超声造影剂基础研究现状与进展_王志刚

·述评·超声造影剂基础研究现状与进展
王志刚
“超声造影”技术是当今医学影像学领域发展最快的技术之一［1］，它是通过静脉或皮下注射超声微泡造影剂（超声微泡造影剂直径小于红细胞），增强组织器官显像，达到提高超声诊断与鉴别疾病的目的。

超声造影由于无放射性辐射、操作简单方便、实时显像等优势，极具发展潜力。

超声造影剂是超声造影的基础与关键，随着超声造影剂的不断改进与革新，超声分子影像学也应运而生，利用超声微泡（球）造影剂，可对体内组织器官微观病变进行分子水平成像，对疾病的诊断、治疗及药物递送系统的研发，均具有十分重要的意义［2，3］。

目前，国内临床所用超声造影剂均为国外进口，为了使我国超声造影剂发展进入一个新的台阶，对拥有自主知识产权的超声造影剂的开发及制备技术的革新，成为学者们研究的重点和热点。

目前，对超声造影剂的基础研究，主要有以下几个方面。

一、超声微泡造影剂
超声微泡造影剂经历了第一代游离微气泡造影剂，第二代包裹空气的微气泡造影剂之后，第三代微泡造影剂采用了其内包裹有在血液中弥散极低的高分子氟碳气体，使造影剂的稳定性、有效性得到很大提高。

超声微泡造影剂经外周静脉注射后，可使血液产生强散射，使实质性器官显影增强。

目前所用的超声造影剂为内含不同气体成分的微气泡，其外壳多为表面活性剂类、人血蛋白质类、脂质类等。

超声微泡造影剂由于气体周围有一层外膜，使得微泡的稳定性显著提高，在血液中的持续时间长，信号增强，实现了超声造影由有创性向无创性的转变，使超声造影进入了一个新的发展阶段。

脂质超声微泡造影剂生物相溶性比白蛋白微泡好，并且白蛋白微泡由于其较多的过敏反应而趋于淘汰。

目前临床常用的微泡造影剂SonoVue即属于脂质微泡造影剂。

随着高分子化学的发展，医用高分子聚合材料广泛开发用作药物、基因传递和控释的载体［4］。

这些高分子载体材料，以合成的可生物降解的聚合物体系为主，在体内能自然降解，对人体无毒副作用。

研究者以天然或合成的高分子聚合物为外壳，以氟碳气体为核心，研制了这类新型超声造影剂。

由于天然的或合成的高分子聚合物抗压性和稳定性高，且作为核心的氟碳气体分子量较大，其溶解度和弥散度较低，因此，这类微泡粒径小、分布均匀、对比信号显著增强、在血液循环中持续时间长。

由于高分子微泡造影剂的这些优势，现已成为国内外学者研究
DOI：10．3877/cma．j．issn．1672-6448．2011．05．001
作者单位：400010重庆，重庆医科大学超声影像学研究所
的热点。

二、靶向超声造影剂
靶向超声造影剂是超声分子成像的基础与关键。

系在超声造影剂连接抗体、配体及一些多肽分子，与体内特定细胞所表达的抗原或受体进行结合，用作靶向分子成像与治疗［5］。

靶向超声造影剂即是超声分子探针，通过特异性作用于病变区生物分子组成成分，来突出显示病变部位，从而提高超声诊断的准确性与敏感性。

要达到良好的超声分子显像，靶向造影剂的制备是关键。

制备靶向超声造影剂一般有3种方法［6］：（1）利用造影剂外壳本身的化学和电荷特性，使其停留在炎症或损伤部位；（2）在造影剂表面连接上特异性的抗体或配体，使造影剂能结合到病变部位细胞所表达的特异性抗原上；（3）利用分子桥的作用，将疾病相关的单克隆抗体与造影剂结合，从而间接使造影剂与病变部位表达的相关抗原结合，达到靶向目的。

新近研制的靶向液态氟碳造影剂，不同于具有先天性反射和背向散射特征的超声微泡造影剂，只有聚集在组织细胞表面时才具有较强的反射和背向散射性能，可明显增强其对比信号［7］。

