Настоящее изобретение относится к новым активируемым частицам, применяемым в здравоохранении. Оно касается, в частности, композитных частиц, способных образовывать свободные радикалы или тепло при возбуждении рентгеновскими лучами, а также их применения в здравоохранении. Частицы согласно изобретению содержат ядро на основе неорганических, при необходимости органических соединений, они могут быть также активированы in vivo для мечения или изменения клеток, тканей или органов. Изобретение относится также к способам получения таких частиц и содержащих их фармацевтических или диагностических композиций.

 

(57) Реферат / Формула:
изобретение относится к новым активируемым частицам, применяемым в здравоохранении. Оно касается, в частности, композитных частиц, способных образовывать свободные радикалы или тепло при возбуждении рентгеновскими лучами, а также их применения в здравоохранении. Частицы согласно изобретению содержат ядро на основе неорганических, при необходимости органических соединений, они могут быть также активированы in vivo для мечения или изменения клеток, тканей или органов. Изобретение относится также к способам получения таких частиц и содержащих их фармацевтических или диагностических композиций.

 

---

0610724
АКТИВИРУЕМЫЕ ЧАСТИЦЫ, ИХ ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка касается новых активируемых частиц, применяемых в области здравоохранения. Она касается, в частности, композитных частиц, способных образовывать свободные радикалы или тепло при воздействии на них рентгеновскими лучами, и их применения в охране здоровья, в частности, населения. Частицы согласно изобретению содержат ядро на основе неорганических, при необходимости органических соединений, они могут быть активированы in vivo контролируемым внешним возбуждением для мечения или изменения клеток, тканей или органов. Также изобретение касается способов получения таких частиц, а также фармацевтических или диагностических композиций, их содержащих.
Уровень техники
Была создана и применяется до настоящего времени фотодинамическая терапия (PDT) для лечения поверхностных форм рака, например, рака кожи или пищевода (см., например, McCaughan, J.S. Jr., Drugs and Aging 15: 49-68 (1999) "Photodynamic Therapy: A Rewiew" (Лекарственные препараты и старение, № 15, стр. 49 - 68, 1999 г. "Фотодинамическая терапия"). Этот метод лечения основан на образовании свободных радикалов фоточувствительными молекулами при интенсивном облучении ультрафиолетовым светом или лазерным лучом. Действительно, активированные молекулы преобразуют окружающий их кислород в свободные радикалы, являющиеся в высокой степени реакционноспособными частицами, наносящими невосполнимый урон клеткам. Клеточными органами, подверженными, в основном, их атаке, являются митохондрии, клеточные и ядерные мембраны, лизосомы и др.
Фоточувствительные молекулы инъецируют внутривенно, и они удерживаются, как правило, в большой концентрации раковыми тканями. Это позволяет получить через определённое время в подлежащих лечению тканях их более высокую концентрацию, чем в здоровых тканях. При воздействии светом на эти молекулы (при соответствующей длине волны) они образуют свободные радикалы из кислорода, вступающие в реакцию с жизненными элементами клетки.
Однако фотодинамическая терапия имеет свои пределы. Действительно, пациенты могут обладать определённой светочувствительностью, что ограничивает количество сеансов данной терапии применительно к конкретному индивидууму. С другой же
стороны, из-за малой длины волн излучения при возбуждении фоточувствительных молекул не происходит проникания через большую толщу ткани, что имеет своё преимущество, состоящее в низкой токсичности для других тканей, но что ограничивает показание для поверхностных раковых заболеваний (кожа и подкожные слои). Другие потенциальные проблемы, присущие применению фотодинамической терапии, вызваны токсичностью фоточувствительных молекул, а также необходимостью применения кислорода в некоторых случаях для "подзарядки" подлежащих лечению тканей.
Другой подход с использованием частиц Т1О2 показал, что возможно образовывать свободные радикалы на основе молекул воды и кислорода возбуждением их ультрафиолетовым светом [Shibata и др., Bioscience Biotechnology and Biochemistry 62: 2306 - 2322 (1998)]. Этот подход был применён in vitro и in vivo на моделях рака мочевого пузыря.
Другой подход, основанный на применении частиц, активируемых магнитным полем, описан в патенте США № 6 514 481. В данном изобретении раскрывается новый класс частиц, обозначаемых как NanoXRay, применимых в фотодинамической терапии. В этом изобретении описываются, в частности, новые частицы, активируемые рентгеновскими лучами и/или ультрафиолетовым светом и способные вызывать терапевтическую или диагностическую ответную реакцию in vivo целенаправленно даже в глубинных тканях.
Раскрытие изобретения
Настоящая заявка касается, следовательно, новых соединений, применимых в терапии и/или диагностике (например, для визуализации) человека. Частицы согласно изобретению могут применяться для мечения, изменения или разрушения клеток, тканей или органов, при необходимости целенаправленно, в комбинации с источником рентгеновских и/или ультрафиолетовых лучей. Частицы согласно изобретению применимы для любого типа ткани, поверхностной или глубинной, любого организма млекопитающих.
Следовательно, первый аспект изобретения касается композитных частиц или агрегатов наночастиц, способных образовывать свободные радикалы и/или тепло при возбуждении рентгеновскими и/или ультрафиолетовыми лучами.
