專利名稱：一種高強度聚焦超聲治療用微粒類助劑及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)藥及醫(yī)療領域，具體地說，本發(fā)明涉及超聲治療領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種能夠增加HIFU治療時靶區(qū)組織能量沉積的HIFU治療用微粒類助劑及其應用。
背景技術：
高強度聚焦超聲(High-intensity focused ultrasound，HIFU)技術作為一種治療腫瘤和其他疾病的新方法已經得到臨床的認可。它通過聚焦超聲波，在病灶上形成高強度、連續(xù)超聲能量，從而產生瞬態(tài)高溫效應(65～100℃)、空化效應、機械效應和聲化學效應，選擇性地使病灶組織凝固性壞死，使腫瘤失去增殖、浸潤和轉移的能力。
有研究表明，超聲波在人體組織中傳播的過程，其能量隨傳播距離的增加呈指數級衰減(劉寶琴等人，中國超聲醫(yī)學雜志，2002，18(8)565-568)。另外，超聲波在軟組織中傳播的能量衰減來自組織吸收、散射、折射、衍射等，其中最主要的能量損失來自于吸收和散射(馮若，王智彪主編，實用超聲治療學，北京中國科學技術文獻出版社，2002.14)。因此，運用HIFU技術治療位置較深、體積較大的腫瘤時，由于能量的衰減必將導致靶區(qū)能量偏低，治療效率下降，治療時間延長。
當然，為了提高治療效率，可以單純地加大超聲換能器的發(fā)射功率，但是，在高強度的超聲環(huán)境中，超聲波傳播通道上的正常組織被燒傷的可能性就會大大增加。
另外，目前臨床上在運用HIFU技術治療聲通道上有肋骨阻擋的肝臟腫瘤時，為了增加治療靶區(qū)的能量沉積，提高治療速度和治療效果，常要在切除聲通道上的肋骨后再治療，這有悖于HIFU無創(chuàng)治療的理念，因而很難得到患者和醫(yī)生的認可。
這些因素的存在必會在一定程度上影響和限制HIFU作為一門臨床適用技術的推廣和普及。因此，如何增加HIFU治療時靶區(qū)的能量沉積，使得能高效率地治療深部腫瘤而又不損傷聲通道上的正常組織或在不切除肋骨的情況下治療被肋骨阻擋的肝臟腫瘤，就成為迫切需要解決的技術問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠增加HIFU治療時靶組織能量沉積的HIFU治療用微粒類助劑。
本發(fā)明的另一個目的是提供本發(fā)明HIFU治療用微粒類助劑增加HIFU治療時靶區(qū)能量沉積的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供本發(fā)明HIFU治療用微粒類助劑用于增強HIFU治療疾病效果的用途。
為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種HIFU治療用微粒類助劑。本發(fā)明的助劑能夠在施用給生物體后有助于加強待HIFU治療靶區(qū)吸收超聲能量，即能降低單位體積的靶組織(腫瘤/非腫瘤組織)被損傷所需的超聲能量的物質。在本發(fā)明中，對作為HIFU治療用助劑的物質的類型沒有過多的限制，只要該物質是脂類乳劑并在施用給靶組織后能改變該靶組織的聲環(huán)境，促進靶組織對治療性超聲能量的吸收和沉積即可。
