使用校準(zhǔn)微球技術(shù)的動脈栓塞技術(shù)(TAE)是影像引導(dǎo)微創(chuàng)治療發(fā)展史上非常成功的篇章。自從2000年代問世以來，具有均一粒徑和可預(yù)測形狀的栓塞顆粒能夠穿透更深，實現(xiàn)更末梢的栓塞。這些不同大小的新型顆?？梢员贿x擇用于治療從前列腺增生到肝細胞癌(HCC)等全身各種疾病。校準(zhǔn)微球可以在一個高度選擇的靶血管內(nèi)機械性阻塞血液流動。目前正在嘗試?yán)眠@種精確性來更準(zhǔn)確地輸送新型治療藥物，并開發(fā)生物可降解的栓塞顆粒。這種通用性使這些設(shè)備功能強大，因為其靈活的設(shè)計適用于無數(shù)的臨床場景，例如提高實體腫瘤對免疫治療的臨床反應(yīng)。本文綜述了目前最常用的微球產(chǎn)品及其應(yīng)用。
機械性能及局限性
微球技術(shù)的改進使經(jīng)導(dǎo)管介入治療的臨床應(yīng)用日益擴大。早期栓塞材料，包括自體血凝塊、彈簧圈和明膠海綿，被證明有助于治療急性出血。然而，當(dāng)需要更末梢栓塞時，它們?nèi)狈Ρ匾母倪M。此外，由于它們不可預(yù)測的大小和形狀，非靶向栓塞的風(fēng)險很高。氣體交換發(fā)生在末梢微血管中，這里的小動脈和毛細血管的直徑為10 - 30 μm。即使采用最佳的栓塞技術(shù)，也常常導(dǎo)致更近端血管(直徑為> 40 µm)的阻塞。鑒于近端栓塞的特性，組織灌注將通過側(cè)枝循環(huán)和新的灌注血管持續(xù)存在。Johnson等人在兔腫瘤模型中量化了這種殘余灌注。用100 - 300 μm的微球栓塞腫瘤至血流停滯，僅使56%的腫瘤微血管血流停止。栓塞至停滯和接近停滯之間的主要區(qū)別在于新的灌注微血管的出現(xiàn)，而這在栓塞至血流停滯的腫瘤中幾乎不存在。我們最近的研究通過評估不同大小的微球 (40-60 µm vs 70-150 µm) 栓塞后腫瘤微血管的缺氧程度，證實了這些發(fā)現(xiàn)。較小的微球能更深地穿透入腫瘤血管，減少了側(cè)枝殘余灌注的可能性，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的壞死。當(dāng)使用太大的微球栓塞靶血管時，殘余灌注使缺氧的腫瘤細胞得以存活。因此，開發(fā)出校準(zhǔn)的栓塞顆粒是必要的，并且其適應(yīng)各種血管和內(nèi)臟介入的栓塞，包括藥物輸送和內(nèi)放射治療。
栓塞顆粒的進展
自1970年代以來， PVA顆粒作為一種可靠且經(jīng)濟的栓塞劑被用于栓塞治療并迅速得到廣泛應(yīng)用。PVA是可壓縮的，但在導(dǎo)管輸送后會恢復(fù)形狀。早期PVA產(chǎn)品的粒徑分布不均勻，粒徑范圍為100 - 1100 µm，其后這種栓塞劑被改良成較小的、校準(zhǔn)的PVA (Contour，Boston Scientific Corporation)。
栓塞顆粒的另一個突破是三丙烯明膠微球(TAGM) (Embosphere, Merit Medical Systems)。Embospheres是帶有明膠涂層的丙烯酰胺單體的聚合物。這些緊密校準(zhǔn)的微球攜帶陽離子，使得它們具有親水性和抗聚集性。通常，這些顆粒在注射前懸浮在造影劑和生理鹽水中，并提供40 - 1200 µm的校準(zhǔn)尺寸。與TAGM相比，在子宮動脈栓塞(UAE)臨床前模型中，不均勻PVA顆粒的近端和遠端聚集率更高。使用相應(yīng)尺寸的球形PVA顆?？色@得類似的即刻技術(shù)成功率，但在術(shù)后3個月的影像中顯示出明顯更高的不完全緩解率。與TAGM相比，PVA的高度可壓縮性可能導(dǎo)致顆粒的形態(tài)變化和非靶向再分布，從而導(dǎo)致反應(yīng)率欠佳。
