用于CT引导下腹腔内药物递送的可生物降解不透射线聚合物微粒

《Journal of Controlled Release》：Biodegradable radiopaque polymeric particles for computed tomography-guided intraperitoneal drug delivery

　　- 含碘化油芯的聚（乳酸）基颗粒。- 适合腹腔内药物递送的紫杉醇缓释曲线。- 腹腔注射后碘的纵向双能CT成像。- 通过聚集体形成而非颗粒大小驱动的清除实现延长滞留。- SPECT/DECT双模态定量评估肿瘤负荷与碘浓度。## 引言腹膜癌病（PC）是指恶性肿瘤细胞向包裹腹腔器官的浆膜——腹膜进行转移性扩散[1]。PC的发生率因原发肿瘤不同而异。例如，源自胰腺癌的PC占14%，源自结直肠癌的PC估计约为11%[2][3]。在此晚期阶段，治疗选择包括全身化疗和减瘤手术，可酌情配合高温腹腔内化疗（HIPEC），主要以姑息治疗为目的[4]。腹腔内残留的任何癌细胞最终都会导致复发，因为它们对全身化疗反应不佳。针对上述问题的一种可能解决方案是术后采用腹腔内（i.p.）药物递送对残留癌细胞进行治疗。预期优势在于：通过例如提供数天至数周缓释作用的药物递送系统（DDS），使腹腔内转移灶在较长时间内暴露于高浓度细胞毒性药物中，从而获得更局部的药物暴露效果。早期少量研究表明，经腹腔给予的纳米粒和微粒子的蓄积、肿瘤靶向及肿瘤渗透性取决于粒径、表面电荷，可能还取决于表面涂层等其他材料特性[5]。总体而言，经腹腔给予的DDS相较于全身给药药物具有多种优势，可实现更持久且更直接的药物暴露。已有研究考察了从50纳米到数微米不等的粒径范围，主要采用离体组织学检查来研究腹腔内的分布以及器官摄取和肿瘤蓄积情况[6][7][8]。然而，研究结果仍存在异质性，无法就最佳颗粒直径或表面电荷得出明确结论。在此背景下，可在体内成像（如磁共振成像、核医学成像或计算机断层扫描（CT））中用于跟踪和定量颗粒相对于粒径和材料特性的分布。为此，需要对DDS进行适当的造影剂修饰。这种策略通常称为"影像引导药物递送"或"诊疗一体化"，是阐明DDS体内行为的有力工具。影像技术提供了一种无创手段来监测生物分布、靶点蓄积和药物释放动力学。CT可提供非侵入性的三维（3D）解剖图像，具有优异的空间分辨率，且成本相对较低、应用广泛。因此，CT是癌症总体诊断和肿瘤分期（尤其是PC）的主要成像方式[9][10][11]。因此，CT成像也可在PC管理的新型诊疗一体化方法中发挥作用。常规CT的影像对比基于X射线衰减的差异，当成像体积内原子量（即电子密度）存在显著差异时（如骨钙化），图像可呈现高对比度。因此，具有相似质量衰减系数的软组织之间对比度变化较低。为克服这一固有的软组织对比度低的缺陷，常规需静脉注射（i.v.）造影剂。目前，仅碘基CT造影剂获批用于静脉注射，其凭借高原子序数（高Z元素）可提供高对比增强效果。所有静脉注射造影剂均基于1,3,5-三碘苯构建单元，通过功能化改善亲水性。获批的造影剂碘浓度为240–350 mg/ml，但在结构或整体电荷上略有差异。这些低分子量化合物（<2000 Da）的缺点是：从循环系统和血管化组织中迅速清除、自由体积分布大以及快速肾脏排泄[12][13][14]。碘化油（Lipiodol?）是一种源自罂粟籽油的亲脂性造影剂，碘浓度为480 mg/ml。其亲脂性特性使其可用于宫腔输卵管造影和淋巴造影等 specialized 应用。此外，该不透射线的油在介入性肝脏操作（如经动脉化疗栓塞术（TACE））中用于动脉内注射。此外，诊疗一体化试剂的日益增长的兴趣促成了其固有特性——溶解度和共递送疏水性药物的开发[15]。最常用的方法是利用两亲性脂质或聚合物等化合物将Lipiodol?制成乳液或胶囊[16][17]。这些制剂在诊疗一体化应用中作为DDS尤为引人关注，因为它们可通过CT成像检测，同时为溶解在油芯中的疏水性药物提供储库。然而，与任何静脉注射DDS应用一样，需要较小的粒径，但由于其灵敏度有限以及Lipiodol?相对较高的碘载荷量，CT成像较为困难。近年来，所谓的双能CT（DECT）系统实现了碘的精确定量，无论是体内还是离体均可实现[18][19][20][21]。在此，分别检测低能和高能光子的特定衰减特性，并利用这些特性实现材料分解和计算材料特异性图谱。过去，本课题组开发了一种基于2,3,5-三碘苯甲酸的新型碘化化合物——辛-2-基-2,3,5-三碘苯甲酸酯（TIBO），具有特别高的碘浓度（1120 mg/ml）[13]。将其配制成脂质和聚合物稳定的乳液，其CT对比度几乎是对Lipiodol?基乳液的三倍。随后，这些纳米颗粒在体内被测试作为小鼠的CT血池造影剂。