本文所用的術語“損傷”是指腫瘤或正常組織的生理狀態(tài)發(fā)生實質性改變，通常是指腫瘤或正常組織的凝固性壞死。所述單位體積的靶組織被損傷所需的超聲能量的多少，可用能效因子(energyefficiency factor，EEF)來量化。EEF＝ηPt/V(單位是J/mm3)，即定義為損傷單位體積的腫瘤或正常組織所需的超聲能量。式中η表示HIFU換能器聚焦系數，它反映HIFU換能器對超聲能量匯聚的能力，取η＝0.7；P是HIFU源總聲功率，單位是瓦(W)；t是治療總時間，單位是秒(s)；V是損傷體積，單位是立方毫米(mm3)。在一種物質施用給靶組織后，如果靶組織的能效因子下降程度的越大，該物質越適合用作本發(fā)明的HIFU助劑。
本發(fā)明的HIFU治療用助劑，在施用給靶組織后，能使靶組織的EEF下降，從而該組織在施用HIFU助劑前測得的基礎EEF(即，EEF(基礎)與該組織在施用HIFU助劑后測得的EEF(即，EEF(測量))間的比率大于1，優(yōu)選大于2，更優(yōu)選大于4。對于該比率的上限沒有限制，應該是越大越好。
具體而言，本發(fā)明作為HIFU治療用的助劑，包括由成膜材料包裹芯構成的非連續(xù)相和水性介質構成的連續(xù)相，其中所述非連續(xù)相均勻地分散在所述連續(xù)相中，所述非連續(xù)相的粒徑為0.1～8μm，優(yōu)選為0.5～5μm，更優(yōu)選為2.5～5μm；所述成膜材料在助劑中的含量為0.1～100g/L，優(yōu)選為5～50g/L，更優(yōu)選為5～20g/L；所述芯材料采用在38～100℃不產生液/氣相變的液體，在助劑中的含量為5～200g/L，優(yōu)選為10～100g/L，更優(yōu)選為20～80g/L。
在本發(fā)明的上述技術方案中，所述成膜材料包括脂類，如3-sn-磷脂酰膽堿(卵磷脂)、1，2-二棕櫚?；?sn-甘油基-3-磷脂酰甘油基-鈉鹽、1，2-二硬脂?；?sn-甘油基-3-磷脂酰膽堿、1，2-二棕櫚?；?sn-甘油基-3-磷脂酰酸-鈉鹽、1，-2二棕櫚酰基-sn-甘油基-3-磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、氫化磷脂酰絲氨酸、膽固醇、糖脂；糖類，包括(例如)葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉及其不同鏈長的降解產物；蛋白類，包括(例如)白蛋白、球蛋白、纖維蛋白原、纖維蛋白、血紅蛋白和植物蛋白的不同鏈長的降解產物等。
在本發(fā)明的上述技術方案中，所述芯材料包括，水，飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸如大豆油、花生油等，以及碘油等。所述芯材料優(yōu)選為油性液體，選自大豆油和碘油。
本發(fā)明提供的HIFU治療用微粒類助劑優(yōu)選以生物相容性的、可降解的生物材料如脂類為成膜材料，這使得該助劑能夠經靜脈注射，順利通過血液循環(huán)，并很快被人體內富含網狀內皮細胞的組織所吞噬，一定時間里能夠大量沉積于人體組織內，從而能顯著改變人體組織的聲環(huán)境，進而顯著增強人體組織對聲波的吸收特性，增加HIFU治療時靶區(qū)組織的能量沉積，最終可顯著提高HIFU治療腫瘤的效率。
在本發(fā)明的上述技術方案中，所述水性介質為蒸餾水、生理鹽水或葡萄糖溶液。所述葡萄糖溶液濃度可達50％(W/V)，但糖尿病患者使用的HIFU治療用微粒類助劑，水性介質不可采用葡萄糖溶液。
