朱小衛(wèi)

摘要：超聲診斷學(xué)在疾病診斷方面占有重要地位，本文從超聲造影劑的特點(diǎn)及發(fā)展過程出發(fā)，對全球超聲造影劑進(jìn)行專利分析，考察其技術(shù)演進(jìn)過程和未來發(fā)展方向，為超聲造影劑的臨床使用、研發(fā)立項(xiàng)以及該領(lǐng)域的專利申請工作提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超聲造影劑;診斷;穩(wěn)定性;靶向性;微泡

中圖分類號：R445.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）06-0133-05

1 技術(shù)概述

在當(dāng)前臨床診斷中，超聲成像已成為一種應(yīng)用最為普遍的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。與其他成像方式相比，超聲能夠提供軟組織結(jié)構(gòu)和血流無創(chuàng)實(shí)時(shí)的橫截面圖像。然而，由于血液對超聲信號的反射性差，使用常規(guī)多普勒超聲檢測血管或較深部位組織中的血流時(shí)往往圖像分辨率差，難以把正常組織和病變組織區(qū)分開來[1]。為了解決這個(gè)問題，提高診斷的準(zhǔn)確性，人們發(fā)明了超聲造影劑（Ultrasound Contrast Agent， UCA），它是一類能顯著增強(qiáng)超聲背向散射強(qiáng)度的化學(xué)制劑，其主要成分是微氣泡，一般直徑為2um～10um[2]。

2 技術(shù)發(fā)展

UCA的產(chǎn)生可追溯到1968年，從UCA的出現(xiàn)到今天已有50余年歷史，它的組成和作用發(fā)生了很大變化，其發(fā)展歷程大致可分成四個(gè)階段：第一階段，UCA粒徑較大且不穩(wěn)定，因?yàn)樗谋砻鏌o包膜，內(nèi)部填充空氣或氧氣，當(dāng)進(jìn)入血液后，很容易在氣芯和周圍液體產(chǎn)生的表面張力作用下破裂;第二階段，UCA主要是在表面包裹了白蛋白﹑脂類或多糖等物質(zhì)，以增加其穩(wěn)定性，內(nèi)部填充氣體主要是空氣，這個(gè)階段出現(xiàn)了在臨床上獲得使用許可的產(chǎn)品;第三階段，致力于繼續(xù)研究如何提高UCA的穩(wěn)定性和有效性。這時(shí)的造影劑不再以空氣為核心，代之以高分子氣體或惰性氣體（如全氟化碳﹑六氟化硫等），包膜材料主要為白蛋白或磷脂。與第二代UCA相比，這一階段的造影劑，因其相對柔性的外殼和穩(wěn)定的氣體核心，在散射超聲信號上更高效，也更穩(wěn)定，在臨床上獲得了廣泛的應(yīng)用[3]。目前在世界范圍內(nèi)獲得批準(zhǔn)上市的主要造影劑及相關(guān)信息如表1所示。這些商用造影劑均為微米級的，粒徑在1～10微米之間，通過靜脈注射進(jìn)入人體后，能順利通過肺循環(huán)，但不能透過血管壁，只能進(jìn)行所謂的血池成像。因此，具有更小尺寸和對病變部位有靶向能力的納米級UCA就成為了研究的熱點(diǎn)，這也是UCA發(fā)展的第四個(gè)階段[4]。目前雖然取得了一些成果，但離臨床應(yīng)用還有較大的距離，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。

3 專利申請信息分析

3.1 數(shù)據(jù)樣本采集

本文采用中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）、德文特世界索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）和世界專利文摘數(shù)據(jù)庫（SIPOABS）。針對超聲造影劑的專利申請，本文主要以超聲造影劑、超聲成像劑、 ultrasound contrast agent、 ultrasound imaging agent作為主要關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，涉及的國際專利分類號主要為A61K49/22，檢索截止日期為2018年12月31日，文獻(xiàn)量1 240篇。

3.2 專利申請總體情況

3.2.1 全球?qū)＠暾垜B(tài)勢分析。圖1反映了全球申請的超聲造影劑專利數(shù)量年度發(fā)展變化趨勢，該領(lǐng)域?qū)＠钤绯霈F(xiàn)在1982年，自1982年起，其技術(shù)發(fā)展按照專利申請的情況主要分為三個(gè)階段：

萌芽階段（1982—1990年）：超聲造影劑的全球?qū)＠暾埩枯^少，年平均申請量為2件，這個(gè)時(shí)期超聲造影技術(shù)處于萌芽期，以第一代超聲造影劑的專利申請為代表，主要涉及超聲造影對比介質(zhì)的研究，即可產(chǎn)生氣體微泡的載液溶液的制備及其在超聲造影中應(yīng)用等方面的專利申請。

快速增長階段（1991—1999年）：超聲造影全球?qū)＠暾埩块_始呈現(xiàn)出迅速增長的趨勢。隨著1991德國Bayer公司超聲造影劑Echovist的上市，德國及美國等先進(jìn)國家加大了超聲造影劑研究的投入，該階段的造影劑研究已經(jīng)不再局限于可產(chǎn)生氣體微泡的載液溶液例如生理鹽水、葡萄糖溶液、雙氧水等，對超聲造影劑的研究開始轉(zhuǎn)入以空氣、高分子氣體或惰性氣體為內(nèi)核造影劑研究，主要研究了以白蛋白、脂類或多糖等物質(zhì)作為包裹材料在提高超聲造影劑穩(wěn)定性中的應(yīng)用。

