双膦酸盐功能化水凝胶微球：用于靶向经动脉放射栓塞与化疗栓塞协同治疗肝细胞癌的新策略

本研究针对当前临床可用放射性微球在经动脉放射栓塞（TARE）治疗中面临的同位素泄漏、低比活度及无法同步载药等问题，开发了一种新型双膦酸盐功能化水凝胶微球（DPMs）。该微球通过微流控技术制备，实现了对177Lu的高效稳定标记（15分钟内标记效率达98.3%）及阿霉素（DOX）的高负载，并在兔VX2肝癌模型中证实了其卓越的血管栓塞性能与协同治疗效果。DPMs平台为不可切除肝细胞癌（HCC）提供了更安全、高效的精准介入治疗策略，具有重要的临床转化潜力。

　　

肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）是全球癌症相关死亡的第三大原因，由于其早期症状隐匿且进展迅速，大多数患者确诊时已处于中晚期，失去了手术机会。经动脉放射栓塞（Transarterial Radioembolization, TARE）作为一种重要的介入治疗方法，通过向肿瘤供血动脉注入放射性微球，实现肿瘤内部精准照射。然而，目前临床应用的放射性微球，如⁹⁰Y树脂微球、玻璃微球等，面临诸多挑战：玻璃微球制备工艺复杂、密度过高易导致沉积损伤周围正常组织；树脂微球比活度低、需大量微球且存在同位素泄漏风险；钬微球（QuiremSpheres）虽具成像功能，但活化过程中可能产生放射性副产物并损伤微球结构。此外，现有微球均无法同时高效负载化疗药物，难以实现放射治疗与化学治疗的协同增效。临床实践中，TARE与经动脉化疗栓塞（Transarterial Chemoembolization, TACE）的联合虽显示出优于单一疗法的效果，但缺乏能够整合两种治疗模式的理想载体。

为解决上述问题，苏州大学附属第四医院放射科的研究团队在《Journal of Advanced Research》上发表了一项创新性研究，开发了一种基于双膦酸盐功能化的聚丙烯酰胺水凝胶微球（Diphosphonate functionalized polyacrylamide hydrogel microspheres, DPMs），用于靶向TARE和TACE协同治疗。该微球采用微流控技术制备，具有尺寸均一（55 μm）、密度适宜（1.2 g/cm3）、生物相容性高等优点。其核心优势在于：微球表面及内部网络结构中丰富的双膦酸基团对多种金属离子（如Lu、Y、Ho）具有极强的螯合能力，可实现治疗性放射性核素的高效、稳定标记；同时，其多孔结构能够高效负载并控制释放化疗药物（如阿霉素，DOX），从而形成一个多功能平台（¹⁷⁷Lu-DPMs@DOX），同步实现内部放射治疗与局部化疗。

研究采用的关键技术方法包括：1）通过微流控技术合成尺寸可控的DPMs；2）利用X射线光电子能谱（XPS）和能量色散谱（EDS）分析微球的元素组成与分布；3）通过体外稳定性实验（在PBS和胎牛血清溶液中孵育）及γ计数评估放射性标记效率与稳定性；4）使用CCK-8法和活/死染色评价体外细胞毒性；5）通过兔VX2原位肝癌模型（经CT引导穿刺建模）及DSA引导下经股动脉介入栓塞，结合SPECT/CT成像、增强CT、组织病理学（H&E、TUNEL、Ki67染色）和血液生化分析，系统评估微球的栓塞效果、治疗效能及生物安全性。

制备与表征双膦酸盐富集水凝胶微球（DPMs）

研究人员首先合成了丙烯酰基双膦酸盐，并通过微流控技术成功制备出单分散性高、粒径分布窄（55.5±0.4 μm）的DPMs。扫描电子显微镜（SEM）显示微球在冻干后仍保持良好球形结构，EDS mapping和XPS证实微球表面磷元素含量高，表明双膦酸盐成功功能化。微球的多孔互联结构不仅为药物负载提供了充足空间，其高比表面积极大增加了金属核素的配位位点密度，有利于快速、高效标记。