當所述芯采用油性液體時，所述助劑還可含有乳化劑，該乳化劑一般可選用單乙二醇單C16-18脂肪酸酯、二乙二醇單C16-18脂肪酸酯、二乙二醇二C16-18脂肪酸酯、三乙二醇單C16-18脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯(司盤系列)乳化劑、聚山梨醇酯(吐溫系列)乳化劑、聚乙二醇單月桂酸酯系列乳化劑、聚氧乙烯月桂酸酯系列乳化劑、3-sn-磷脂酰膽堿(卵磷脂)、膽酸等。該乳化劑在所述助劑中的含量為5～150g/L。另外，所述助劑也可包含穩(wěn)定劑如羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)、羧甲基纖維素鉀、羧乙基纖維素鈉、羧乙基纖維素鉀、羧丙基纖維素鈉、羧丙基纖維素鉀、丙三醇(甘油)等。所述CMC-Na在助劑中的含量為0.01～10g/L，優(yōu)選為0.05～0.6g/L，更優(yōu)選為0.1～0.3g/L。所述丙三醇在助劑中的含量為5～100g/L。
在更為優(yōu)選的技術方案中，為了增加所述助劑的穩(wěn)定性，調節(jié)該助劑的pH值至7.0～9.0，優(yōu)選調至7.5～8.5。無機或有機的酸、堿都可用于調節(jié)所述助劑的pH值。
另外，為了使本發(fā)明的HIFU治療用微粒類助劑靶向特定的腫瘤組織或病灶部位，還可在該助劑中加入對所述腫瘤組織或病灶部位有特異親和性的物質，如識別腫瘤的抗體等。
本發(fā)明的又一個技術方案提供了本發(fā)明HIFU治療用微粒類助劑的制備方法，該方法包括以下步驟(1)分別按照0.1～100g/L、5～200g/L的含量計算稱取成膜材料和芯材料，混合，形成油相；(2)向所述步驟(1)所得的油相中加入水性介質至預定體積，經攪拌形成初乳；(3)將所述步驟(2)所得的初乳在聲功率為300～500W、聲振時間為30秒～3分鐘的條件下進行超聲乳化。
在本發(fā)明HIFU治療用微粒類助劑的制備方法中，在所述步驟(1)中優(yōu)選采用加熱溶解的方式使所述成膜材料和芯材料充分溶解形成油相。更為優(yōu)選的是，在所述成膜材料和芯材料充分溶解前可加入穩(wěn)定劑。在所述步驟(2)中水性介質中還可含有乳化劑。
本發(fā)明還提供了一種增加HIFU治療時靶區(qū)能量沉積的方法，其特征在于，在HIFU治療前0～24小時通過靜脈連續(xù)快速滴注或團注方式給患者注射有效劑量的本發(fā)明HIFU治療用微粒類助劑。所述有效劑量會隨腫瘤類型、患者的體重、腫瘤位置、腫瘤體積等因素有所變化。但是，醫(yī)師或藥劑師有能力為不同的患者確定出合適的注射量。例如，可在0.01～5ml助劑/kg體重的范圍內選擇，優(yōu)選在0.01～2.5ml助劑/kg體重的范圍內選擇。
具體實施例方式
實施例1分別稱取注射用碘油(購自上海化學試劑公司)4g、注射用蛋黃卵磷脂(購自上?；瘜W試劑公司)0.6g、注射用甘油(購自上海化學試劑公司)1.25g，混合，加熱至70℃使之溶解形成油相，向油相中加入含1％(W/V)乳化劑F-68(購自Sigma公司)的蒸餾水至17.5ml，劇烈振蕩后形成初乳。將上述初乳置于大試管內，在功率350W下對初乳進行超聲乳化2分鐘，形成均勻的乳化碘油，再經100℃流通蒸汽30分鐘消毒備用，其pH值7.5～8.5，含碘量0.13g/ml。粒徑＜1μm，滲透壓350mosm/千克水。
實施例2～4按照與實施例1所述的相同的方法和步驟，使用注射用大豆油代替注射用碘油作為芯材料，使用注射用卵磷脂代替蛋黃卵磷脂作為成膜材料，按照下表1所列的配比獲得了下列本發(fā)明的HIFU治療用微粒類助劑。所獲得助劑為白色乳狀液體，適用于動物及人體靜脈注射，相應的參數如下表1所示
表1

下文結合HIFU腫瘤治療設備的使用，以試驗例的方式說明本發(fā)明實施例制得的助劑的技術效果。