Согласно другому аспекту изобретение касается любой частицы или любого агрегата наночастиц, состоящих, по меньшей мере, из двух неорганических соединений (разного состава) и способных применяться на поверхности, имея своей специфической
целью клетки или биологические ткани, нарушая или изменяя своим воздействием биологическую ткань и/или клетку под действием источника возбуждения.
Отдельным объектом изобретения является частица или агрегат наночастиц, являющихся биологически совместимыми, композитными (способными образовывать свободные радикалы или тепло при возбуждении рентгеновскими лучами), содержащие:
- ядро, в котором присутствует первое неорганическое соединение, поглощающее рентгеновские лучи и испускающее энергию в ультрафиолетовой-видимой области спектра, и второе неорганическое или органическое соединение, поглощающее энергию в ультрафиолетовой-видимой области спектра и образующее свободные радикалы при контакте с водой или кислородом,
- факультативно биологически совместимую оболочку.
Другим объектом изобретения является способ получения частиц или агрегатов, охарактеризованных выше.
Ещё одним объектом изобретения являются фармацевтические или диагностические композиции, содержащие частицы или агрегаты, охарактеризованные выше или получаемые описанным выше способом.
Другим объектом изобретения является применение композиций, частиц или указанных агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше, для мечения или разрушения клеток, тканей или органов in vitro, ex vivo или in vivo, а также применение соответствующих методов.
В рамках настоящего изобретения под понятием композитная "частица" или "агрегат наночастиц" понимаются сложные синтетические продукты малого размера. Их форма может быть разнообразной, например, округлой, сплюснутой, вытянутой, сферической, овальной и пр. Форма может задаваться и контролироваться способом их получения и выбираться средним специалистом в зависимости от предполагаемого назначения.
Форма частиц не оказывает большого влияния на их свойства, в частности, на эффективность образования свободных радикалов. Однако форма может влиять на "биологическую совместимость" частиц. Следовательно, по причинам фармакокинетики предпочтительными являются частицы или агрегаты наночастиц преимущественно сферической или округлой формы. С другой же стороны, предпочтительными являются частицы или агрегаты наночастиц достаточно однородной формы.
Предпочтительно, чтобы размер частиц или агрегатов наночастиц согласно изобретению составлял, как правило, около 4-250 нм. В случае применения для человека или животного in vivo особо предпочтительны частицы или агрегаты наночастиц, размер
которых составляет 4-100 нм, ещё более предпочтительно 4-50 нм. Действительно, размер частиц в идеале должен быть достаточно малым для того, чтобы они могли диффундировать в организм (ткань, клетки, кровеносные сосуды и пр.), не будучи уловленными макрофагами (фагоцитоз) и не вызывая значительной закупорки. Такие результаты могут быть достигнуты преимущественно для человека при использовании частиц размером менее 100 нм, предпочтительно менее 50 нм.
Частицы или агрегаты наночастиц согласно изобретению должны обладать биологической совместимостью, т.е. обладать способностью вводиться в организм преимущественно млекопитающего. Такая биологическая совместимость определяется, например, типом соединений, из которых состоят частицы и/или вероятная оболочка.
Как было указано выше, частицы согласно изобретению состоят, по меньшей мере, из двух типов неорганических соединений с особыми свойствами, при необходимости они могут иметь оболочку.
Первым соединением, образующим ядро частицы, является неорганическое соединение (или смесь соединений), поглощающее рентгеновские лучи и испускающее энергию в видимой области ультрафиолетового спектра. Основное назначение этого материала состоит в поглощении рентгеновских лучей и образовании энергии в ультрафиолетовой-видимой области спектра, в особенности, ультрафиолетовых лучей. Для этого предпочтительно применять неорганическое соединение в виде оксида, гидроксида, оксисульфида или соли, предпочтительно с присадкой, выбранной из редкоземельных элементов. Свойства этого первого соединения средним специалистом могут задаваться в зависимости от типа используемой присадки, электронной конфигурации, кристаллического окружения присадки и её концентрации. Особо предпочтительно выбирать присадку из редкоземельных элементов, преимущественно при концентрации (легирующих) катионов около 15% или менее в твёрдом растворе. Это процентное содержание соответствует соотношению между концентрацией катионов редкоземельного элемента и концентрацией катионов неорганического соединения.
Согласно отдельному варианту выполнения изобретение касается частицы или агрегата наночастиц, которые были описаны выше и в которых первое неорганическое соединение выбирается из оксидов и гидроксидов, легированных редкоземельным элементом, при концентрации предпочтительно менее 15% в твёрдом растворе, а также из смешанных соединений, состоящих из оксидов Ge, Hf и/или Zr, легированных или не легированных, предпочтительно легированных катионами редкоземельного элемента.
Предпочтительно выбирать первое неорганическое соединение (или основное соединение) из следующих соединений: Y2O3, (Y, ОфгОз, CaW04, Gd02S, LaOBr, УТаОз,
BaFCl, Gd202S, Gd3Ga50i2, Rb3Lu(P04)2, HfGe04 и Cs3Lu(P04)2. Особо предпочтительными соединениями в рамках настоящего изобретения являются оксиды Y203, HfGe04.
Применяемой присадкой является преимущественно редкоземельный элемент, выбранный, например, из Gd, Eu, Tb, Ег, Nb, Рг и Се. Особо предпочтительными присадками являются Gd, Eu и Tb.
