研究背景:颅内肿瘤(包括原发和继发)严重威胁着人类的生命健康。由于其特殊的解剖位置和对放疗的内在敏感性,对于大多数不能手术或手术无法完全切除的肿瘤,化疗的效果便在很大程度上决定患者的预后。不幸的是,由于血脑屏障(blood brain-barrier BBB)的影响,传统的化疗方式对颅内肿瘤的治疗效果甚微。研究表明,尽管颅内肿瘤中心坏死组织的BBB已遭破坏,但肿瘤边缘部分BBB仍完整。BBB的存在使药物利用率降低,毒副作用增加,更限制了95 %的药物在中枢神经系统的应用。现有可逆性开放BBB的方法,以及其他绕开BBB的方法,如间质内局部化疗等,在提高肿瘤患者存活率上效果也不显著。近年来有关超声造影剂(微泡造影剂或简称“微泡”)介导下的超声介入治疗学的发展为颅内肿瘤的化疗提供了新的思路。超声造影剂是一种高浓度微气泡的悬浮液,在介入治疗方面它有两个特性:⑴它是药物或基因的良好载体。⑵给予一定功率的超声幅照(包括较高机械指数的诊断超声),微泡会发生破裂,靶向释放所携带的药物或基因,并促进其渗透。利用微泡这一特性进行有关BBB的研究已经取得了一些成就,近期国外JAMESd等用频率1.5 MHz,声压0.8～2.7 MPa,占空比20%的聚焦超声经皮辐照野鼠的海马,用核磁共振检测发现野鼠海马的BBB开放。Stephen M报道聚焦超声能实现高选择性非侵入性血脑屏障的开放,在超声造影剂存在的情况下,开放血脑屏障的超声能量明显降低,有利于更低能量的超声达到选择性开放血脑屏障而不损伤正常脑组织的目的。超声造影剂的介入则明显增加了空化核的数目,降低了超声的空化阈值,使以往只有治疗超声才能实现的声孔效应,使用更低功率的诊断超声也能实现。本实验室前期进行了频率为1.7 MHz/3.3 MHz的诊断超声波经大鼠颅骨行脑超声造影,结果发现在使用一定剂量的微泡及机械指数达0.8以上时,或当发射超声波的机械指数为1.3、微泡剂量为0.05 ml/kg以上时,即可观察到大鼠BBB的选择性开放,表现为已和血红蛋白结合的伊文思蓝穿过BBB沉积在超声辐照区域的脑组织甚至脑细胞中,且随着造影剂剂量或机械指数的增加,渗出量增多,但未发现细胞形态学以及大鼠神经行为的改变。但是人颅骨明显比大鼠颅骨厚,对超声衰减更明显,诊断超声经人颅骨衰减后能否开放BBB仍存在不确定性。即使能够有效开放BBB,那么这种方法是否安全?是否会引发迟发效应?能否促载药微泡靶向释放药物?超声介入化疗脑肿瘤的疗效如何?所有这些都需进行更深入的研究。研究目的:在前期研究结果“较高机械指数的诊断超声联合微泡可以选择性地开放大鼠血脑屏障”的基础上,模拟人经颅骨声窗的条件,建立兔VX2脑肿瘤模型,探讨载紫杉醇微泡跨BBB靶向脑肿瘤的可行性及有效性。针对脑肿瘤探讨一种新的治疗方法。主要研究内容:1.探讨不同仪器、不同能量的诊断超声经不同年龄段的人颅骨标本破坏微泡的可行性。2.探讨诊断超声联合微泡模拟经人颅骨标本开放兔BBB的可行性、安全性,为后续微泡介导下促药物跨BBB转运入脑肿瘤确定实验参数。3.改良微泡携带紫杉醇抗癌药的制备方法,研究载紫杉醇微泡的靶向性及在体分布情况,为超声辐照载紫杉醇微泡促药物靶向脑肿瘤提供实验依据。4.研究超声介导载紫杉醇微泡靶向脑肿瘤的可行性及初步疗效。研究方法及技术路线:1.选择不同类型的超声诊断仪,分别在输出最大机械指数,最低超声频率条件下,超声波经儿童、青年及老年人颅骨标本的声窗后破坏微泡的可行性,确定后续研究所选择超声仪器及参数。2.实验兔颅骨开窗,青年人颞骨标本置于开窗处,模拟经人颅骨声窗条件进行微泡介导下诊断超声辐照10min,以EB示踪技术,定量分析靶区EB渗出,推断BBB开放与否以及开放的程度。在最高MI最低频率的超声辐照下,研究安全高效促抗肿瘤药物靶向释放脑组织的微泡剂量及超声发射方式。3.探讨利用三醋酸甘油酯对紫杉醇的高溶解度改良载紫杉醇微泡的制备方法,通过检测包封率及载药量对微泡的制备方案进行优化。4.建立兔VX2脑肿瘤模型,通过对肿瘤模型的生物学特性的研究以及超声造影、EB灌注等实验,研究超声激发载紫杉醇微泡靶向释放于肿瘤区的可能性,并评价初步疗效。主要结果及结论:1.当诊断超声仪的超声强度约MI >0.99时,超声波经各年龄段颞骨及枕骨标本衰减后均能破坏微泡。诊断超声辐照各年龄段的顶骨标本,不能显著破坏微泡。因此,微泡介导下诊断超声波经人颅骨标本的颞窗及枕窗辐照具备开放BBB,促紫杉醇跨BBB转运的可能性。2.频率1.75MHz/3.5MHz,MI1.9的诊断超声波对实验兔模拟经人头颅(标本骨)辐照10min,微泡剂量0.5ml/kg,通过稀释匀速经兔耳缘静脉注射,采用爆破成像模式,发现:相同条件下间断触发方式比连续辐照方式EB渗出明显。4h后进行组织细胞学检查未见细胞形态学变化,4w后未发现延迟效应,并无神经细胞的显著凋亡。3.利用紫杉醇在三醋酸甘油酯中的高溶解度的特性,改良载紫杉醇微泡的制备方法,比冷冻干燥法制备的载紫杉醇微泡有更高的包封率及载药量。4.超声联合微泡加紫杉醇组和超声联合载紫杉醇微泡组均能够介导紫杉醇靶向释放脑组织,但是,后者在靶区脑组织中的浓度明显高于前者,二者相差非常显著,P<0.01。而且,超声联合载紫杉醇微泡组,血中游离紫杉醇浓度明显低于单纯药物对照组,P<0.01。5.超声激发微泡能够介导药物靶向释放肿瘤组织,肿瘤区紫杉醇的浓度显著高于各对照组,P<0.01。超声联合载紫杉醇微泡组抑瘤率明显高于各对照组,P<0.01,肿瘤细胞的凋亡指数最高。