試驗例1實施例3制得的助劑和JC型HIFU腫瘤治療系統(tǒng)的聯(lián)合使用新西蘭大白兔50只(重慶醫(yī)科大學動物實驗中心提供)，雌雄不限，月齡3個月左右，平均分成A、B兩組，A、B兩組兔體重分別為2.22±0.21kg和2.24±0.19(P＞0.05)。
肌肉注射麻醉大白兔，將其固定于HIFU治療床上，用JC型HIFU腫瘤治療系統(tǒng)(由重慶海扶(HIFU)技術有限公司生產)對實驗大白兔進行輻照。JC型HIFU腫瘤治療系統(tǒng)主要由可調功率發(fā)生器、B超監(jiān)控系統(tǒng)、治療探頭、機械運動控制系統(tǒng)、治療床和聲耦合裝置等五部分組成。該系統(tǒng)治療頭的直徑為150mm，焦距150mm，聲焦域2.3×2.4×26mm，工作頻率1MHz，循環(huán)脫氣水標準為含氣量≤3ppm，平均聲強為5500W/cm2。
采用HIFU隨機帶B超預掃描兔肝臟，選擇≥2cm的間隔及2.0cm的損傷深度的兩個層面，A組以左側(左/中葉)兔肝臟為對照葉(給予生理鹽水側)，右側(右葉)為實驗葉(給予實施例3制得的助劑，給藥側)，B組與A組相反。治療深度均為2.0cm(皮膚外側距焦點的距離)。選定好肝臟層面后，沿兔耳緣靜脈輸入生理鹽水(50～60滴/分鐘)，20分鐘后行定點或直線方式(線長1cm，掃描，速度3mm/s)對左側(A組)或右側(B組)兔肝臟進行HIFU損傷，記錄靶區(qū)灰度變化、治療時間。然后將HIFU治療機焦點移至另一側，以實施例3制得的助劑代替生理鹽水靜脈輸入后(輸液速度及時間同對照葉)進行HIFU損傷。同一只兔肝臟兩側損傷方式相同。
輻照后24小時解剖取材，測量兔肝臟損傷部位凝固性壞死區(qū)的徑線(長、寬、厚)，以公式V＝4/3π×1/2長×1/2寬×1/2厚，計算凝固性壞死的大小。按照公式EEF＝ηPt/V(J/mm3)計算EEF，并進行A、B組間和組內比較。在一種物質施用給靶組織后，如果靶組織的能效因子下降的程度越大，該物質越適合用作HIFU助劑。結果如表2所示表2對照葉的EEF與實驗葉的EEF的比較

上述表2的結果表明給予生理鹽水在A，B兩組組間比較，沒有顯著性差異；給藥本發(fā)明實施例3制得的微粒類HIFU助劑在A，B兩組組間比較，也沒有顯著性差異。但是，將對照葉和實驗葉的實驗結果進行比較，無論是A組還是B組具有十分顯著的差異。在A、B組合計的情況下，實驗葉較施用生理鹽水的對照葉，EEF平均下降2.22倍。
試驗例2
實施例1制得的助劑乳化碘油和JC型HIFU腫瘤治療系統(tǒng)的聯(lián)合使用取新西蘭大白兔30只(重慶醫(yī)科大學動物實驗中心提供)，體重2kg左右，隨機分成實驗組和正常組，每組15只，每只大白兔設兩個輻照點。正常組大白兔按2.5ml/kg的量經耳緣靜脈快速注射給予生理鹽水。實驗組大白兔按2.5ml/kg的量經耳緣靜脈快速注射給予實施例1制得的助劑乳化碘油，并給予1ml生理鹽水沖洗，確保藥物完全進入體內。1小時后，使用JC型HIFU腫瘤治療系統(tǒng)(重慶海扶(HIFU)技術有限公司生產)分別對實驗組和正常組的大白兔肝臟進行定點輻照。輻照的功率為220W，頻率為1.0MHZ，輻照深度為20mm，輻照時間以出現凝固性壞死為好。計量資料用平均值±SD表示，采用SPSS 10.0 for windows統(tǒng)計軟件包，獨立及配對t檢驗；計數資料用x2檢驗。比較實驗組和正常組的EEF，如下表3所示表3正常組的EEF與實驗組的EEF的比較

n表示輻照點數。*與對照組相比，P＜0.001。
上表結果表明實施例1制得的乳化碘油可使HIFU損傷肝臟組織的EEF明顯降低。