В отдельном примере выполнения частицы согласно изобретению первое неорганическое соединение выбрано из Y203, легированное посредством Gd, Eu или Tb.
Во втором отдельном примере выполнения частицы согласно изобретению первым неорганическим соединением является HfGe04 с присадкой или без неё, предпочтительно с присадкой, или HfGe04 в смешанном растворе с содержанием Zr (это содержание в смешанном растворе может достигать 50%).
Само собой разумеется, что и другие неорганические соединения, оксиды, гидроксиды, оксисульфиды или соли и присадки могут применяться средним специалистом для получения частиц согласно изобретению. Кроме того, могут применяться для одной и той же частицы согласно изобретению несколько оксидов, гидроксидов, оксисульфидов или солей и/или присадок в виде смеси.
Вторым соединением, образующим ядро частицы, является неорганическое или органическое соединение (или смесь соединений), поглощающее энергию в ультрафиолетовой-видимой области спектра и образующее свободные радикалы при контакте с водой или кислородом. Основное назначение этого материала заключается в поглощении энергии в ультрафиолетовой-видимой области спектра, в особенности, ультрафиолетовых лучей, и в преобразовании воды (или 02) на поверхности этого соединения в свободные радикалы посредством реакции фотокаталитического типа.
Вторым соединением служит преимущественно неорганическое соединение, которое может выбираться из полупроводниковых соединений, таких как, в частности, ТЮ2, Zn, и, в неограничительном порядке, CdS, CdSe, CdTe, МпТе и смешанные растворы (например, CdZnSe, CdMnSe и др.), при необходимости с присадкой (как описано для первого неорганического соединения).
Согласно предпочтительному варианту применения в качестве второго неорганического соединения используется ТЮ2, предпочтительно в виде анатаза, при необходимости с присадкой.
Согласно другому варианту выполнения вторым соединением может служить органическая молекула, поглощающая ультрафиолетовый свет и образующая свободные радикалы в присутствии кислорода (например, некоторые из молекул, применяемых в
фотодинамической терапии). Тем не менее, предпочтительно применять в качестве второго соединения неорганическое соединение.
В ядре частиц согласно изобретению неорганические соединения (при необходимости также органические соединения) могут располагаться разным способом.
Таким образом, в первом варианте применения первое неорганическое соединение образует сердцевину ядра, а второе соединение (неорганическое или органическое) представлено в виде слоя или наночастиц на поверхности сердцевины (см. фигуры 1А, 1В).
В отдельном варианте применения оба неорганических соединения ядра располагаются в виде нескольких последовательных слоев, причём первое неорганическое соединение образует преимущественно внутренний слой (сердцевину).
Таким образом, в предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрены частицы, ядро которых содержит сердцевину, состоящую из первого неорганического соединения и имеющую покрытие из второго соединения (см. фиг. 1А). Размер ядра, состоящего из первого неорганического соединения, составляет, как правило, около 5-50 нм, например, 7-40 нм, покрытие, состоящее из второго соединения и расположенное на поверхности сердцевины, имеет толщину, как правило, около 1-30 нм, например, 2-25 нм.
Согласно другому варианту применения оба соединения ядра присутствуют в виде смеси наночастиц (см. фиг. 1С). Эти наночастицы могут иметь разные размер и форму. Как правило, в порядке пояснения, наночастицы имеют размер около 3-100 нм, предпочтительно 5-25 нм.
В другом варианте применения оба неорганических соединения присутствуют в виде двух ядер, соприкасающихся между собой (фиг. 1D).
Как правило, эффективность или свойства частиц специалистом могут задаваться применением соответствующего количества обоих соединений, перекрыванием расхождения между спектрами испускания и поглощения обоих неорганических соединений, кристаллической структурой материалов, поверхностью контакта между вторым соединением и водой и/или расстоянием между первым и вторым соединениями.
В том случае, когда речь идёт об относительном количестве обоих соединений, то предпочтительными являются частицы, содержащие оба соединения, как правило, в схожих количествах. Соотношение между количеством или концентрацией первого соединения и второго соединения может задаваться специалистом преимущественно в диапазоне от 0,1 до 10, более предпочтительно от 0,2 до 5.
Однако проведённые авторами изобретения опыты показали, что чем больше перекрывание между спектром испускания первого неорганического соединения (материала сердцевины) и спектром поглощения второго соединения, тем больше выход частиц.
Точно так же, чем больше поверхность контакта между вторым соединением (например, ТЮг) и водой, тем выше кпд.
С другой же стороны, эффективность передачи энергии в частицы зависит также от расстояния между первым неорганическим соединением (материалом сердцевины) и вторым соединением. Чем меньше это расстояние и/или чем больше поверхность контакта, тем эффективнее происходит передача энергии и тем активнее ведёт себя частица.
Таким образом, специалист в состоянии задавать свойства частиц путём изменения указанных выше параметров, например, с учётом предполагаемого назначения (диагностика, терапия и пр.).
Само собой разумеется, что частицы согласно изобретению могут содержать помимо описанных выше обоих видов соединений также другие молекулы, соединения или материалы для образования структуры или поверхности для улучшения их устойчивости, свойств, функции, специфичности и пр.