体外标记效率与放射稳定性研究

DPMs对Lu、Ho、Y三种治疗性金属核素均表现出均匀标记能力。以¹⁷⁷Lu为例，在室温下15分钟内标记效率即达98.3%，且在10%胎牛血清溶液中孵育7天后，标记稳定性仍保持99%。其比活度可达320 Bq/微球，通过增加双膦酸盐含量甚至能提升至~2000 Bq/微球，与⁹⁰Y玻璃微球相当。显著高于现有树脂微球及既往报道的凝胶基TARE微球。体外细胞实验显示，¹⁷⁷Lu-DPMs对HepG2细胞具有剂量依赖性杀伤效应，活/死染色及γ-H2AX免疫荧光（指示DNA双链断裂）证实了其有效诱导肿瘤细胞死亡的能力。

药物负载与控制释放

DPMs的多孔结构使其能快速负载DOX（10分钟内包封率近100%），并在PBS中数小时内完成释放，符合TACE治疗需求。药代动力学研究表明，栓塞后血浆DOX浓度迅速升高，3小时达峰，12小时后降至较低水平，72小时内保持稳定，且DOX主要积累于肝肾器官，与药物代谢途径一致。

联合治疗效能的体外验证

通过CCK-8和活/死染色评估，¹⁷⁷Lu-DPMs@DOX处理组细胞存活率降至15%，显著低于单一疗法组（¹⁷⁷Lu-DPMs为60%，DPMs@DOX为30%）。γ-H2AX foci分析显示，联合治疗诱导的DNA损伤 foci数量（46.7/细胞）远高于单一治疗，证实了放疗与化疗的协同增效机制：DOX通过嵌入DNA并经醌环氧化还原循环产生活性氧（ROS），加剧放疗所致的氧化应激，同时稳定拓扑异构酶II-DNA切割复合物，阻止DNA重新连接，导致持续双链断裂，最终协同引发细胞死亡。

小鼠荷瘤模型的在体治疗与稳定性评估

SPECT/CT成像及生物分布研究表明，游离¹⁷⁷Lu注射后迅速泄漏并沉积于骨骼，而¹⁷⁷Lu-DPMs@DOX在肿瘤部位信号持续富集长达14天，且其他器官无显著分布。治疗实验显示，¹⁷⁷Lu-DPMs@DOX抑瘤效果最佳（肿瘤体积最小），且无体重下降或主要器官病理异常，证实其高效性与安全性。

兔VX2肝癌模型的介入治疗验证

在DSA引导下经肝动脉介入栓塞后，DPMs显示出良好的血管栓塞性能。SPECT/CT证实¹⁷⁷Lu-DPMs@DOX在肿瘤区域信号长期滞留（10天后仍高度集中），而其他器官无摄取。增强CT显示，联合治疗组肿瘤抑制效果最显著（体积仅0.38 cm3），且无复发。组织病理显示该组肿瘤坏死、凋亡率最高，增殖指数最低。血液生化及主要器官病理分析未发现治疗相关毒副作用，表明其良好生物安全性。

研究结论表明，双膦酸盐功能化水凝胶微球DPMs成功解决了现有TARE微球放射标记不稳定、易泄漏、无法协同载药的关键局限。其卓越的放射标记效率与稳定性、高效的药物负载与控制释放能力，以及良好的生物相容性和栓塞性能，使其成为实现TARE与TACE协同治疗的理想平台。¹⁷⁷Lu-DPMs@DOX在多种肝癌模型中均展现出显著的治疗优势与安全性，为不可切除HCC的临床治疗提供了更为精准、安全、高效的策略，具有重大的临床转化前景。未来研究可进一步探索该平台对肿瘤免疫微环境的调控作用，以及与免疫治疗的协同潜力。