Page 40 - 《应用声学》2021年第1期
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             的边界检测结果。在大多数情况下,靶向微泡会有                            响 [26−27] 。不同的细胞之间距离与微泡直径的相对
             一小部分黏附在细胞膜上,这使得微泡在超声激                             大小对应于不同的膜穿孔效率               [26,28−30] 。因此,改变
             励下不能进行各向同性的球面振动。Lajoinie等                  [18]   膜穿孔效率可以通过调整微泡与细胞之间的距离
             提出了非球面、轴对称的数学模型,描述了靶向微                            (d) 与微泡大小 (D) 的比值 (d/D) 来实现          [26,28−30] 。
             泡在声场中的体积振动,如图 3(b) 所示。图 3(b) 中                    除了改变超声发生模式外,也可以采用利用配体或
             的上图为相同微泡大小 (R 0 = 2.4 µm) 和不同压力                   抗体修饰微泡的方式,即将被修饰的微泡与细胞表
             (kPa)(颜色)下,塌缩阶段的尖端的形状(左图),z 表                     面受体相结合进而改善输送效率。该方式作为应用
             示在微泡形状的不同位置高度,r 表示微泡对应位                           于靶向药物输送的新的途径,具有相当大的临床治
             置 z 的横切面半径。磷脂表面积 S 的是仰角 θ 的函                      疗价值。
             数 (右图);下图为具有不同初始半径 R 0 的靶向微                           小分子物质碘化丙啶是不可渗透细胞膜的,在
             泡在 210 kPa 压强驱动下的模拟形状。该模型被用                       细胞外不显荧光;当它进入细胞与核酸结合后,会显
             于预测加载在微泡膜上的药物分子随微泡振动而                             示出红色荧光。碘化丙啶的这种荧光特性使其成为
             释放的过程。Baresch等        [19]  实现了单束涡旋声场在            实时指示细胞膜上的小孔的理想指示剂,在声孔效
             复杂环境中对微泡的捕获和操控,以及微泡振动而                            应的机理性研究中广泛使用。碘化丙啶的实时荧光
             导致的可控的载药释放。                                       显微成像显示,在空化现象发生后,细胞膜上的小孔
                                                               随即迅速打开,之后逐渐收缩至闭合;成功闭合的
             2 细胞响应                                            过程一般在100 s 之内       [7−8,17,23,30−31] 。全细胞膜片
                                                               钳记录过膜电流,比荧光成像具有更高的时间分辨
             2.1 细胞膜上出现瞬态、可逆的小孔
                                                               率 (0.5 ms),但是由于超声振动极易振掉膜片钳与
                 当较为剧烈的声空化发生在细胞附近时,会在                          细胞膜形成的紧密吸附,限制了膜片钳的记录能力。
             细胞膜上打开小孔。小孔的形成首先是在超声作用                            Zhou 等  [22]  和 Fan 等 [23]  使用全细胞膜片钳记录到
             后迅速固定的细胞上得到证实。Prentice 等               [5]  使用    的小孔成功闭合发生在10 s之内。Hu等                 [24]  对荧光
             原子力显微镜,观察到了细胞上直径为 16 µm 的小                        染色的细胞膜进行了实时直接观测,结果显示小孔
             孔 (图 4(a))。Schlicher 等  [20]  以及 Qiu 等 [21]  使用扫  成功闭合的过程在50 s 之内。总之,小孔的直径、位
             描电镜和透射电镜,观察到了细胞膜上直径在1 µm                          置、深度和闭合时间由多种因素共同决定,包括超声
             左右的小孔 (图 4(b))。随后,一些实时技术被引入                       参数   [32] 、微泡特性  [8] 、微泡和细胞的距离        [29,33]  等。
             到了声孔的观测中。Zhou 等            [22]  和 Fan 等  [23]  使用  这些小孔的存在增加了血管通透性,有助于膜上药
             全细胞膜片钳,监测整个细胞的过膜电流的实时                             物的转移。
             变化。当有小孔打开时,过膜电流会突然增大,而                                关于小孔闭合的机制,多项研究表明                 [34−36] ,钙
             后随着小孔的闭合而逐渐减小直至恢复为零;并                             离子经小孔流入细胞内是小孔成功闭合的必要条
             通过对过膜电流的拟合,估算出可逆小孔的直径在                            件。Leow 等   [35]  观察到在靶向微泡附着的位置,在
             10 ∼ 200 nm(图4(c))。Hu等    [24]  使用共聚焦荧光显          超声作用后,仅在存活的细胞的细胞膜上出现起泡
             微成像,对荧光染色的细胞膜进行了实时直接观测;                           的现象,因此推测细胞膜的起泡是帮助细胞恢复平
             观察到了直径为5.3 µm的可逆小孔(图4(d))。                        衡状态的方式。声孔尺寸很小,且在存活的细胞中
                 Prentice 等  [5]  使用原子力显微镜观察到了深                是瞬态存在,这给研究小孔闭合的生物学机制提出
             为 1 µm 的小孔,以及一些穿透细胞直达基质的孔。                        了不小的挑战。作为一种机械损伤,声孔很可能也
             Helfield 等 [7]  使用实施共聚焦荧光显微镜观察到                    是经历扩张、收缩和闭合 3 个阶段;细胞经历感知
             了空化所致的小孔穿透了细胞的上下表层。Rong                           小孔、修复小孔、闭合小孔和重塑细胞膜及细胞骨
             等  [25]  在超声作用后迅速固定的细胞中观察到了细                      架的过程;修复过程可能由钙肌动蛋白和肌球蛋白
             胞核内、细胞底部都出现了质粒 DNA。这些结果表                          驱动,由细胞膜的流动性、内吞、胞吐作用参与完
             明,小孔的深度可以穿透整个细胞。                                  成 [37] 。小孔的闭合能够实现是保证细胞维持活性
                 在声空化作用下,质膜上孔是否发生以及发生                          的必要条件,对于临床应用来说也是保证超声联合
             位置会受到微泡大小和微泡与细胞之间距离的影                             微泡技术应用的安全性和实用性的必然要求。
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