Следовательно, как было указано выше, частицы или агрегаты наночастиц согласно изобретению могут дополнительно содержать элемент поверхности для целенаправленного воздействия специально на биологические клетки или ткани. Такой элемент поверхности может связываться с частицами любыми средствами, преимущественно ковалентными, а также при необходимости посредством соединительного сегмента. Он может быть связан с одним из неорганических соединений или с возможно присутствующим покрытием, как это будет описано ниже.
Поверхностным элементом поиска мишеней может служить любая биологическая или химическая структура, обладающая сродством к молекулам тела человека или животного. Следовательно, может применяться пептид, полипептид, нуклеотид, полинуклеотид, гормон, витамины и пр., а также, как правило, любой молекулярный лиганд (например, рецепторы, маркеры, антигены и пр.). Для иллюстрации можно указать на молекулярные лиганды в виде патологических клеток, в частности, например, лиганды опухолевых антигенов, гормональных рецепторов, рецепторов цитокинов или рецепторов факторов роста.
В случае присутствия элемента поиска мишеней он позволяет направлять частицы согласно изобретению преимущественно в нужные клетки, ткани или органы и тем самым
придавать активность этим тканям. Такой поиск мишеней особенно эффективен в том случае, когда частицы вводятся системным способом, например, для попадания в глубоко лежащие ткани.
Как указывалось выше, частицы или агрегаты наночастиц согласно изобретению могут дополнительно содержать оболочку. Такая оболочка позволяет эффективно сохранить целостность частиц in vivo, обеспечить или повысить биологическую совместимость и облегчить придание им функциональности (например, посредством соединительных молекул (спенсеров) (spacer), биологически совместимых полимеров, веществ для поиска мишеней, белков и пр.).
Оболочка может быть образована любой аморфной или кристаллической структурой. Для сохранения активности частиц согласно изобретению желательно, чтобы оболочка обеспечивала диффузию небольших молекул и свободных радикалов. В частности, важно, чтобы оболочка пропускала воду (или 02) и после преобразования сохраняла радикальную форму. Это может достигаться в результате применения материалов с определённой пористостью и/или пористого покрытия малой толщины. Так, например, применяют, как правило, оболочку с пористостью 0,2-10 нм. Как правило, толншна оболочки составляет около 0,1-50 нм, например 0,2 - 40 нм.
Как правило, оболочка может быть биологически не разрушаемой или разрушаемой. Для получения биологически не разрушаемых или разрушаемых оболочек применяют, например, один или несколько видов материала, выбранного из диоксида кремния, агарозы, оксида алюминия, насыщенного углеродного полимера или неорганического полимера, структурированного или неструктурированного, модифицированного или немодифицированного (например, полистирола). Для получения биологически разрушаемых оболочек применяют, например, один или несколько видов материала, выбранного из биологических модифицированных или немодифицированных молекул, природных или неприродных, молекулярного биологически модифицированного или немодифицированного, природного или неприродного полимера или биологического полимера, например, сахарида, олигосахарида, полисахарида, полисульфатированного или неполисульфатированного, например, декстрана. Приведённые материалы или соединения могут применяться отдельно или в смеси, или в сочетаниях, композитных или некомпозитных, ковалентных или нековалентных, при необходимости в комбинации с другими соединениями. С другой же стороны, можно также применять любой материал из приведённых выше материалов, являющийся водо- или жирорастворимым, природным или искусственным.
Оболочка содержит преимущественно одно или несколько соединений, выбранных из диоксида кремния (Si02), оксида алюминия, полиэтиленгликоля (ПЭГ) или декстрана, при необходимости в виде смеси (смесей).
Кроме того, оболочка может содержать разные функциональные группы (или соединительные сегменты), обеспечивающие связь с поверхностью частицы любой необходимой молекулы.
К эффективным функциональным группам относится, например, (СНг)пСООН, в которой п является целым числом от 1 до 10.
Молекулами, связанными с поверхностью частицы, могут являться, например:
- вещество для поиска мишеней,
- молекула, обеспечивающая или улучшающая биологическую совместимость,
- молекула, позволяющая частице избежать воздействия иммунной системы (в частности, избежать взаимодействия с макрофагами и ретикулоэндотелиальной системой (SRE).
Согласно предпочтительному варианту выполнения частицы или агрегаты наночастиц согласно изобретению содержат оболочку, с которой связан элемент поверхности для поиска мишеней преимущественно посредством соединительного сегмента.
Предпочтительные частицы или агрегаты наночастиц согласно изобретению содержат в качестве первого неорганического соединения Y2O3, легированную редкоземельным элементом, или HfGeO/t, при необходимости легированную и/или находящуюся в твёрдом растворе вместе с Zr, в качестве второго неорганического соединения - ТЮг и предпочтительно оболочку на основе Si02 или декстрана.
Частицы или агрегаты наночастиц содержат, в рамках настоящего изобретения, в качестве первого неорганического соединения Y203:Gd, в качестве второго неорганического соединения - ТЮг со структурой анатаза и предпочтительно оболочку на основе Si02.
Другие частицы или агрегаты наночастиц, в рамках данного изобретения, содержат в качестве первого неорганического соединения У20з:ТЬ, в качестве второго неорганического соединения - ТЮ2 и предпочтительно оболочку на основе декстрана.