技術(shù)穩(wěn)定階段（2000—2018年）：隨著快速增長階段中超聲造影劑在全球上市產(chǎn)品的增多，各國開始了超聲造影劑的研究。然而，由于超聲造影劑穩(wěn)定性差、工藝要求嚴(yán)苛、成本投入較大等問題，以及該時(shí)期內(nèi)全球?qū)ζ渌肿映上窦夹g(shù)例如磁共振成像、核醫(yī)學(xué)成像、光學(xué)成像等領(lǐng)域研究的快速增長，超聲造影劑的申請量有所下降[5]。隨著SonoVue在中國獲批上市，中國科研機(jī)構(gòu)以及制藥企業(yè)也紛紛開始了超聲造影劑的研究，因此，2010年開始，超聲造影劑的申請又呈現(xiàn)逐年攀升的趨勢。

3.2.2 主要國家/地區(qū)/組織專利申請量分析。由圖2可以看出，超聲造影領(lǐng)域申請量前五位的國家/地區(qū)/組織分別是美國、中國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、日本和歐洲專利局，美國是專利申請量最多的目標(biāo)國，占全球申請量的30.82%。雖然中國開始超聲造影劑的研究較晚，但是其申請量僅次于美國，比世界知識產(chǎn)權(quán)組織高出近10%，其主要原因在于目前超聲造影劑上市品種少，而在中國上市的品種僅SonoVue，且價(jià)格昂貴，限制了超聲造影劑在中國的使用，因此，中國對超聲造影劑的研究及申請迅速增長起來。

3.2.3 全球主要申請人分析。由圖3可知，全球排名前五的申請人主要為美國、德國、意大利先進(jìn)國家中的知名制藥企業(yè)，其中第一件超聲造影劑的申請為德國先靈制藥公司，并在超聲造影劑萌芽階段引領(lǐng)者超聲造影劑的創(chuàng)新，后被德國拜耳制藥收購，其相關(guān)專利也一并轉(zhuǎn)入德國拜耳，且目前全球已經(jīng)上市的超聲造影劑品種當(dāng)中，德國先靈制藥研制并上市的產(chǎn)品占據(jù)1/4，可見其在超聲造影劑領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)力。其次，排名第二的美國Molecular Biosystems公司，在超聲造影劑的萌芽及快速增長時(shí)期具有穩(wěn)定的研究及申請，主要研究了蛋白微球的制備方法及其產(chǎn)生裝置。相比超聲造影劑領(lǐng)域的兩大企業(yè)巨頭，申請量最大的NYCOMED IMAGING AS公司主要集中在對造影劑材料的研究，因此，其申請量雖然相對較大，但并沒有相關(guān)上市產(chǎn)品。與之相比，中國申請人北京大學(xué)在全球申請人中排名第六，并且其相關(guān)研究及申請從2013年開始，主要研究靶向及多模態(tài)超聲造影劑。而且，隨著精準(zhǔn)治療的需求，靶向制劑的研究逐漸成為研究的熱點(diǎn)，而不同的分子成像模式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域，多模態(tài)成像可以克服單一成像模式的不足，引起了研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。對于中國申請人，如圖4所示，主要申請人為大專院校、企業(yè)、個(gè)人、機(jī)關(guān)團(tuán)體以及科研單位，申請量最大的為大專院校，例如北京大學(xué)、重慶醫(yī)科大學(xué)、東南大學(xué)、中山大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，申請量具有絕對優(yōu)勢，其次是制藥企業(yè)，例如成都市綠科華通科技有限公司，科研單位的代表為中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，其中大專院校以及科研單位的相關(guān)申請的專利價(jià)值較高。

3.2.4 專利技術(shù)構(gòu)成分析。通過對上述專利權(quán)利要求書和說明書的人工標(biāo)引和具體解讀，將超聲造影的相關(guān)專利申請技術(shù)主題劃分為5類，包括①制劑，例如脂質(zhì)體、微泡、相轉(zhuǎn)變膠體、乳液、微囊等;②制備方法或工藝，例如超聲振蕩法、噴霧干燥法、反復(fù)凍融法等;③載體材料的改進(jìn)，例如白蛋白、糖類、磷脂類、高分子聚合物材料等;④多模態(tài)造影，例如超聲/磁共振造影劑、超聲/熒光雙模態(tài)造影劑等;⑤制備裝置，例如生產(chǎn)裝置、檢測裝置等。

