。

3 載藥微球在非腫瘤疾病治療中的應用

Luessenhop等[1]用微球成功治療顱內動靜脈血管畸形，使得微球栓塞這一方式給許多疾病的治療帶來新的思路。而具有栓塞效果與藥物治療作用的載藥微球，不僅在腫瘤治療中成為研究熱點，在非腫瘤疾病的治療研究中也開始嶄露頭角。

1996年，Beaujeux等[22]首次使用栓塞微球(Embosphere)成功治療了面部、脊髓和顱內動靜脈畸形的病例。Keigo等[23]對25例有癥狀的面部(n=5)、上肢(n=8)和下肢(n=12)動靜脈畸形患者采用SAP-MS顆粒(丙烯酸鈉和乙烯醇共聚物)經動脈栓塞治療(TAE)。對聯合外科手術干預獲得的標本進行組織學分析，并對臨床結果進行回顧性評估。結果顯示，20例患者(80%)通過單純栓塞治療(n=17)或聯合手術(n=3)，癥狀改善。經TAE治療后，采用手術切除或截除的方法完全切除1例唇部及2例指動靜脈畸形。彌漫性上肢(n=1)和下肢(n=1)AVMs的癥狀不受控制。SAP-MS顆粒治療TAE后無神經損傷和皮膚壞死。組織學上，SAP-MS顆粒穿透損傷內血管，并順應血管腔而導致血管閉塞。由此證明，微球經動脈栓塞治療對某些癥狀性AVMs是合適的，但彌漫型、浸潤型AVMs的治療仍是一個巨大的挑戰。動靜脈畸形研究領域目前的主要瓶頸在于：一方面，無水乙醇被廣泛有效地用于治療低流量畸形(靜脈和淋巴管)，而對于高流量動靜脈畸形，并發癥發生率高達10%，包括短暫的神經性發作和皮膚損傷；另一方面，單純的物理栓塞劑治療動靜脈畸形通常效果不佳，術后復發率超過90%。因此，在復雜的、難治的血管畸形相關疾病治療領域，亟需尋找一種安全有效、精準靶向的創新治療方式。Jubeli等[24]開發了一種聚合物基材料作為栓塞劑和藥物貯存器，材料由線性丙烯酸酯共聚物的乙醇溶液和載有抗血管生成劑舒尼替尼的納米球組成，并用兔角膜新生血管模型體內評價其抗血管生成活性，且在綿羊模型上測試了動脈栓塞的效果。結果成功證明了這種新的血管栓塞系統與抗血管生成藥物原位給藥相結合的可行性，是一種極具前景的治療動靜脈畸形和高血管化實體瘤的方法。

除了動靜脈畸形等血管畸形相關疾病，多項臨床研究表明微球還可用于前列腺增生、癥狀性子宮肌瘤、出血性疾病(例如咯血、膽源性出血)等疾病的治療。

微球介導的前列腺栓塞術是利用微導管將栓塞微球注入前列腺中，籍由阻塞前列腺動脈使肥大的前列腺組織缺血萎縮，從而達到減少前列腺體積及減少尿路阻塞的目的。Hwang等[25]分別用非球形聚乙烯醇顆粒與微球對9例有下尿路癥狀的良性前列腺增生患者進行前列腺動脈栓塞術以比較療效。其中，4例患者使用了非球形聚乙烯醇顆粒(250～355 μm)進行栓塞，5例患者則使用微球(300～500 μm)。結果這9例患者的動脈造影顯示雙側前列腺動脈均成功栓塞。與非球形聚乙烯醇顆粒組相比，微球組患者的國際前列腺癥狀評分、生活質量、前列腺體積(總體積和過渡區)和最大尿流量均有較大改善。栓塞術前和術后隨訪的經直腸超聲圖像顯示，PAE術后相較于術前，前列腺體積明顯縮小。因此，微球介入的前列腺動脈栓塞術是一種可行、有效、安全的治療有下尿路癥狀的良性前列腺增生的方法。