静脉注射520 mg I/kg后，直接测量到220亨氏单位（HU）的对比增强效果。聚丁二烯-b-聚乙二醇（PBD-PEO）稳定乳液的血循环半衰期约为3小时，且无体内毒性。由于碘化颗粒在诊疗一体化环境中腹腔内应用对粒径、循环时间和清除的要求较为宽松，不透射线的药物递送系统可能成为一种潜在的新应用。在此，我们报道了一种通过简便的溶剂乳化/蒸发工艺制备并表征的聚（乳酸）稳定胶囊，其包含碘化油TIBO。这种通用技术允许碘化造影剂和疏水性药物紫杉醇（PTX）的共包封，同时控制颗粒粒径和壳层厚度。药物释放实验在胎牛血清（FBS）中进行。特别地，我们使用临床DECT进行了所有成像研究，这允许获取以mg/ml为单位的碘浓度图谱，而非基于亨氏单位测量的相对CT对比度——后者依赖于碘吸收系数的能量依赖性。DECT成像被用于跟踪腹腔注射后健康小鼠体内颗粒的分布和随后的降解情况（持续18天），展示了其在腹腔内药物递送中的潜在应用。作为概念验证，我们通过比较游离PTX、负载PTX的颗粒和未治疗对照组，在一款具有结直肠癌腹腔转移的小鼠模型中评估了抗肿瘤疗效。基于利用改造有鼠钠碘同向转运体的CT26细胞的报告基因SPECT成像方法，对转移灶负荷和治疗反应进行了纵向监测。DECT成像被用于颗粒生物分布的非侵入性跟踪。## 各章节摘要### 通用/材料所有溶剂均购自Sigma-Aldrich（密苏里州圣路易斯市）。PLGA（Resomer? RG 756 S：LA:GA（75:25），M_W = 76,000–115,000 g/mol，Resomer? RG 752H：LA:GA（75:25），M_W = 4000–15,000 g/mol）由Evonik Operations GmbH（德国埃森）慷慨提供。PLGA（LA:GA（75:25），M_W = 66,000–107,000 g/mol）购自Sigma-Aldrich（密苏里州圣路易斯市）。聚乙烯醇（PVA，M_W = 67,000 g/mol）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯市）。9-(二乙氨基)-5H-苯并[a]菲罗啉-5-酮（Nile…### 结果本研究的目的是合成含有碘化油TIBO以及疏水性药物PTX的单分散性聚合物胶囊，以便于CT成像。我们预期腹膜内的颗粒分布具有粒径依赖性，不同粒径可能具有不同的释放动力学，并且更高的碘含量对于DECT成像以超过最低检测限至关重要。此外，所选聚合物可影响包封效率、降解时间和生物相容性。### 讨论本工作研究了以碘化油TIBO和疏水性药物PTX为填充物的PLGA壳纳米胶囊和微胶囊，以用于腹腔内药物递送的潜在应用。采用了一种溶剂-乳化-蒸发技术，基于Pisani等人所描述的聚合物胶囊合成工艺[22]。该工艺可实现受控的颗粒合成，直径范围为100纳米至50微米。在此，合成了平均直径从200纳米至15微米不等的颗粒。此外，…### 结论在本工作中，我们描述了含有亲脂性不透射线油TIBO的PLGA壳纳米和微胶囊的合成与配方，用于腹腔内转移的治疗。TIBO作为溶剂可实现高PTX负载量，同时为基于CT的定量提供高碘载荷量。特别地，我们使用临床DECT系统获取碘浓度图谱，从而能够对腹腔注射后随时间的生物分布和颗粒降解进行定量。在…### CRediT作者贡献声明Xenia Kovalyk：文章撰写——审阅与编辑，文章撰写——初稿，可视化，方法学，调查研究，形式分析，数据整理，概念构思。Sven Saniternik：调查研究。Isabell Nies：调查研究。Markus B. Schütz：调查研究。Felix Gremse：形式分析。Larissa M. Hamacher：调查研究。Anna Rosendahl：调查研究。Katharina Schwab：资源。Annette M. Schmidt：监督指导，资源。Nils Gro?e-Hokamp：资源，方法学。Holger Grüll：文章撰写——…### 资金来源本研究未获得公共、商业或非营利部门任何资助机构的专项拨款。### 致谢我们衷心感谢Evonik Operations GmbH为本研究提供聚合物。作者感谢Evonik基金会为Xenia Kovalyk提供奖学金支持。我们感谢Franka Reimann对本研究的贡献。Xenia Kovalyk | Sven Saniternik | Isabell Nies | Markus B. Schütz | Felix Gremse | Larissa M. Hamacher | Anna Rosendahl | Katharina Schwab | Annette M. Schmidt | Nils Gro?e-Hokamp | Holger Grüll