此微泡直径可小于100nm，可以穿过血管内皮细胞间隙，在体内的循环半衰期长，其聚集时半衰期可延长至数天。

靶向超声微泡（球）造影剂不仅能选择性聚集于靶组织和靶器官［8］，增强显影效果，同时还能将自身所携带的基因或药物定向、定量释放，从而发挥治疗作用，这为其在生物医学领域的研究应用中开辟了新的道路。

三、多模态超声造影剂
近年来，医学影像图像融合的研究已成为影像学研究的热点之一，为了实现多种影像技术的融合，取长补短，超声医学者们致力于研究多模态超声造影剂。

该造影剂不仅可用于超声分子显像，还可同时增强其他影像方式显像，如同时增强荧光分子显像、CT分子显像、磁共振分子显像等。

液态氟碳纳米粒的研制，加快了多模态造影剂的研制进程。

液态氟碳纳米粒是一种特殊的超声造影剂［9］，系将氟碳液体与脂质，通过微液化技术而得到的一种安全的对压力、空气暴露、热和剪切应力等相对稳定的一种乳剂。

粒径很小，具有较强的组织穿透能力。

因其在体内的稳定性，循环半衰期较长。

液态氟碳纳米粒聚集在组织细胞表面时，有较强的反射和背向散射，可增强对比信号，提高信噪比，有利于超声显像。

这种液态氟碳乳剂由Lanza等［10］最早研制，在此基础上，学者们不断优化制备配方，采用高压均质技术成功制备出液态氟碳纳米脂质微球（PFOB微球），其性状稳定，形态规则，平均粒径92nm。

超声显像证实，该脂质微球具有聚集显影的特点。

而作为超声对比剂的PFOB微球也能有效地增强大鼠肝、脾及脉管系统的CT显像［11］。

国内学者采用薄膜-超声法制备出液态氟碳纳米粒，并在兔VX2肝癌模型上探讨其作为CT对比剂显像肝癌的能力，发现液态氟碳纳米粒能使肝实质持续强化，而瘤灶无明显增强，两者影像密度比显著增加，对肿瘤检出率高，能检出平扫未发现的瘤灶。

结合冰冻切片及免疫组化检测，推测肝实质因Kupffer细胞吞噬液态氟碳纳米粒而出现强化，瘤灶内因缺乏Kupffer
细胞不出现强化［12］。

这种显像原理有望对少血供或发生坏死的肿瘤提供新的诊断手段。

国外学者对连接Gd-DTPA的顺磁性液态氟烷纳米粒进行了较多研究。

研究
者们制备了微泡包裹Fe
2O
3
作为磁共振造影剂做了一系列的研究，证实了这种微
泡造影剂具有增强T2加权成像的能力［13-15］。

有学者报道载吲哚花青绿的高分子微泡可以实现荧光和超声的同时显像［16］。

同样，Kim等［17］把墨水包进PLGA 高分子微泡内对深度小于1．8cm的乳腺癌进行显像，可同时增强光学和超声显影。

四、多靶点多模态超声造影剂
超声检查临床应用广泛，具有无创、实时、高分辨率及无电力辐射等优点，故超声分子显像将成为重要的分子显像方式。

提高信噪比、提高靶向结合能力及增加图像清晰度至关重要。

一种疾病往往同时过表达几种细胞标记物，制备一种能同时结合多种细胞标记物的多靶向超声造影剂，为提高靶向结合能力提供了新的思路。

因此，多靶点分子探针被学者们提上议程并进行了一系列的相关研究。

Willmann等［18］制备了靶向定位于血管内皮生长因子受体-2和整合蛋白αvβ3的双靶向超声微泡造影剂，在荷瘤卵巢癌的小鼠上进行超声分子显像，证明双靶点靶向超声造影剂能更多的聚集在靶部位，达到更理想的肿瘤显像效果。

Ferrante 等［19］制备了靶向黏附分子p-选择素和血管细胞黏附分子1的双靶点靶向超声造影剂，在不同的剪切力作用下通过流动的小室，结果发现双靶点靶向微泡造影剂的黏附率是单靶点靶向造影剂的2倍，并表明在生理剪切力的作用下，双靶点靶向超声造影剂有更强的靶向结合能力，能更好的抵制血流的冲击力，达到更好显示靶部位的目的。

多靶点多模态超声微泡造影剂为人们开发新型多功能造影剂和尝试更高效的特异性显像恶性肿瘤的方法提供了新的思路和手段，同时，多靶点多模态超声微泡造影剂还可载药载基因进行靶向治疗，有利于促进分子影像学向诊断和治疗一体化进程发展。