Bead Block(Boston Scientific Corporation)代表了PVA顆粒的另一個進步。它們是由生物相容的PVA水凝膠與丙烯酸聚合物交聯(lián)組成的校準(zhǔn)微球。Bead Block具有獨特的吸濕性，水分子散布其間，導(dǎo)致堵管和顆粒聚集發(fā)生率較低。然而，它們的吸濕性通常需要較長的準(zhǔn)備時間。Embozene微球(Varian Medical)是另一種高度校準(zhǔn)的微球，由不可吸收的外覆Polyzene-F聚合物的水凝膠制成，有40 - 1300 µm等多種尺寸。
藥物洗脫微球技術(shù)的發(fā)展徹底改變了經(jīng)導(dǎo)管栓塞技術(shù)。有幾種可用的設(shè)備，包括含有磺酸基團的PVA微球(DC Bead, Boston Scientific Corporation)，含有丙烯酸鈉基團的微球(HepaSpheres, Merit Medical Systems)，以及藥物洗脫版的Embozene (Oncozene, Varian Medical)。DC Beads是PVA與2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鹽的共聚物，可以通過離子交換與低分子量且?guī)д姾傻乃幬锝Y(jié)合。類似地，HepaSpheres利用醋酸乙烯酯和丙烯酸甲酯單體的聚合作用來結(jié)合化療藥物。這些藥物洗脫微球(DEBs)可以加載和釋放伊立替康和多柔比星，而這些藥物主要用于肝腫瘤的TACE治療(圖1)。
圖1
微球技術(shù)歷史和發(fā)展示意圖。左圖：顆粒材料的改良和直徑縮小，以實現(xiàn)更精準(zhǔn)更末梢的栓塞。從自體血凝塊、不銹鋼球、明膠海綿進化為各種材料和直徑的校準(zhǔn)微球，以適應(yīng)更復(fù)雜的治療類別，并改善藥物釋放特性。右圖：不斷擴大的以導(dǎo)管為基礎(chǔ)的介入治療與免疫治療相結(jié)合，以克服免疫抑制腫瘤微環(huán)境的挑戰(zhàn)。順時針方向：聯(lián)合治療中，血管外的微球激活了T細胞并激發(fā)腫瘤，增強了細胞毒性反應(yīng)，激活了Toll樣受體，同時免疫檢查點抑制激活了自然殺傷細胞。
微球技術(shù)用于良性疾病的最新進展
校準(zhǔn)微球技術(shù)固有的靈活性特別適合于良性疾病的栓塞，這些疾病的栓塞靶血管是特定的血管叢。最佳的子宮肌瘤栓塞技術(shù)需要栓塞直徑為500-800 μm的肌瘤周圍血管叢。較小的校準(zhǔn)顆粒(< 500 μm)可越過血管叢，滯留在較細的小動脈中，這可能導(dǎo)致子宮肌層梗死。因此，通常首選500-700 µm或700-900 μm的不可吸收微球。成功治療需要使用精確直徑范圍的栓塞顆粒，這使得FDA批準(zhǔn)了幾種用于UFE的栓塞顆粒，包括PVA和TAGM。校準(zhǔn)微球提供了精確的栓塞水平，導(dǎo)致不同的栓塞終點模式。使用微球栓塞后，子宮動脈內(nèi)的血流減慢足以證明栓塞劑充分穿透到肌瘤周圍血管叢，而非校準(zhǔn)的栓塞顆粒則通常以造影劑停滯作為栓塞終點。由于存在術(shù)后卵巢功能永久性降低的很小風(fēng)險，人們對開發(fā)一種用于UAE的臨時性栓塞劑重新產(chǎn)生了興趣。Hacking等人使用新型的、700-1000 μm的生物可吸收凝膠微球連續(xù)對23名患者進行了UFE，栓塞終點為完全停滯。術(shù)后3個月MRI顯示，83%的患者100%的肌瘤梗死，這一比率與使用永久性栓塞劑進行的栓塞相當(dāng)。其他幾種臨時性栓塞微球目前正在進行各種臨床前研究。
