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行研聚焦 | 栓塞微球行业市场概况(一):技术演进与临床应用的交汇

   日期:2026-01-02 13:59:43     来源:网络整理    作者:本站编辑    评论:0    
行研聚焦 | 栓塞微球行业市场概况(一):技术演进与临床应用的交汇

栓塞微球作为介入治疗领域的重要耗材,正逐步从“栓塞工具”演进为“治疗平台”。本部分系统梳理了微球的制备工艺、材料分类、粒径选择及监管路径,构建出栓塞微球从实验室到临床的完整技术地图。通过厘清不可降解、可降解、载药与放射性微球的技术特征与适应症边界,我们为读者建立起理解后续市场格局与产品演进的认知底座。

栓塞微球行业市场概况
微球一般指粒径在纳米至微米级别的纳微材料,其形状多为球形,表面形貌和内部结构可根据用途不同进行调控,常见的表面形貌及内部结构包括多孔、刺突、实心、空心等。
在医疗领域中,微球主要应用于细胞培养、层析分离、药物递送、疫苗佐剂等领域(如下图所示),以微载体、分离介质等产品形式推动并支撑着生物制药产业的创新及发展
微球制备工艺
乳化溶剂挥发法是微球制备最常见的方法,包括单乳法和复乳法。单乳法主要用于包封疏水性药物或亲水性差的药物。复乳法可用于包封亲水性药物。该方法包括水包油包水(W1/O/W2)、水包油包固(S/O/W)、油包油包水(W/O1/O2)等。
相分离法的过程如下:先将药物和聚合物载体混合,再向乳液(或悬浮液)中加入另一种无机盐或非溶剂物质以降低药物和聚合物的溶解度,聚合物从混合物溶液中凝结并沉淀在药物表面形成保护层,在保护层固化后获得微球。
喷雾干燥法制备微球的过程是将液体原料喷雾到热干燥介质(空气或氮气)中,使其变成干粉,大体可分为三个步骤:通过雾化器将原料雾化成小液滴;小液滴与热干燥介质接触,液体迅速蒸发,干燥为颗粒;从热干燥介质中分离干燥颗粒。
微流控技术通过微通道制备液滴。具体而言,利用注射器泵或压力容器的驱动力,使互不相溶的分散相液体和连续相液体分别在各自通道流动,随后在通道的交汇处相遇,利用连续相对分散相进行挤压或剪切作用,促使界面不稳定而断裂,生成分散液滴,最后通过凝固、分散等方法生成微球。
乳液聚合法是借助乳化剂的作用,在机械搅拌或振荡下,单体在水中形成乳液而进行的聚合。
热熔挤出法是将药物同聚合物或其他辅料进行熔融混合,得到均匀分布的条块状产品,再对其进行研磨,得到颗粒状微球。
膜乳化法将两种互不相容的液体在压力作用下经过孔径均匀的膜,在接收相中形成乳化的液滴,通过溶剂挥发和固化获得微球。
动脉栓塞微球
经导管动脉栓塞(TAE)是指在目标动脉中放置导管并注射栓塞物质,阻塞流向肿瘤的血管,阻断肿瘤的血氧供给,从而使肿瘤细胞缺血性坏死,以达到预定治疗目的。使用抗肿瘤药物联合栓塞物质进行动脉内栓塞,以达到对肿瘤进行定向治疗的目的,这种方法称为经导管动脉化疗栓塞(TACE)。
栓塞微球的粒径范围一般为20~1400μm ,可以选择合适的粒径以适应目标血管的尺寸,用于不同的临床场景。
  • 根据专家共识、指南,在肝细胞癌栓塞治疗方面,推荐使用粒径为
  • 在支气管动脉栓塞术方面,推荐使用粒径为300~900μm的栓塞微球或颗粒治疗咯血;
  • 推荐使用粒径为150~350 μm、350~560μm或更大粒径的栓塞材料治疗肺癌。
  • 在子宫动脉栓塞术方面,治疗子宫肌瘤及子宫腺肌病以粒径为500~700μm的栓塞微球为主,也可以选择粒径为300~500μm、700~900μm的栓塞微球。