在其他疾病領域，Ge等[26]為探討栓塞微球對子宮肌瘤患者血清血管內皮生長因子(VEGF)水平的影響，收治育齡婦女子宮壁內肌瘤128例行栓塞術治療，同時隨機抽取128例健康育齡婦女作為對照組，采用酶聯免疫吸附法測定血清VEGF水平，采用免疫組化方法研究VEGF在子宮肌瘤中的表達。結果顯示，患者組血清VEGF水平明顯高于對照組，與治療前相比，患者組治療后3個月子宮肌瘤直徑明顯縮小，治療6個月后紅細胞計數、血紅蛋白和月經血容量顯著增加。這一結果表明，與子宮切除術相比，栓塞術具有明顯的優越性，有望成為替代子宮切除術的理想選擇。程鋼等[27]將72例患者分為兩組：一組行支氣管動脈雙栓塞，雙栓塞組先用明膠海綿微球(0.5 mm×0.5 mm)、紅霉素和高滲氯化鈉混合液栓塞終末血管，再用明膠海綿顆粒(1 mm×1 mm)栓塞支氣管動脈主干；另一組行單次明膠海綿栓塞。經2～4.8年隨訪，治愈率雙栓塞組83%，單次明膠海綿栓塞組61%，兩組治愈率比較有顯著性差異(P<0.05)，從而證明微球介入的支氣管動脈雙栓塞術對咯血患者有明顯的遠期療效。另外，Horák等[28]利用聚甲基丙烯酸羥乙基酯(PHEMA)顆粒，對18例膽源性出血患者進行了選擇性肝動脈分支PHEMA顆粒栓塞。這種低創傷的方法可以完全控制出血，或者至少可以減少兩倍以上的術中失血。對閉塞血管的組織學研究表明，血栓附著在顆粒上，并由聚合物的多孔結構加固。栓塞后出現高凝反應，因此可以糾正止血系統中的低凝狀態。

4 總結與展望

不同于腫瘤領域，載藥微球在非腫瘤疾病治療領域的應用較少，因為多數非腫瘤疾病已有深厚的研究基礎和治療體系，大多數疾病的診療指南已可滿足醫患的主要需求，而載藥微球介入治療這一創新治療操作要求高，基礎研究少，治療造成的并發癥難以預料。事實上，多項研究表明，載藥微球在很多疾病的治療上有著強大的作用。雖然目前將載藥微球與更多藥物進行結合的設想大多處于動物實驗階段，但實驗結果顯示出的積極結論，揭示了載藥微球栓塞方面的新方向，也為許多疾病的治療開辟了新思路。同時，也有研究探索聯合多種治療方式的綜合治療手段在臨床中的應用，近年研究已證實分子靶向藥物索拉非尼聯合栓塞治療可使中晚期肝癌患者的生存獲益，提示DEB-TACE在肝癌治療中的應用可以擴展到更晚期的肝癌[29]，說明了載藥微球結合分子靶向藥物未來可能會成為一個具有良好前景的研究領域。另一方面，在非腫瘤疾病如血管畸形相關疾病領域中，載藥微球這一新興治療方式所帶來的靶向物理栓塞作用與藥物打擊作用的聯合效益令人期待，如能突破目前常規手段存在的治療瓶頸，則開創一種安全有效、精準靶向的治療方式也成為了可能。

載藥微球栓塞技術在國內應用較晚，只有短短數年的時間。關于微球的使用規范和操作規程需要進一步的完善和細化，同時在臨床治療中，應盡量發揮載藥微球的優勢，減少治療過程中并發癥的發生，有些并發癥是致死性的。這一新技術若應用得當，實現精確的靶向性(Targeted)、良好的吸收性(Absorbing)、靈活的調節性(Customized)、真正的載藥性(Eluting)，并合理應用，經導管介入的化療栓塞治療領域必將取得重大突破。