校準(zhǔn)微球?qū)τ谇傲邢賱用}栓塞(PAE)也具有獨特的優(yōu)勢。UK-ROPE研究顯示，較小的Embozene微球(< 400 µm) 和100-200 µm的非球形PVA的PAE術(shù)后的臨床結(jié)果相似。Bilhim等人也報道了類似的結(jié)果，他們使用300-500 μm 的Bead Block和100-300 μm的非球形PVA顆粒，PAE術(shù)后2年的技術(shù)和臨床成功率相當(dāng)。另一項單中心隨機臨床試驗顯示，使用100-300 µm和300-500 µm Embosphere進行PAE的結(jié)果沒有顯著差異。小粒徑組與大粒徑組在輕度不良事件(如排尿困難、尿頻、血尿)方面有顯著差異(86% vs 41%)。兩組均無嚴(yán)重不良事件的記錄。Wang等人證實，與單獨使用100 µm PVA顆粒相比，聯(lián)合使用50 µm和100 µm PVA顆粒進行PAE后，臨床和影像學(xué)結(jié)果得到改善。Bagla等人也報道了在PAE治療良性前列腺增生患者時使用Embozene具有類似的有效性和安全性。進一步的前瞻性多中心研究正在進行中，以確定PAE的最佳栓塞劑。
腫瘤微環(huán)境的新概念
最新的研究對肝腫瘤栓塞后的微環(huán)境進行了更詳細的描述。因腫瘤供血動脈突然閉塞而導(dǎo)致的缺氧損傷的程度是治療結(jié)果的關(guān)鍵決定因素。當(dāng)缺血和藥物毒性聯(lián)合仍不足以殺滅整個目標(biāo)腫瘤時，存活下來但處于應(yīng)激狀態(tài)的癌細胞可以通過激活細胞遷移、血管生成和轉(zhuǎn)移等相關(guān)的生存途徑來適應(yīng)缺氧和營養(yǎng)匱乏的環(huán)境。我們的臨床前研究表明，在肝動脈栓塞(HAE)和DEB-TACE治療后3天，存活腫瘤細胞的缺氧應(yīng)激增加，7天后下降。所有治療臂的腫瘤缺氧反應(yīng)證明微球的大小對存活腫瘤細胞的缺氧應(yīng)激有顯著影響，我們觀察到，相比于40-60 μm微球治療組，70-150 µm微球治療組中的大鼠有更高程度的殘余腫瘤缺氧應(yīng)激。
傳統(tǒng)上，研究HAE對肝實質(zhì)影響的實驗主要聚焦于HCC患者的循環(huán)外周細胞。這些研究分析了TACE前、后的循環(huán)免疫細胞亞群，包括CD4+細胞(Th1、Th17和Treg細胞)、CD8+ T細胞、NK細胞和NKT細胞，以及血漿細胞因子，發(fā)現(xiàn)TACE后1個月循環(huán)Th17細胞的出現(xiàn)頻率顯著增加。此外，在大鼠HCC模型中，經(jīng)空白TAE后，Th17細胞的全身和肝臟募集以及它們的標(biāo)志性細胞因子白細胞介素-17A的表達增加，在促炎癥微環(huán)境中發(fā)揮了核心作用。最近的研究著重于HCC中使用TAGM微球栓塞后的免疫反應(yīng)，研究表明，治療后腫瘤中含有明顯更多的CD3、CD4和CD8腫瘤浸潤淋巴細胞，而微球位于血管外對于誘發(fā)更強的免疫反應(yīng)至關(guān)重要。這些發(fā)現(xiàn)確證了我們最近觀察到的結(jié)果，即栓塞治療后腫瘤內(nèi)CD8和FOXP3 T細胞增加，以及瘤周巨噬細胞數(shù)量增加(圖2)。
圖2
使用未加載或加載鹽酸多柔比星的含磺酸基團的PVA微球行TAE后腫瘤微環(huán)境的不同反應(yīng)。上圖：不同栓塞方式治療后的腫瘤微環(huán)境反應(yīng)示意圖。下圖：在多柔比星洗脫微球治療的腫瘤中觀察到細胞毒和FOXP3表達T細胞(CD8+，Tregs)有更高的浸潤 (左)。與生理鹽水對照組相比，觀察到微球治療組有明顯的腫瘤巨噬細胞向M2狀態(tài)極化的趨勢。然而，在隨訪期間(術(shù)后14天)，DEB組和空白微球組之間未觀察到明顯的差異趨勢(右)。
