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为解决临床超声造影剂（UCAs）多为微米级、需化学合成等问题，研究人员开发生物合成纳米级 PEG-GVs，对比其与 Sonovue、Sonazoid 的性能，发现 PEG-GVs 信号稳定持久，可助肝癌早期诊断及引导射频消融（RFA），具重要临床转化价值。
在医学影像领域，肝癌的精准诊断与治疗一直是临床关注的焦点。超声检查因无辐射、成本低等优势被广泛应用，但传统超声对小病灶和低速血流信号检测能力有限，超声造影剂（Ultrasound Contrast Agents, UCAs）的出现虽显著提升了超声检查的灵敏度和特异性，然而目前临床常用的 UCAs 如 Sonovue 和 Sonazoid 多为微米级微泡，通过化学合成制备，存在难以穿透血管、需重复注射等局限，且化学合成工艺复杂，可能带来毒性及体内降解等安全隐患，制约了其在肝癌诊疗中的进一步应用。因此，开发一种性能更优、安全性更高的新型 UCAs 成为亟待解决的问题。
为突破上述瓶颈，中山大学第五附属医院联合中国科学院深圳先进技术研究院等机构的研究人员开展了相关研究。他们开发了一种生物合成的纳米级超声造影剂 —— 聚乙二醇化气孢（PEGylated Gas Vesicles, PEG-GVs），并在小鼠、兔子和猕猴模型中全面对比了其与商业 UCAs（Sonovue 和 Sonazoid）的理化特性、声学反射特性、体内外成像性能及在肝癌射频消融（Radiofrequency Ablation, RFA）中的引导作用，同时评估了 PEG-GVs 的生物安全性。研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》，为肝癌的诊疗提供了新的思路和方法。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：构建了小鼠肝转移模型、兔原位肝癌模型等动物模型；通过化学偶联法制备 PEG-GVs，利用动态光散射（DLS）、透射电子显微镜（TEM）等技术对其粒径、形态等进行表征；运用超声造影（Contrast-Enhanced Ultrasound, CEUS）技术在体内外评估成像性能；开展射频消融实验，观察 PEG-GVs 在引导 RFA 中的作用；通过血液生化分析、组织病理学染色（如 H&E 染色）等方法评估生物安全性。
制备与表征 PEG-GVs
研究人员从盐沼盐杆菌中提取气孢（Gas Vesicles, GVs），通过酰胺化反应将聚乙二醇（PEG5000）偶联到 GVs 表面，制备出 PEG-GVs。与 Sonovue（由 DSPC/DPPG 壳包裹 SF?核心）和 Sonazoid（主要由氢化卵磷脂壳和 C?F??核心组成）不同，PEG-GVs 具有蛋白壳和空气核心，呈卵形，粒径约 250 nm，显著小于微米级的 Sonovue 和 Sonazoid，且分散性好、稳定性高，在 24 个月内仍保持良好的成像性能和理化性质。
PEG-GVs 的声学特性与体外成像
体外实验表明，PEG-GVs 在不同浓度下的超声造影成像强度可与 Sonovue 和 Sonazoid 相当，且产生的二次谐波信号强度与商业 UCAs 相近。稳定性测试显示，Sonovue 和 Sonazoid 的对比成像强度在数小时内显著下降，而 PEG-GVs 在 96 小时内无明显信号衰减，表现出优异的稳定性，这为其临床应用和长期保存提供了有力支持。
PEG-GVs 在正常肝组织中的体内 CEUS 成像
在健康小鼠肝组织成像中，Sonovue 信号在动脉相增强后迅速减弱，Sonazoid 在库普弗相（Kupffer phase）有较长的成像时间，而 PEG-GVs 在各期相均保持稳定且较强的信号，尤其在晚期相和库普弗相显著优于商业 UCAs。免疫荧光染色显示，PEG-GVs 可穿透血管并黏附于血管壁，同时被库普弗细胞摄取，这解释了其长时间成像的机制，为肝脏疾病的精准诊断提供了更充足的时间窗口。
PEG-GVs 在小肝癌中的体内 CEUS 成像
在小鼠肝转移瘤模型中，PEG-GVs 在正常肝组织中因血管黏附和库普弗细胞摄取而持续高增强，而在肿瘤组织中因不黏附于肿瘤血管内皮且快速清除，导致肿瘤与周围肝组织的信号差异显著，尤其在晚期相和库普弗相，能清晰显示肿瘤边界。这种独特的成像特性挑战了传统的增强渗透滞留（Enhanced Permeability and Retention, EPR）效应观念，为早期发现小肝癌转移灶提供了新策略。
PEG-GVs 在引导肝癌 RFA 中的作用
在兔原位肝癌模型中，PEG-GVs 与 Sonazoid 均能通过 CEUS 清晰显示肿瘤边界，引导 RFA 电极准确穿刺并评估消融范围。PEG-GVs 因在正常肝组织中长时间滞留，使肿瘤边界显示更清晰，有助于实时监测消融过程，确保完全消融，且组织学分析证实两组均实现了肿瘤完全坏死，表明 PEG-GVs 在引导 RFA 中具有与 Sonazoid 相当的效果。
PEG-GVs 在猕猴中的成像性能与生物安全性
猕猴实验显示，PEG-GVs 在不同剂量下均能快速增强肝脏超声信号，且信号强度随剂量增加而增强，中高剂量组信号可持续 15 分钟。生物安全性评估表明，PEG-GVs 对猕猴的主要器官无明显损伤，血液生化指标正常，证实其具有良好的生物相容性，为临床转化奠定了基础。
综上所述，该研究开发的 PEG-GVs 作为一种新型生物合成纳米级 UCAs，具有纳米级粒径、高稳定性、强组织穿透性等优势，在肝癌的早期诊断和 RFA 引导中表现出显著潜力。其通过黏附血管壁、穿透血管及被库普弗细胞摄取的独特机制，实现了长时间稳定成像，且在肿瘤组织中快速清除的特性有助于精准界定肿瘤边界。此外，PEG-GVs 在猕猴中的良好生物安全性为其临床应用提供了关键支持。该研究不仅为 UCAs 的发展开辟了新方向，也为肝癌的精准诊疗提供了创新工具，有望推动相关领域的临床转化，造福更多肝癌患者。