Примерами частиц могут, в частности, служить:
- частица или агрегат наночастиц с сердцевиной, содержащей Y203'Gd и покрытие из ТЮг, и оболочкой на основе Si02, предпочтительно наделённой функциональностью. Предпочтительно, чтобы сердцевина имела округлую или сферическую форму и размер от около 5 до 50 нм (как правило, порядка 30 нм), при этом толщина покрытия из ТЮ2
составляет около 5 - 30 нм (как правило, порядка 5 нм), толщина оболочки составляет около 1 - 50 нм (как правило, порядка 5 нм);
- частица или агрегат наночастиц с ядром, содержащим микрочастицы Y2O3.TD и Т1О2, и оболочкой на основе декстрана предпочтительно с приданной функциональностью;
- частица или агрегат наночастиц с сердцевиной, содержащей HfGe04, с покрытием из ТЮг, и оболочкой на основе SiC> 2 предпочтительно с приданной функциональностью.
Другим объектом изобретения является способ получения частиц или агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше, включающий в себя:
- смешивание двух, охарактеризованных выше соединений для формирования частицы или агрегата наночастиц и, при необходимости,
- нанесение оболочки на частицу или агрегат наночастиц.
Согласно варианту применения способ содержит дополнительно стадию придания функциональности, для чего в частицу или агрегат наночастиц вводится элемент поиска мишеней.
Материалы, из которых состоят частицы или агрегаты наночастиц согласно изобретению, могут быть получены разными приёмами, известными сами по себе специалисту. Способ может применяться специалистом в соответствии с типом применяемых соединений и их расположением в частицах и агрегатах наночастиц. Следовательно согласно отдельному варианту выполнения способ включает в себя:
- приготовление сердцевины частицы, содержащей первое неорганическое соединение,
- нанесение на полученную сердцевину покрытия, состоящего из второго соединения, и предпочтительно
- образование оболочки из пористого материала на частице или агрегате наночастиц.
Альтернативные методы получения материалов для приготовления частиц согласно изобретению описаны, например, в Nelson и др., Chem. Mater. 2003, 15, стр. 688 - 693 "Nanocristalline УгС^Еи Phosphors Prepared by Alkalihe Reduction", а также в Liu и др., Journal of Magnetism and Magnetic Materials № 270, 2004 г., стр. 1-6, "Preparation and characterization of amino-silane modified superparamagnetic silica nanospheres".
Согласно специальному примеру выполнения, описанному подробно в экспериментальной части и позволяющему производить или синтезировать частицу или агрегат наночастиц с сердцевиной, содержащей УгОз:Еи с покрытием из Т1О2, и оболочкой на основе Si02, способ включает следующие стадии:
- приготовление наночастиц У20з:Еи восстановлением с помощью YCI3, E11CI3 и краун-эфира в однородной среде,
- покрытие из Т1О2 может наноситься осаждением TiCU в кислом растворе,
- факультативное покрытие из диоксида кремния может наноситься осаждением в основной среде силиката натрия.
Согласно второму специальному примеру выполнения, подробно описанному в экспериментальной части, позволяющему производить или синтезировать частицу или агрегат наночастиц с сердцевиной, содержащей HfGeC> 4 с покрытием из ТЮ2, способ включает следующие стадии:
- синтез сердцевины совместным осаждением солей гафния и аморфного германия,
- нанесение оболочки из ТЮг,
- нанесение оболочки из Si02 на основе TEOS и/или силиката натрия.
Ещё одним объектом изобретения является любая композиция, содержащая частицы или агрегаты наночастиц, охарактеризованные выше, которые могут быть получены описанным выше способом. Хотя это и не является обязательным условием, в композициях согласно изобретению частицы имеют преимущественно достаточно однородные форму и размер. Как правило, композиции содержат 0,3 - 3000 мг частиц на 100 мл. Композиции могут быть твёрдыми, жидкими (суспензии), в виде геля, пасты и пр.
Отдельным объектом изобретения является фармацевтическая композиция с содержанием частиц или агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше, и при необходимости эксципиента или наполнителя, являющегося фармацевтически приемлемым.
Ещё одним отдельным объектом изобретения является диагностическая композиция или композиция для визуализации, содержащая частицы или агрегаты наночастиц, охарактеризованные выше, при необходимости эксципиента или наполнителя, являющегося физиологически приемлемым.
Применяемым эксципиентом или наполнителем может служить любой носитель, обычно используемый в таких случаях, например, солевой, изоосмотический, стерильный, буферный и другие растворы. Они могут дополнительно содержать стабилизаторы, подслащивающие средства, ПАВ и пр. Они могут выпускаться в виде ампул, флаконов, таблеток, желатиновых капсул, с применением галеновых способов, известных сами по себе.
Композиции, частицы и агрегаты наночастиц согласно изобретению могут найти применение во многих областях, в частности, в медицине и ветеринарии. Под действием рентгеновских лучей сердцевина наночастицы возбуждается и производит энергию в
ультрафиолетовой-видимой области спектра, в частности, ультрафиолетовые лучи. Ультрафиолетовые лучи возбуждают второе соединение, которое, будучи в контакте с водой, образует свободные радикалы. В зависимости от продолжительности воздействия источника возбуждения частицы могут вызвать разрушение ткани (продолжительность воздействия составляет, например, несколько минут, например, 5 минут) или произвести просто визуализацию (диагностические снимки : продолжительность воздействия очень краткая : порядка нескольких секунд). Благодаря глубокому проникновению рентгеновских лучей частицы согласно изобретению могут применяться для просвечивания любых тканей организма. Также они могут применяться вместе с источником ультрафиолетового возбуждения для поверхностных тканей или для полостей (кожа, мочевой пузырь, лёгкие, толстая кишка и пр.).