試驗例3實施例3制得的助劑的體外實驗研究取新西蘭大白兔10只(由重慶醫(yī)科大學動物實驗中心提供)，雌雄不限，月齡3個月左右。隨機分成實驗組(給予實施例3制得的助劑)與對照組(給予生理鹽水)，兔體重分別為2.40±0.45kg和2.32±0.08kg(P＞0.5)。實驗前24小時禁食。采用CZF-1型HIFU婦科治療儀(由重慶海扶(HIFU)技術有限公司生產)實施對兔肝臟的輻照。CZF-1型HIFU婦科治療儀由功率源、治療頭和循環(huán)水三部分組成，參見中國發(fā)明專利No.01144259.X。本實驗設置參數為功率4.05W、頻率11MHz、脈沖1000Hz。
肌肉注射麻醉大白兔后，經兔耳緣靜脈輸入實施例3制得的助劑(實驗組)或生理鹽水(對照組)，輸液速度均為50～60滴/分鐘，輸液時間均為20分鐘。
輸液完成后約1小時，將兔仰臥固定于手術臺上，取上腹部正中切口約長4～5cm，逐層切開腹壁全層進入腹腔，暴露并輕輕牽出肝臟。每葉兔肝在每個時段損傷1～2個點，本實驗設定的損傷時段為3s，6s，9s三個時段。設計好損傷點后即按上述實驗參數進行實驗。損傷結束后，將兔肝送回腹腔，逐層縫合腹壁全層。
次日過量麻醉處死兔，取出肝臟照相及測量損傷組織的徑線并計算EEF。數據均用平均值±SD表示，采用SPSS 10.0 for windows統(tǒng)計軟件包，獨立樣本t檢驗，p＜0.05為統(tǒng)計有意義。實驗測得對照組每個損傷時段各21個點，共計63(21×3)個點的組織損傷體積；實驗組每個損傷時段30個點，共計90(30×3)個點的組織損傷體積。根據公式計算出EEF，結果如下表4所列表4對照組的EEF值與實驗組的EEF值的比較

上表4所列結果說明對照組在3s，6s，9s時段的EEF值分別為實驗組相應時段的EEF值的2.34倍，1.30倍，1.26倍?？傁陆当稊禐?.59倍。因9s時差異已無顯著性，如不計算在內則EEF下降倍數為1.78倍。
產業(yè)上的實用性本發(fā)明提供的HIFU治療用微粒類助劑能夠顯著改善靶區(qū)的聲環(huán)境，能降低單位體積的靶組織(腫瘤/非腫瘤組織)被損傷所需的超聲能量，使得在一定功率下，可以高效率地治療位置較深、體積較大的腫瘤，而又不損傷聲通道上的正常組織。采用本發(fā)明的助劑使得在不切除患者的治療聲通道上的肋骨的情況下對肝腫瘤患者有效實施HIFU治療成為可能。
盡管結合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不局限于上述實施例，應該理解，在本發(fā)明構思的引導下，本領域技術人員可進行各種修改和改進，所附權利要求概括了本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種高強度聚焦超聲(HIFU)治療用助劑，該助劑包括由成膜材料包裹芯構成的非連續(xù)相和水性介質構成的連續(xù)相，其中所述非連續(xù)相均勻地分散在所述連續(xù)相中，所述非連續(xù)相的粒徑為0.1～8μm，所述成膜材料在助劑中的含量為0.1～100g/L，所述芯材料采用在38～100℃不產生液/氣相變的液體，在助劑中的含量為5～200g/L。
2.根據權利要求1所述的助劑，其特征在于，所述非連續(xù)相的粒徑為0.5～5μm。
3.根據權利要求2所述的助劑，其特征在于，所述非連續(xù)相的粒徑為2.5～5μm。
4.根據權利要求1所述的助劑，其特征在于，所述成膜材料選自磷脂、膽固醇和糖脂中的一種或多種物質。
5.根據權利要求4所述的助劑，其特征在于，所述成膜材料采用磷脂，選自3-sn-磷脂酰膽堿、1，2-二棕櫚?；?sn-甘油基-3-磷脂酰甘油基-鈉鹽、1，2-二硬脂?；?sn-甘油基-3-磷脂酰膽堿、1，2-二棕櫚?；?sn-甘油基-3-磷脂酰酸-鈉鹽、1，2-二棕櫚?；?sn-甘油基-3-磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸和氫化磷脂酰絲氨酸。