  • 在脾动脉栓塞术方面,建议使用粒径为700~1000μm的栓塞微球栓塞脾动脉段以下破裂,使用粒径大于1000μm的栓塞微球栓塞脾叶动脉破裂;
  • 在前列腺动脉栓塞术方面,推荐使用粒径为300~500μm,的栓塞微球来缓解良性前列腺增生所致的下尿路症状;
  • 在膝动脉栓塞术方面,专家首选粒径为100~300μm的栓塞微球用于KL 1级或KL 2级、核磁显示有滑膜炎的骨关节炎患者。
栓塞微球的管理属性视具体情况而不同,其中不载药的产品按照第三类医疗器械管理;出厂时预载药的产品按照药械组合产品管理,分为以医疗器械作用为主的药械组合产品和以药品作用为主的药械组合产品。
  • NMPA规定若产品不载药且预期仅用于栓塞,主要用于控制动脉瘤、某些肿瘤动静脉畸形引起的血管出血,也用于外周血管系统的动脉和静脉栓塞,则产品属于我国《医疗器械分类目录》中分类编码为13-07-08的心血管栓塞器械,按照第三类医疗器械管理。
  • 美国食品和药品管理局(FDA)将用于血管栓塞的微球/颗粒划分为Ⅱ类医疗器械,通过510(k)路径注册。将含有放射性元素的栓塞微球划分为Ⅲ类医疗器械[28],通过上市前批准路径(PMA)注册。
  • 如果产品出厂时预载药物,NMPA按照药械组合产品管理,根据2017—2022年药械组合产品属性界定结果,达那唑-海藻酸钠微球血管栓塞剂为以医疗器械作用为主的药械组合产品,可按照医疗器械相关法规进行注册申报。而聚乳酸载药栓塞微球、TheraSphere钇-90玻璃微球、钇[90Y]微球注射液被界定为以药品作用为主的药械组合产品,根据《 国家药监局关于药械组合产品注册有关事宜的通告》(2021年第52号),上述微球产品按照药品相关法规进行注册申报。
  • 对于使用前由医生进行药物负载的微球产品和申报注册时的形式(不含药的微球)并非最终使用形式的产品,既不按照药械组合产品管理,也不按照医疗器械管理。根据2023年医疗器械产品分类界定结果,出厂时不载药但临床使用时载药的栓塞微球,建议不按照医疗器械管理。
栓塞微球根据其降解性能可分为不可降解微球和可降解微球,根据其是否载药分为空白微球和载药微球。根据是否自显影分为自显影微球和非显影微球。
不可降解栓塞微球材料
聚乙烯醇(PVA)栓塞微球: PVA 是通过聚乙酸乙烯水解形成的可溶性线性聚合物。具有永久性栓塞的特征。DC BeadⓇ以磺酸基团修饰 PVA, 通过反向悬浮聚合合成, 从而能够携带如盐酸阿霉素 (多柔比星)(DOX)类的阳离子药物,因其高负载能力和在特定部位控制释放负载药物的可能性,被广泛应用于离子药物的负载及药物传递。
其主要载药机制为离子交换,载药的过程是一个纯物理的可逆过程,即通过正负电荷相互吸引形成离子键和分子间的氢键,不存在其他的化学反应,微球和药物分子均保持各自的理化性质。由于磺酸基团的存在,DC Bead通常带负电荷,其所装载的是带正电荷的药物,当装载阿霉素时,被称为DEBDOX。
DC Bead LU-MI是一种新开发的自身具有成像功能的商业化栓塞微球。 它以 DC BeadⓇ为基础, 通过 2,3,5-三碘苯甲醛与 PVA 主链上的两个醇羟基反应形成环乙酰键,是一种本身具有不透辐射性质的栓塞产品。

.空白DC Bead,载药DC Bead,以及自显影DC Bead LU-MI示意图

聚乙二醇:PEG 是一种由重复的乙二醇单元组成的聚合物,有着良好的生物相容性及亲水性,但是 PEG 链段在人体内很难降解。LifePearl是由 PEG 组成的栓塞微球,是由 PEG 和 3-丙烯酸丙酯的水凝胶网络组成,其尺寸分布因为校准的严格而变得更加精确。LifePearl是一款PEG栓塞微球。可装载各种蒽环类药物,如 DOX、表阿霉素和依阿霉素。