Отдельным объектом изобретения является применение композиций, частиц или агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше, в комбинации с рентгеновскими лучами для приготовления лекарственного средства для разрушения клеток-мишеней.
Ещё одним объектом изобретения является применение композиций, частиц или агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше, в комбинации с ультрафиолетовыми лучами для приготовления лекарственного средства для разрушения клеток-мишеней на поверхности или в полостях.
Другим отдельным объектом изобретения является способ индукции или вызывания лизиса, или разрушения клеток-мишеней in vitro, ex vitro или in vivo, при котором клетки-мишени приводятся в контакт с одной или несколькими частицами или агрегатами наночастиц, охарактеризованных выше, в течение времени, достаточном для проникновения частиц или агрегатов наночастиц в клетки-мишени, затем проводится воздействие рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами на клетки, во время которого происходит лизис или распад этих клеток-мишеней.
Клетками-мишенями могут служить любые патологические клетки, т.е. клетки, вовлечённые в патологический процесс, например, пролиферирующие клетки, такие как опухолевые, суживающиеся (клетки гладкой мышцы) или клетки иммунной системы (клоны патологических клеток). Предпочтительным применением является применение при лечении раковых клеток (например, разрушение или изменение функций).
Отдельным объектом изобретения является в связи с этим применение композиций, частиц или агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше (в комбинации с рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами), в производстве лекарственного средства для лечения ракового заболевания.
Ещё одним отдельным объектом изобретения является способ индукции или вызывания лизиса, или разрушения раковых клеток in vitro, ex vitro или in vivo, включающий в себя контактирование раковых клеток с одной или несколькими частицами или агрегатами наночастиц, охарактеризованных выше, в течение периода времени, достаточного для проникания частиц или агрегатов наночастиц внутрь раковых клеток, и воздействие рентгеновских или ультрафиолетовых лучей на клетки, при этом такое воздействие вызывает лизис или разрушение указанных клеток.
Ещё одним объектом изобретения является способ лечения злокачественной опухоли, при котором раковому больному вводят композицию или частицы, или агрегаты наночастиц, охарактеризованные выше, в условиях, при которых частицы или агрегаты наночастиц способны проникнуть в раковые клетки, и последующее лечение пациента проводится с применением источника возбуждения, выбранного из рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, для изменения, расстройства или функционального разрушения раковых клеток пациента при данном курсе лечения.
Изобретение пригодно для лечения рака любого типа, в частности, солидных, метастазных или неметастазных опухолей, например, рака лёгких, печени, почек, мочевого пузыря, груди, шейно-головного отдела, мозга, яичника, простаты, кожи, кишечника, ободочной кишки и пр.
Облучение может проводиться в любой момент после принятия частиц за один или несколько приёмов с использованием любой системы лучевой терапии или имеющейся рентгенографии. Частицы могут вводиться, предпочтительно, системной или локальной инъекцией или орально. При необходимости инъекции или оральные приёмы могут повторяться.
Как правило, могут применяться, не нося ограничительного характера, следующие виды облучения в разных случаях для возбуждения частиц:
- поверхностное рентгеновское облучение (20 - 50 кэВ): возбуждение наночастиц на поверхности (проникновение на глубину в несколько мм);
- рентгеновское облучение для диагностики, 50- 150 кэВ;
- рентгеновское облучение (ортонапряжение), 200 - 500 кэВ, обеспечивающее проникновение в ткани на глубину до 6 см;
- рентгеновское облучение (меганапряжение), 1000 - 25000 кэВ. Например, возбуждение наночастиц при лечении рака простаты может достигаться с помощью 5 фокусированных рентгеновских лучей с энергией 15000 кэВ.
В области диагностики частицы согласно изобретению могут применяться в качестве контрастирующего вещества для диагностирования и/или визуализации ткани
любого типа. Следовательно, объектом изобретения является применение композиций, частиц или агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше, в комбинации с рентгеновскими лучами для приготовления композиции для диагностирования или визуализации клеток, тканей или органов.
Другим объектом изобретения является применение композиций, частиц или агрегатов наночастиц, охарактеризованных выше, в комбинации с ультрафиолетовыми лучами для приготовления композиции для диагностирования или визуализации клеток, тканей или органов на поверхности или в полостях.
Выражение "в комбинации" означает, что требуемый эффект достигается в том случае, когда после частичного введения наночастиц согласно изобретению соответствующие клетки, ткани или органы возбуждаются соответствующим источником. Однако при этом не требуется, чтобы введение частиц и воздействие рентгеновскими лучами происходили одновременно или по одному и тому же протоколу.
Выражение "лечение" означает всякое улучшение патологических признаков, как, например, уменьшение размера или скорости развития опухоли или участка патологической ткани, подавление или разрушение патологических клеток или тканей, замедление развития патологии, уменьшение образования метастаз, полная регрессия или ремиссия и т.д.
Частицы согласно изобретению могут также применяться in vitro или ex vivo. Другие аспекты и преимущества изобретения подробнее поясняются ниже с помощью примеров, которые служат для иллюстрации и не являются ограничительными.
