微泡作为药物递送增强剂的潜力是基于它们暴露于超声波会诱导微泡的体积振荡,这反过来会诱导生物效应。超声波是一种通过介质传播的压力波。这种压力波的特征是高压和低压交替产生,它们分别诱导微泡压缩和膨胀。声波的振幅表示所使用的声压。请注意,通常,当非线性传播发生时,超声波变得不对称,正压超过负压幅度。因此,安全指数(MI)通常使用峰值负压(PNP)来计算,这更好地反映了空化的风险。在较低的声压下,在自由场中,微泡空化是稳定的:微泡的膨胀和压缩阶段是对称的,气泡主要表现为林早期(低谐波水平或宽带声发射)。超声驱动的微泡空化也经常用于增强体内治疗药物的细胞或组织特异性递送。静脉注射后,微泡的循环时间约为10-15分钟。这种短的体内半衰期主要是由于库普弗细胞对微泡的肝脏清除速度快,这是一种高吞噬但异质性的细胞群,专门清除门静脉循环中的大颗粒物质。库普弗细胞被认为负责去除80-90%的注入颗粒,其翻转时间取决于微泡的大小和外壳组成。使用聚乙二醇(PEG)作为外壳成分改善了微泡循环时间,因为它减少了与血清蛋白的相互作用和随后的调节作用,因此可以降低蛋白壳微泡的免疫原性。

治疗药物既可以注射在微泡旁边,也可以在某些情况下直接装载到微泡上,从而产生载药微泡。然而,后者主要是在体外研究,用于递送更大的药物,如纳米颗粒(纳米颗粒装载的微泡)。通过将这些药物装载到微泡上,目的是共同定位空化效应和药物释放,以促进局部递送,增加治疗的特异性,并防止脱靶效应。正如前面提到的,微泡可以迅速从血液中清除,这可以被认为是载药微泡的最大限制之一,因为在微泡清除时治疗货物也会丢失。靶向配体也可以附着在微泡(靶向微泡)上,以增强微泡的位点特异性结合和保留,用于分子成像,或者诱导用于药物递送目的的位点特异性机械效应。为了克服这种短时间窗口,可以重复剂量注射微泡或连续输注。Will-mann等人已经对前一种方法进行了分子成像研究,他们得出结论,多次注射靶向微泡之间的延迟时间约为30分钟是合理的,Korpanty等人则使用一小时间隔。对于药物递送,反复注射微泡已被证明可有效改善治疗预后。Sun等人选择了第二种方法,他们发现在大鼠大剂量注射后缓慢且持续的微泡输注可增强阿霉素在血脑屏障中的传递。Kopecheck等人也利用连续输注增强了微泡介导的小鼠体内miRNA传递。

利用载药微泡仅在超声处理区域刺激药物释放以防止脱靶效应,只有当药物牢固地附着在微泡壳上时才有效。对于装载纳米颗粒的微泡,这在很大程度上取决于用于将纳米颗粒偶联到微泡壳上的连接分子的稳定性。众所周知,共价连接体比非共价连接体稳定得多。然而,后者可能很有趣,因为它允许在制造后将货物分子附着在微泡上。在这方面,链亲和素或亲和素与生物素的结合在生物学研究中被广泛使用,因为它们具有牢固的非共价结合,被认为是已知最稳定的蛋白质配体复合物之一。作为亲和素的两种链霉亲和素都对变性剂、温度、pH值和蛋白水解酶具有抗性,导致生物素-链霉亲和素相互作用非常稳定,半衰期约为35小时。

南京星叶生物自主研发了US-Star超声微泡造影剂系列,其中就包括多种靶向微泡,例如标记c(RGDfk)的Labeler R、标记链霉亲和素的Labeler S、标记生物素的LabelerB等,外壳稳定,载药能力强,靶向位置准确。