6.根據權利要求1所述的助劑，其特征在于，所述成膜材料在助劑中的含量為5～50g/L。
7.根據權利要求6所述的助劑，其特征在于，所述成膜材料在助劑中的含量為5～20g/L。
8.根據權利要求1所述的助劑，其特征在于，所述芯材料選自飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸和碘油。
9.根據權利要求8所述的助劑，其特征在于，所述芯材料采用大豆油。
10.根據權利要求8所述的助劑，其特征在于，所述芯材料采用碘油。
11.根據權利要求9所述的助劑，其特征在于，所述助劑還含有乳化劑，該乳化劑在助劑中的的含量為5～150g/L，選自單乙二醇單C16-18脂肪酸酯、二乙二醇單C16-18脂肪酸酯、二乙二醇二C16-18脂肪酸酯、三乙二醇單C16-18脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、聚山梨醇酯、聚乙二醇單月桂酸酯、聚氧乙烯月桂酸酯、3-sn-磷脂酰膽堿和膽酸。
12.根據權利要求1所述的助劑，其特征在于，所述水性介質為蒸餾水、生理鹽水或葡萄糖溶液。
13.根據權利要求1所述的助劑，其特征在于，所述芯材料在助劑中的含量為10～100g/L。
14.根據權利要求13所述的助劑，其特征在于，所述芯材料在助劑中的含量為20～80g/L。
15.根據權利要求1-14任一項所述的助劑，其特征在于，所述助劑還含有穩(wěn)定劑羧甲基纖維素鈉，在助劑中的含量為0.01～10g/L。
16.根據權利要求1-14任一項所述的助劑，其特征在于，所述助劑還含有穩(wěn)定劑丙三醇，在助劑中的含量為5～100g/L。
17.一種增加HIFU治療時靶區(qū)能量沉積的方法，其特征在于，在患者的靶區(qū)進行HIFU治療前0～24小時通過靜脈連續(xù)快速滴注或團注方式給患者注射有效劑量的權利要求1-16任一項所述的HIFU治療用助劑。
18.一種脂類乳劑的用途，其用于制備HIFU治療用助劑。
19.權利要求18所述的用途，其中所述的脂類乳劑是脂肪乳。
20.權利要求18所述的用途，其中所述的脂類乳劑是乳化碘油。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠增加HIFU治療時靶區(qū)組織能量沉積的HIFU治療用微粒類助劑，該助劑包括由成膜材料包裹芯構成的非連續(xù)相和水性介質構成的連續(xù)相，其中所述非連續(xù)相均勻地分散在所述連續(xù)相中，所述非連續(xù)相的粒徑為0.1～8μm，所述成膜材料在助劑中的含量為0.1～100g/L，所述芯材料采用在38～100℃不產生液/氣相變的液體，在助劑中的含量為5～200g/L。本發(fā)明提供的HIFU治療用微粒類助劑能夠顯著改善靶區(qū)的聲環(huán)境，增加HIFU治療時靶區(qū)組織能量沉積，最終可顯著提高臨床HIFU對腫瘤細胞的損傷效果。本發(fā)明還相應地公開了一種HIFU治療用微粒類助劑在HIFU治療時的應用。
文檔編號A61N7/00GK1803198SQ200510000348
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權日2005年1月10日
發(fā)明者王智彪, 李發(fā)琪, 肖雁冰, 肖子文, 劉麗萍, 王芷龍 申請人:重慶海扶(Hifu)技術有限公司