Краткий перечень фигур
Фиг. 1 - в схематическом виде представлена структура частиц согласно изобретению.
Фиг. 2 - представлен способ активирования частиц согласно изобретению при использовании источника рентгеновского излучения.
Фиг. 3 - снимок просвечивающей электронной микроскопии, на котором изображены наночастицы Y2O3, легированные гадолинием.
Фиг. 4 - представлен процент выживания клеток после инкубации в присутствии наночастиц.
Фиг. 5 - представлен микроснимок, полученный конфокальным лазерным лучом, на котором изображен агрегат наночастиц (серый цвет на снимке) в мембранах клетки.
Осуществление изобретения Примеры
1. Приготовление наночастиц из Y2O3, легированных эрбием или гадолинием Наночастицы из Y2O3, легированные эрбием или гадолинием, синтезировали из
наделённых функциональностью поверхностно-активных веществ (Y-AOT3, Eu-АОТЗ или Gd-АОТЗ). Соответствующую смесь из поверхностно-активных веществ (в зависимости от требуемой конечной концентрации [Eu-AOT3]/[Y-AOT3] = 0,01; 0,05; 0,1; 0,15) диспергировали в изооктане или циклогексане, добавили воду для образовании мицелл. Размер мицелл, влияющий на размер получаемых материалов, контролировали количеством добавляемой в смесь воды. Гидроксид получили добавкой основания. Затем частицы промыли (смесью воды и этанола), просушили и нагрели до 800°С для образования кристаллических наночастиц.
10 мг наночастиц диспергировали в 50 мл воды при рН = 7,5. Каплю этой дисперсии поместили на медно-углеродную сетку и наблюдали с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Полученная микроскопией фотография представлена на фиг. 3.
Приготовленные соединения обладали ультрафиолетовой флуоресценцией при возбуждении рентгеновскими лучами (Y2O3, легированная с помощью Gd).
2. Приготовление наночастиц из HfGeC> 4 с покрытием из оксида титана и диоксида кремния
Синтез материала для сердцевины из HfGe04 проводился простым совместным осаждением солей гафния (НГОСЬ, 8 Н2О) и аморфного германия (GeOi) в водной среде. После этого кристаллизовали HfGe04 в виде наночастиц термообработкой в течение 4 -10 часов при 1100°С или более низкой температуре. Нанесение оболочки на частицы с применением ТЮг проводилось с помощью предшественника титана TiCLt- Его реакция с едким натром образовала конденсат ТЮ(ОН)г на поверхности HfGe04. Последующая термообработка при 500°С в течение 1ч 30 мин. - Зч 00 мин. обеспечила переход ТЮ2 в кристаллическую форму, анатаз, с фотокаталитическими свойствами. Образование оболочки из диоксида кремния проводилось на основе TEOS. Медленный и контролируемый гидролиз TEOS в аммиачно-спиртовой среде сопровождался образованием слоя диоксида кремния на поверхности частиц.
3. Биологическая совместимость наночастиц
Биологическую совместимость и отсутствие токсичности наночастиц с оболочкой из диоксида кремния in vitro тестировали in vitro на клеточных линиях MCF7, KB и UC1. Наночастицы (30 - 1000 пг частиц на 1000 клеток) инкубировали вместе с клетками в
течение 24, 48, 72 часов. Коэффициент выживших клеток определили следующим образом:
Количество живых клеток (вместе с частицами)/количество мёртвых клеток (с частицами)
Rsur =-
Количество живых клеток (без частиц) /количество мёртвых клеток (без частиц)
На примере контрольных образцов не было установлено значительной разницы между процентом выживших клеток и делением клеток (фиг. 4).
4. Поиск мишеней и интернетизация наночастиц
Поиск мишеней и специфическое проникновение наночастиц (вместе с элементами поверхности для поиска мишеней) в клетки через поверхностные рецепторы наблюдалось на лазерном конфокальном микроконе. Наночастицы имели покрытие из диоксида кремния, им была придана функциональность посредством LHRH через химическую связь (как это описано в Levy и др., Chem. Mater.; 2002, 14(9), стр. 3715; Nanochemistry: "Synthesis and Characterization of Multifunctional Nanoclinics for Biological Applicatios"). Наночастицы инкубировали в течение 24 часов вместе с клетками MCF7 (носителями рецептора LHRH) и наблюдали на лазерном конфокальном микроснимке. На фиг. 5 показан снимок, полученный через 24 часа, на котором видна аккумуляция наночастиц на мембранах и ядрах клеток.
5. Протокол введения препаратов внутрь животного и лечение Наночастицы диспергировали в изотоническом растворе (солевой
физиологический раствор с фосфатным буфером) с концентрацией 1-20 мг/мл. Инъекции по 0,5 мл делали внутривенно, внутрибрюшинно и внутрь опухоли. Через 24 - 48 часов после инъекции животных подвергали воздействию рентгеновских лучей:
- целиком всё тело для диагностирования или лечения метастаз. Применяемые рентгеновские лучи могут быть генерированы обычным рентгеновским оборудованием;
- фокусирование было рассчитано на лечение солидной опухоли или отдельной зоны тела.
