超声微泡疗法调控肿瘤间质液压力：一项提升癌症药物递送效率的临床前研究

《BMC Cancer》：Modulating tumor interstitial fluid pressure using ultrasound and microbubble therapy: a preclinical study for enhanced drug delivery in cancer treatment

为解决实体瘤内高间质液压力(IFP)阻碍药物递送这一难题，研究人员开展了超声介导微泡(USMB)疗法调控肿瘤IFP的临床前研究。结果表明，USMB能显著降低VX2肿瘤模型的IFP，其中2 MPa声压可在降低IFP的同时最小化灌注影响，而3-5 MPa虽大幅降低IFP却显著破坏血流灌注。该研究为优化超声参数、改善肿瘤微环境(TME)提供了新策略。

　　

癌症至今仍是全球主要死因之一，2022年新发病例约2000万，死亡病例高达970万。面对如此严峻的形势，传统治疗手段如手术、化疗、放疗乃至新兴的免疫疗法，其疗效仍面临巨大挑战，特别是在药物递送环节。究其原因，实体瘤独特的肿瘤微环境(TME)构成了难以逾越的屏障。其中，异常升高的肿瘤间质液压力(IFP)尤为突出，其在肿瘤组织中可达10-40 mmHg，远高于正常组织的-3至3 mmHg。这种高压状态如同给肿瘤穿上了一层"盔甲"，严重阻碍了化疗药物等治疗分子向肿瘤内部的渗透与分布，导致治疗效果大打折扣。

为了攻克这一难题，来自华南理工大学附属广州市第一人民医院超声医学科的研究团队将目光投向了超声介导微泡(USMB)技术。这种技术结合了超声的物理效应和微泡的声学特性，具有非侵入性、靶向性好、操作简便等优势。它能否成为降低肿瘤IFP、撬开药物递送大门的"钥匙"呢？研究人员在《BMC Cancer》上发表的最新研究给出了肯定的答案。

本研究主要采用了以下关键技术方法：使用VX2兔肿瘤模型（样本队列为41只健康雌性新西兰白兔）；通过探针法(WIN)精确测量肿瘤不同区域（中央区、外周1/2区、外周1/4区）的IFP；利用造影增强超声(CEUS)评估肿瘤血流灌注变化，以峰值强度(PI)为主要指标；应用不同声压（1、2、3、5 MPa）的USMB进行干预；并通过苏木精-伊红(H&E)染色进行组织病理学分析，评估治疗后的肿瘤结构变化。

Impact on IFP

研究人员首先系统评估了肿瘤内部IFP的分布情况。结果发现，IFP在肿瘤内部并非均匀分布，而是呈现出明显的梯度差异：中央区域的IFP最高(23.79±8.07 mmHg)，外周1/2区域次之(15.58±5.22 mmHg)，而最外层的外周1/4区域IFP最低(8.29±3.47 mmHg)。这种区域异质性凸显了肿瘤微环境的复杂性。

USMB治疗后，不同声压组展现了截然不同的效果。令人惊讶的是，1 MPa的低声压处理反而导致所有区域IFP的轻微上升。而2 MPa、3 MPa和5 MPa的USMB治疗则均能显著降低肿瘤IFP，且降低幅度与声压强度相关。其中，3 MPa和5 MPa组的效果最为显著，中央区域IFP分别降至18.05±8.1 mmHg和14.69±4.72 mmHg。统计分析证实了时间（治疗前后）、区域以及组别×区域×时间交互作用的显著影响，表明USMB对IFP的调控效果既取决于声压参数，也因肿瘤区域而异。

Impact on PI

通过CEUS评估肿瘤血流灌注发现，治疗前各组的PI值在不同区域也存在差异，中央区域最低，向外周逐渐增高，反映了肿瘤内部血供的不均一性。治疗后，1 MPa-USMB组PI仅有轻微上升，2 MPa组略有下降但变化不显著。而3 MPa和5 MPa组则出现了PI的急剧下降，特别是在中央区域，PI值从约18分别降至6.01和2.99，表明高声压USMB严重破坏了肿瘤的血流灌注。对照组（单纯超声US、单纯微泡MB、空白对照BC）的PI值则保持稳定。

Histological Changes

组织病理学结果直观地揭示了不同声压USMB治疗对肿瘤结构的影响。对照组肿瘤细胞呈巢状分布，血管结构尚完整。1 MPa-USMB组仅见轻微改变。2 MPa-USMB组则出现中央局灶性坏死，血管壁不规则伴局部红细胞渗出。3 MPa和5 MPa-USMB组的变化最为显著，中央坏死区域扩大，血管壁破坏严重，伴有大量红细胞外渗甚至小血肿形成。值得注意的是，在3 MPa和5 MPa组的坏死区域周围，观察到形态类似淋巴细胞的小深染细胞簇，提示可能存在免疫细胞浸润，这为USMB可能激活抗肿瘤免疫提供了线索。

Synthesis Analysis Reveals Changes in IFP and PI in VX2 Tumors Following USMB Treatment at Different Ultrasound Pressures

综合分析清晰地展示了不同声压下IFP和PI的变化模式：1 MPa声压导致IFP升高而PI变化不大；2 MPa声压可在显著降低IFP的同时，对PI（即血流灌注）影响最小；3 MPa和5 MPa声压虽能大幅降低IFP，但也造成了PI的急剧下降。

Discussion and Conclusion

本研究深入探讨了USMB疗法通过调控肿瘤IFP以增强药物递送的机制。研究结果表明，USMB对IFP的影响具有声压依赖性。低声压(1 MPa)可能通过增加血管通透性，导致组织间液积聚反而升高IFP。而中高声压(2-5 MPa)则能有效降低IFP，其机制可能涉及微泡空化效应导致的血管破坏、细胞外基质降解等。然而，高声压(3 MPa, 5 MPa)在降低IFP的同时，也严重破坏了肿瘤的血流灌注（PI显著下降），这可能会抵消IFP降低带来的药物递送益处，形成一个治疗上的悖论。相比之下，2 MPa的USMB处理找到了一个理想的平衡点：在有效降低IFP的同时，最大程度地保留了的肿瘤灌注，这很可能最有利于后续的药物输送。

组织学发现的高声压组坏死区域周围的疑似淋巴细胞浸润现象提示，USMB诱导的肿瘤细胞裂解可能释放肿瘤相关抗原和损伤相关分子模式(DAMPs)，从而激活局部炎症和早期免疫反应。这为USMB联合免疫治疗提供了新的思路。

综上所述，本研究实验证实了USMB疗法能有效降低实体瘤的IFP。特别重要的是，研究揭示了声压参数选择的关键性：2 MPa参数能在降低IFP的同时较好地维持灌注，可能最有利于药物渗透；而更高的声压(3-5 MPa)虽能更强力地降低IFP，但因血管破坏导致灌注急剧下降，反而可能阻碍药物输送。这些发现为优化USMB治疗参数提供了直接实验依据，强调需要在IFP降低和灌注维持之间取得平衡。该研究为开发针对实体瘤的新型非侵入性治疗策略奠定了坚实基础，具有重要的临床转化潜力。未来研究需要在不同肿瘤模型和临床环境中进一步验证这些参数的适用性、安全性和治疗效果。