. LifePearl示意图

当前,PEG 栓塞微球的研究主要集中在将其他可降解部分引入 PEG 结构, 从而获得可降解型 PEG微球。
可降解栓塞微球材料
自20世纪80年代体外冲击波碎石术(ESWL)已成为治疗尿石症的一线治疗方法,通常使用电液碎石术(EHL)来产生用于结石碎裂(即结石粉碎)的高能量声学冲击波。主要基于电液效应原理。
可降解微球旨在提供短暂、有效的栓塞,从而在手术达到临床效果之后可以从身体移除而不影响其他器官的功能。主要包括明胶、海藻酸钠和壳聚糖微球。短期栓塞与永久栓塞相比,也有利于避免缺血诱导的新血管产生
目前用于市售的可降解微粒包括:
  • 淀粉微球(EmboCept DMS 35/50,Embocept®(Sirtex Medical Inc.,Woburn,MA,USA)):一种可降解的短期栓塞剂,由平均直径为 50 μm的淀粉微球组成。微球的半衰期约为 35-50 min,并被血液中的血清 α-淀粉酶分解。目前大多数可降解微球临床数据均来源于淀粉微球。
  • 明胶微球(Gel-Bead,Teleflex,Morrisville,NC,USA):有各种直径(100-300、300-500、500-700 和 7000-1000 μm),降解期为 4 至 12 周。
  • PLGA微球(Occlusin® 500 Artificial Embolization Device, IMBiotechnologies, Edmonton, AL, Canada)::一种疏水性、可降解聚合物,直径为150-210μm,但具有长期完全降解时间(6至12个月)。该产品已获得 FDA 批准用于富血管肿瘤。
    药物洗脱微球
    药物洗脱微球是区别于空白微球,其能够负载阿霉素、伊立替康等离子型化疗药物,负载过程是通过将微球与药物溶液混合,药物分子被微球吸附来实现的。同样药物洗脱微球分为非生物讲解和生物降解微球,材料如上所述。
    目前市售的药物洗脱微球均通过与药物溶液混合进行药物负载,通常在0.5 ~ 1 h后完成药物负载。药物负载由药物的扩散效应驱动,并主要依赖于离子交换机制。药物洗脱微球中含有磺酸基、羧基等带负电荷的离子基团,可与含质子化胺基基团的阳离子药物产生离子间相互作用,从而实现微球对药物的主动吸附。常见的阳离子化疗药物有含伯胺基团的阿霉素、表柔比星等蒽环类化疗药物以及含叔胺基团的伊立替康等。
    对于生物降解性药物洗脱微球,不仅要求其降解时间能够平衡肿瘤持续缺血与血管再通,也需确保药物在微球降解期间能够稳定且受控地释放,避免药物突释。目前市售可生物降解微球仅有一款泰尔茂公司BioPearl微球。BioPearl 微球可由水介质驱动发生连续降解,逐渐恢复血流并开通靶动脉通路,但目前尚未公布其材料组成、降解周期等具体信息。目前仅获得CE认证。
    放射微球
    钇90微球选择性内放射治疗作为一种新兴的治疗手段,因其临床获益显著、安全性良好、人群适用性广泛等优势,现已成为治疗 HCC 的重要手段之一。90Y 微球由放射性核素90Y 和微球载体 2 部分组成。
    90Y是一种发射纯β射线的放射性核素,因其具备以下优点而成为体内照射治疗的首选:90Y半衰期短,辐射范围小,患者术后不用隔离;衰变产物锆90对人体无危害;90Y具有快速释放能量的特性,能在肝癌细胞倍增前释放绝大多数能量杀灭肿瘤细胞。如下图为不同射线穿透能力和示意图。
    目前主要有2种可供商用的90Y微球:90Y玻璃微球和90Y树脂微球,2者的直径、比重、放射性活度等指标存在一定差异。树脂微球的比重轻于玻璃微球,接近于血液,能更好地随血液流向肿瘤部位,更均匀地在肿瘤中分布,从而达到理想的缩瘤效果。90Y玻璃微球的优势在于单位微球所带的放射性活度更高,这意味着在实现相同治疗效果的前提下,玻璃微球的注射剂量要远远小于树脂微球,血流淤滞的可能性更低。
    TheraSphere®是市面上最早出现的包载90Y的产品,是由英国技术集团(BTG)开发的氧化钇和铝硅酸盐组成的玻璃微球,于1999 年获FDA批准上市,为无手术切除指征却能适当放置肝动脉导管的HCC病人治疗。2018年11月20日,波士顿科学(Boston Scientific)以42亿美元完成了对英国技术集团(BTG)的收购。
    玻璃微球的制备工艺:将未被激活的氧化钇、铝和硅氧化物混合,在1500℃的熔炉中使之熔融并搅拌混合均匀;将熔融态的混合物从高温中取出并快速淬火冷却成玻璃;将合成的玻璃熔块粉碎成细粉,并以筛网过滤;再通过火焰将玻璃细粉球化处理:火焰熔化玻璃颗粒并因表面张力形成球形液滴;快速冷却新形成的微球,筛分出20~30μm的微球粒子并进行干燥;最后通过中子轰击使玻璃微球中的钇[89Y]激活成放射性同位素钇[90Y]。最终产品中每个微球的最大放射性活度能达到2500 Bq(贝克勒,放射性活度的国际单位,指放射性元素或同位素每秒衰变的原子数),密度为3.3 g/mL。目前TheraSphere®可为患者量身定做六种放射量活度规格的产品:3、5、7、10、15、20GBq,另外,TheraSphere®是基于钇[90Y]的衰变密封包装的,必须要在规定时间内治疗才能实现疗效最优化。