肝癌的研究進展
經(jīng)導(dǎo)管肝動脈化療栓塞術(shù)仍然是中晚期HCC患者微創(chuàng)治療的中流砥柱，也常用于治療神經(jīng)內(nèi)分泌癌腫瘤和結(jié)腸癌的肝轉(zhuǎn)移。對cTACE中化療藥物所引起的全身毒性的擔(dān)憂導(dǎo)致了DEB-TACE的出現(xiàn)。這種方法有力結(jié)合了血管閉塞引起的缺血與藥物輸送。用于TAE和TACE的典型微球粒徑為100 - 300 μm。豐富的肝側(cè)支循環(huán)為徹底閉塞肝腫瘤血管帶來了挑戰(zhàn)，也使得栓塞后腫瘤內(nèi)缺氧的嚴(yán)重程度難以預(yù)測。與血管栓塞后的缺血應(yīng)激不同，DEB-TACE后多柔比星對腫瘤的影響不是即刻的，因為藥物會洗脫進入周圍組織。Gaba等人證實，提高微球加載多柔比星的濃度會導(dǎo)致兔VX2腫瘤更明顯的壞死。這些結(jié)果強調(diào)，在微球附近的多柔比星會在栓塞后缺氧腫瘤微環(huán)境和免疫背景方面影響存活的應(yīng)激癌細胞，這使聯(lián)合應(yīng)用新型免疫調(diào)節(jié)劑的策略成為可能。
免疫療法的興起使晚期疾病患者產(chǎn)生了持久的反應(yīng)，從而改變了腫瘤學(xué)領(lǐng)域。該療法通過重置共刺激信號和之間的平衡起效，免疫檢查點可以調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境中細胞毒T細胞的活性和反應(yīng)強度。但很多患者并沒有從這些新療法中完全受益。對免疫治療的充分反應(yīng)有幾個眾所周知的障礙，包括腫瘤抗原的低免疫原性、抗原耐受、浸潤性細胞毒T細胞數(shù)量有限、以及免疫抑制的腫瘤微環(huán)境。
傳統(tǒng)TAE后完全動脈阻塞造成的缺氧似乎創(chuàng)造了一個免疫抑制的腫瘤微環(huán)境。初始栓塞后存活的受損缺氧腫瘤細胞是治療結(jié)果的主要決定因素，這些存活的腫瘤細胞通常表現(xiàn)出更強的侵襲性。另一個重要的考慮是，在最初的栓塞損傷中存活下來的細胞群可能會進入靜止?fàn)顟B(tài)，這再次為它們提供了保護，以抵抗針對細胞周期的細胞毒性藥物。DEB-TACE和免疫療法的結(jié)合可以克服這些挑戰(zhàn)。研究已經(jīng)證實了聯(lián)合應(yīng)用肝臟局部治療和免疫檢查點抑制劑的安全性和耐受性。Wu等通過回顧性研究評估了侖伐替尼與抗PD-1免疫治療聯(lián)合TACE的安全性和有效性，取得了較高的腫瘤反應(yīng)率(77.4%)，優(yōu)于既往觀察到的血管內(nèi)皮生長因子抑制劑與抗PD-L1抗體聯(lián)合全身治療的反應(yīng)率。DEBs在輸送其他免疫調(diào)節(jié)劑和激活關(guān)鍵的免疫刺激途徑方面具有巨大的潛力，同時還降低了全身毒性。DEBs可用于輸送Toll樣受體激動劑，這是很有前景的一類藥物，它們可能引發(fā)抗腫瘤反應(yīng)，而靜脈內(nèi)給藥與不可接受的全身毒性有關(guān)。作者已經(jīng)成功地將這些新型藥物加載在微球上進行局部輸送，表現(xiàn)出良好的釋放特性。
結(jié)論
為了提高栓塞效果，需要熟悉不同微球的機械性能及其對組織微環(huán)境的影響。最近的研究已經(jīng)確定了微球的直徑、藥物加載和位置對栓塞后炎癥環(huán)境的作用。對細胞水平變化的細化將使影像引導(dǎo)的微創(chuàng)介入治療與免疫治療相結(jié)合成為可能。
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