五、载药物/基因超声造影剂
超声造影可以清楚显示病变组织的血流灌注特点，增大病变组织与正常组织的对比差别，从而提高超声发现病灶和定性诊断的能力。

大量研究显示，超声造影诊断与鉴别诊断肿瘤（如肝脏肿瘤、肾脏肿瘤等）以及评价局部治疗效果的准确性能与增强CT及增强MR相媲美，还可以对临床治疗（如肝移植、肾移植、肿瘤治疗效果进行无创动态监测、用于脑梗死患者血管再通与否的评价等）起到很好的辅助作用。

同时，超声仪器由于其体积小、可移动等特点，对于那些不能搬动的患者的诊断与治疗更具优势。

为了使超声技术对疾病能有更好的治疗效果，研究人员对超声造影剂进行不断深入研究，发现，超声造影剂能作为药物或基因的载体将其送入待治疗部位。

超声的空化效应在治疗中起着必不可少的作用。

超声破坏微泡促药物或基因的
释放的技术也称为UTMD（ultrasound targeted microbubble destruction）技术，是增强基因转染和药物释放的有效技术之一［20，21］。

超声微泡不仅能作为药物或基因的载体，同时也能在体内传输过程中有效地保护药物或基因，UTMD的机械效应和空化效应可使内皮细胞的间隙增宽和细胞膜的通透性增加，同时超声微泡破裂产生的冲击波、射流可视为一种驱动力，从而提高药物或基因的释放率。

目前，载药物或基因的方式包括：（1）基因或药物嵌入微泡膜中间；（2）某些物质，如：DNA可以非共价键结合在微泡表面；（3）某些药物可和气体一起被脂质包被在微泡的内部；（4）疏水的药物可混合在一层油脂层内，形成一层薄膜包绕气泡，其外包被着一层稳定的膜，在这种结合方式下，微泡可连接抗体，用于靶向释放药；（5）基因直接黏附在微泡表面（静电吸附）。

国外学者制备了靶向去唾液酸糖蛋白受体（asialoglycoprotein receptor，ASGPR）的载药脂质体，研究了该脂质体对体外肝癌细胞的毒性作用，表明，该靶向载药脂质体对肝癌细胞的杀伤作用明显高于其他非靶向组［22，23］。

国内学者对载药物或基因超声微泡造影剂的研究甚多，董虹美等［24］利用低频超声辐照载米托蒽醌的超声微泡造影剂能增强药物对乳腺癌细胞的毒性作用，并将10-羟基喜树碱镶嵌在微泡壁上，治疗小鼠H22移植瘤模型，结果表明，超声辐照能增强其靶向定位释放。

六、总结与展望
尽管超声造影剂在基础研究中取得了可观的成绩，超声分子影像学研究的前景令人鼓舞，但目前仍存在许多尚需解决的问题：超声造影剂与靶向分子的偶联技术尚需进一步完善，这是超声分子影像研究的基础；进一步提高靶向超声造影剂体内的稳定性，掌握好其在靶组织中的适度显影时间；进一步阐明靶向超声造影剂的声学特性；进一步开展多模态造影剂的研制，实现各种分子成像技术之间的优势互补；研究更高灵敏度的分子在体定位、定量技术；超声破坏微泡技术可能会引起组织出血、血管内溶血，体外培养细胞和含气组织和器官的损伤［25］。

这一系列副作用可能归因于超声破坏微泡所引起的机械作用，因此，有必要对超声破坏微泡各种相关的参数进行更深入的优化，同时改进超声微泡的制备工艺及微泡与基因或药物结合的方式亦十分重要。