    SIR-Spheres®是由Sirtex公司开发的钇[90Y]生物降解性树脂微球,于2002年获FDA批准上市,联合氟尿苷(floxuridine)用于治疗肝癌肠道转移。在经历多年的开发和推广工作后,已在美国、欧盟、澳大利亚、加拿大、阿根廷、巴西、土耳其和亚太共47个国家和地区作为医疗器械注册及上市,其中在包括中国香港、中国台湾以及韩国等多个亚洲地区的临床数据表明,钇[90Y]树脂微球用于肝癌的治疗是没有种族敏感性差异的。目前Sirtex公司已向全球1160多个医疗中心供应了超过86000剂钇[90Y]树脂微球,用于肝癌的治疗。

    SIR-Spheres®是包载磷酸钇[90Y]的阳离子交换树脂对称微球,由硫酸基团吸附在苯乙烯-二乙烯基苯共聚物树脂上形成粒径在30~50μm的微球。首先,根据核反应,将稳定氧化钇(III) [89Y]通过中子束形成放射性同位素钇[90Y];再将放射性氧化钇(Y2O3)溶解在硫酸中形成钇[90Y]的硫酸盐,此时的钇[90Y]硫酸盐可吸附在泥浆状的树脂基质中;为了将钇[90Y]固定在树脂的晶格中提高稳定性,通过加入磷酸三钠溶液使放射性核素形成不溶性磷酸盐沉淀;最后以磷酸缓冲盐冲洗微球,并重新分散在注射用水中。最终每瓶中含有约4500万个微球,每个微球的最大放射性活度能达到75Bq

玻璃微球的放射性比度更高,微球数目较低,但是比重较大,有沉积在血管壁而无法对肿瘤部位进行更精准选择的风险;玻璃微球的注射速度快,可以减少手术时间,但是在手术过程中无法进行数字减影血管造影。

树脂微球质量较轻,易于分散且可操作性更佳,可以随肝癌的动脉毛细血管到达肿瘤的每一个角落;且因单位放射性活度较低而需要注射更多的微球,能更全面更均匀地覆盖肿瘤,同时对肿瘤血管有一定的栓塞作用;树脂微球的注入速度较慢,在注入过程中可进行数字减影血管造影,确认导管位置。

影响放射性核素治疗成功实施的多个物理特性包括:(1)放射性核素发射的粒子辐射;(2)该放射性核素的物理半衰期;(3)放射性活度;(4)标记效率;以及(5)放射性代谢产物。

技术路径决定产品边界,临床需求牵引材料迭代。当微球技术日臻成熟,市场如何回应?国产与进口、永久与可降解、空白与载药、诊断与治疗,谁将在下一阶段的临床选择与资本布局中胜出?请跟随我们继续深入“产品、注册与研发”的第二战场。

参考资料:

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