對于超聲造影劑的制劑研究，近年來脂質(zhì)體、微泡偏多，其中中國專利CN106668882A涉及一種超聲敏感的脂質(zhì)體，其通過反復(fù)凍融的方法，將脂質(zhì)體磷脂雙層之間分布一定量氣體，使之在超聲作用下逐漸膨脹，爆破脂質(zhì)層，使脂質(zhì)體里包裹的藥物能夠定點(diǎn)釋放，增加藥物療效，并且脂質(zhì)體磷脂雙分子層間的空氣層可增加超聲成像的散射回聲，可作為超聲成像的診斷劑，集成像與診斷于一體。EP359246A2涉及一種連續(xù)超聲處理方法用于制備蛋白包封的微泡，其通過對熱變性的生物相容性蛋白水溶液的連續(xù)超聲處理，小心地將溶液預(yù)熱到蛋白變性的初始溫度，使其不形成不溶蛋白，向溶液中加入氣態(tài)流體，超聲的過程中將含氣溶液發(fā)泡，增加微泡的形成和濃度，并進(jìn)一步加熱，從而形成包裹氣體的微泡。而相轉(zhuǎn)變膠體作為超聲造影劑也具有一定量的申請及應(yīng)用，例如EP680341B1涉及含有液體-液體型的膠態(tài)分散體，其中分散的液體是一種沸點(diǎn)低于被成像動(dòng)物體溫的液體，因此在給予動(dòng)物后，分散的液體相從分散液體相轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨然芈暤臍怏w泡或kugelschaum，液態(tài)的分散相使得能制成極穩(wěn)定的、粒徑通常低于1 000nm的可藥用乳劑，可有效的作為超聲造影劑，對于該類造影劑，超聲作用是促進(jìn)相變的最有效因素，而膠體尺度越大，形成微泡濃度越小，越易發(fā)生相變，因此，如何調(diào)整該類造影劑的粒徑大小等使之在最適宜的條件下達(dá)到最佳的相變效果，是目前有待深入研究的方面。

對于超聲造影劑制備方法或工藝研究，如EP359246A2所述，連續(xù)超聲法是制備微泡超聲造影劑的常用方法;而CN106668882A中的反復(fù)凍融一樣可以獲得高效的超聲成像劑;此外，WO9640277A2涉及使用聚合物材料溶液，通過噴霧干燥的方法將磁共振成像劑以及氣體進(jìn)行包覆以獲得超聲/磁共振雙模態(tài)的成像劑，而CN104399091A則在不使用高分子聚合物材料的前提下，對可磁共振顯影的納米粒子的混懸液直接進(jìn)行噴霧干燥，通過調(diào)整噴霧干燥的條件，獲得了直徑為0.5μm～8μm，壁厚10nm～500nm的超聲/磁共振雙模態(tài)造影劑，制備過程簡單、快速，所得產(chǎn)品穩(wěn)定，差別小。

對于超聲造影劑的載體材料的研究，表1所示，糖類、白蛋白以及磷脂均為超聲造影劑常用的殼體材料，而CN105999314A則涉及以一定比例的白蛋白和磷脂作為成膜材料，以惰性氣體為核心氣體的超聲造影劑的制備，其通過在磷脂類超聲造影劑成膜材料中加入白蛋白并相應(yīng)的調(diào)整二者的比例，使得微泡的成泡率增加，分散度更好，粒徑更小，體內(nèi)心肌灌注效果也更好，該設(shè)計(jì)減少磷脂的比例，在保證高成泡率的基礎(chǔ)上降低了生產(chǎn)成本。

此外，隨著精準(zhǔn)治療的需求，靶向超聲造影劑的研究及制備也出現(xiàn)了一定量的申請，例如US2005106105A1涉及一種用于細(xì)胞凋亡的超聲成像的方法和組合物，CN1579554A則涉及靶向傳輸基因的載基因微泡及其制備方法。根據(jù)靶組織自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)穩(wěn)定的、特異的超聲造影劑將成為該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。

4 討論

UCA的出現(xiàn)擴(kuò)展了超聲診斷的范圍，提高了診斷的敏感性和特異性，使超聲成像進(jìn)入了分子成像的時(shí)代，被譽(yù)為超聲領(lǐng)域的又一次革命。同時(shí)，在許多疾病的診斷上，它也是與MRI﹑CT等各具特色的成像技術(shù)。UCA的發(fā)展和應(yīng)用依賴于UCA制備工藝的提高以及超聲成像設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展。UCA的制造已經(jīng)從微米級轉(zhuǎn)向納米級，靶向性的需求使得UCA的制造技術(shù)更加復(fù)雜。我們必須根據(jù)其本身的特征，通過微泡的組成或制備過程的改進(jìn)，使造影劑的性能更穩(wěn)定，并具備更高效地?cái)y帶藥物及各種生物活性劑的功能。需進(jìn)一步研究造影劑微泡在超聲中的反應(yīng)，評價(jià)造影劑的空化效應(yīng)同組織細(xì)胞損傷之間的關(guān)系。

對于國家教育部研發(fā)機(jī)構(gòu)以及國家知識產(chǎn)權(quán)機(jī)構(gòu)，應(yīng)該加大研發(fā)力度，給予相關(guān)研究資金支持，鼓勵(lì)其進(jìn)行專利申請，加強(qiáng)專利保護(hù)，提高專利轉(zhuǎn)讓及有效利用，提升授權(quán)專利的社會價(jià)值。

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