随着超声分子影像学的发展及多学科的交叉融合，超声造影剂将在疾病的诊断和治疗中发挥更大的作用，具有广阔的应用前景。

参考文献
1刘吉斌，王金锐．超声造影显像．科学技术文献出版社，2010：6．
2Weissleder R，Mahmood U．Molecular imaging．Radiology，2001，219（2）：316-333．
3Voigt JU．Ultrasound molecular imaging．Methods，2009，48（2）：92-97．
4Ao M，Wang Z，Ran H，et al．Gd-DTPA-loaded PLGA microbubbles as both ultrasound contrast agent and MRI contrast agent--
A feasibility research．J Biomed Mater Res
B Appl Biomater，2010，93（2）：551-556．
5Klibanov AL．Preparation of targeted microbubbles：ultrasound contrast agents for molecular imaging．Med Biol Eng Comput，2009，47（8）：875-882．
6王志刚．超声分子影像学的研究进展．中国医学影像技术，2009，25（6）：921-924．
7余进洪，王志刚，郑元义，等．去唾液酸糖蛋白受体介导的肝靶向纳米脂质超声造影剂的制备及体外实验．中华超声影像学杂志．2011，20（2）：172-175．
8余进洪，王志刚，李奥，等．肝靶向性聚集超声分子显像的实验研究．中华超声影像学杂志．2011，20（4）：96-97．
9李奥，王志刚．液态氟碳纳米粒———一种多功能影像学造影剂．临床超声医学杂志，2008，10（12）：830-832．
10Lanza GM，Wallace KD，Scott MJ，el al．A novel site-targeted ultrasonic contrast agent with broad biomedical application．Circu-lation，1996，94（12）：3334-3340．
11杨扬，王志刚，郑元义，等．新型液态氟碳纳米脂质微球超声造影剂的制备及显像实验研究．中华超声影像学杂志，2009，18（2）：171-174．
12李奥，王志刚，余进洪，等．液态氟碳纳米粒增强CT成像在兔VX2肝癌模型中的应用．中国医学影像技术，2010，26（5）：809-811．
13Chow AM，Cheung JS，Wu EX．Gas-filled microbubbles—a novel susceptibility contrast agent for brain and liver MRI．Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2009：4049-4052．
14Cheung JS，Chow AM，Guo H，et al．Microbubbles as a novel contrast agent for brain MRI．Neuroimage，2009，46（3）：658-664．
15Chow AM，Chan KW，Cheung JS，et al．Enhancement of gasfilled microbubble R2by iron oxide nanoparticles for MRI．Magn Reson Med，2010，63（1）：224-229．
16Xu RX，Huang J，Xu JS，et al．Fabrication of indocyanine green encapsulated biodegradable microbubbles for structural and functional imaging of cancer．J Biomed Opt，2009，14（3）：034020．
17Kim C，Qin R，Xu JS，et al．Multifunctional microbubbles and nanobubbles for photoacoustic and ultrasound imaging．J Biomed Opt，2010，15（1）：010510．
18Willmann JK，Lutz AM，Paulmuruga R，et al．Dual-targeted contrast agent for US assessment of tumor angiogenesis in vivo．Ra-diology，2008，248（3）：936-944．
19Ferrante EA，Pickard JE，Rychak J，et al．Dual targeting improves microbubble contrast agent adhesion to VCAM-1and P-selec-tion under flow．J Control Release，2009，140（2）：100-107．
20Ren JL，Wang ZG，Zhang Y，et al．Transfection efficiency of TDL compound in HUVEC enhanced by ultrasound-targeted micro-bubble destruction．J Ultrasound Med Biol，2008，34（11）：1857-1867．
21张群霞，王志刚，冉海涛，等．超声微泡促进肿瘤细胞报告基因转染．临床超声医学杂志，2005，7（2）：78-80．
22Díaz C，Vargas E，G tjens-Boniche O．Cytotoxic effect induced by retinoic acid loaded into galactosyl-sphingosine containing lipo-somes on human hepatoma cell lines．Int J Pharm，2006，325（1-2）：108-115．
23Soenen SJ，Brisson AR，Jonckheere E，et al．The labeling of cationic iron oxide nanoparticle-resistant hepatocellular carcinoma cells using targeted magnetoliposomes．Biomaterials，2011，32（6）：1748-1758．
24董虹美，王志刚．超声辐照载10-HCPT微泡在小鼠H22肝癌移植瘤的定位释放研究．中国超声医学杂志，2010，26（7）：592-595．
25ter Haar GR．Ultrasonic contrast agents：safety considerations reviewed．Eur J Radiol，2002，41（3）：217-221．
（收稿日期：2011-02-25）
（本文编辑：曹静）王志刚．超声造影剂基础研究现状与展望［J/CD］．中华医学超声杂志：电子版，2011，8（5）：924-928．。