При этом могут применяться следующие дополнительные приёмы:
- многократное воздействие рентгеновскими лучами после одноразовой инъекции;
- многократные инъекции (проводимые через несколько недель), сопровождаемые одноразовым или многократным воздействием рентгеновскими лучами;
- многократные инъекции (проводимые через несколько дней), сопровождаемые однократным или многократным воздействием рентгеновскими лучами.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Композитная биологически совместимая частица или агрегат наночастиц, способные образовывать свободные радикалы или тепло при возбуждении рентгеновскими лучами, содержащие:
ядро, содержащее первое неорганическое соединение, поглощающее рентгеновские лучи и испускающее энергию в ультрафиолетовой-видимой области спектра, и второе соединение, неорганическое или органическое, поглощающее энергию в ультрафиолетовой-видимой области спектра и образующее свободные радикалы при контакте с водой или кислородом,
- факультативно биологически совместимую оболочку.
2. Частица или агрегат наночастиц по п. 1, отличающиеся тем, что их размер составляет 4 - 250 нм, предпочтительно 4-100 нм, особо предпочтительно 4-50 нм.
3. Частица или агрегат наночастиц по п. 1 или 2, отличающиеся тем, что первое неорганическое соединение присутствует в виде оксида, гидроксида, оксисульфида или соли с присадкой из редкоземельного элемента предпочтительно с концентрацией катионов в твёрдом растворе менее 15%.
4. Частица или агрегат наночастиц по любому из пунктов 1-3, отличающиеся тем, что первое неорганическое соединение выбирается из Y2O3, (Y,Gd)203, CaW04, Gd02S, LaOBr, YTa03, BaFCl, Gd202S, Gd3Ga50i2, HfGe04, Rb3Lu(P04)2 Cs3Lu(P04)2 с присадкой редкоземельного элемента, выбранного из Gd, Eu, Tb, Er, Nb, Pr, Ce.
5. Частица или агрегат наночастиц по п. 4, отличающиеся тем, что первое неорганическое соединение выбирается из Y2O3 с присадкой из Gd, Eu, Tb.
6. Частица или агрегат наночастиц по п. 4, отличающиеся тем, что первое неорганическое соединение представляет собой HfGe04 в смешанном растворе с содержанием Zr.
7. Частица или агрегат наночастиц по любому из пунктов 1-6, отличающиеся тем, что второе соединение представляет собой неорганическое соединение, выбираемое из полупроводниковых соединений, предпочтительно таких, как ТЮ2, ZnO, CdS, CdSe, CdTe, MnTe, и смешанных растворов, при необходимости с присадками.
8. Частица или агрегат наночастиц по любому из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что первое неорганическое соединение образует сердцевину ядра и что второе соединение присутствует в виде покрытия или наночастиц на поверхности сердцевины.
9. Частица или агрегат наночастиц по любому из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что оба неорганических соединения ядра расположены в виде нескольких последовательных слоев.
10. Частица или агрегат наночастиц по п. 9, отличающиеся тем, что размер сердцевины ядра, состоящей из первого неорганического соединения, составляет около 5 -50 нм и что покрытие, образованное вторым соединением на поверхности сердцевины, имеет толщину около 1-30 нм.
И. Частица или агрегат наночастиц по любому из пунктов 1-8, отличающиеся тем, что оба соединения присутствуют в ядре в виде смеси наночастиц.
12. Частица или агрегат наночастиц по любому из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что соотношение между количеством или концентрацией первого и второго соединений составляет 0,2-5.
13. Частица или агрегат наночастиц по любому из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что они дополнительно содержат элемент поверхности, обеспечивающий специфический поиск биологических клеток или тканей в качестве мишеней.
14. Частица или агрегат наночастиц по любому из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что они содержат оболочку, позволяющую небольшим молекулам и свободным радикалам диффундировать.
15. Частица или агрегат наночастиц по п. 14, отличающиеся тем, что оболочка состоит из соединения с пористой аморфной или кристаллической структурой, предпочтительно включает соединение, выбранное из диоксида кремния, оксида алюминия, полиэтиленгликоля и декстрана.
16. Частица или агрегат наночастиц по любому из пунктов 13 - 15, отличающиеся тем, что элемент поверхности, обеспечивающий специфический поиск биологических клеток или тканей в качестве мишеней, связан с оболочкой.
17. Частица или агрегат наночастиц по любому из пунктов 13 - 16, отличающиеся тем, что элемент поверхности для поиска мишеней представляет собой биологическую или химическую структуру, имеющую сродство к молекулам тела человека или животного, такую как пепетид, полипептид, нуклеотид, полинуклеотид, гормон или витамин.
18. Частица или агрегат наночастиц, отличающиеся тем, что они содержат сердцевину, состоящую из Y203:Gd с покрытием из ТЮг, и оболочку на основе Si02.
19. Частица или агрегат наночастиц, отличающиеся тем, что они содержат ядро, состоящее из микрочастиц УгОзгТЪ и ТЮг, и оболочку на основе декстрана.
20. Частица или агрегат наночастиц по любому из предыдущих пунктов, отличающиеся тем, что их форма является, по существу, сферической.
21. Способ получения частиц или агрегатов наночастиц по любому из пунктов 1 -20, отличающийся тем, что он включает в себя:
- смешивание обоих соединений, охарактеризованных в пунктах 1 - 20, для образования частицы или агрегата и, при необходимости,
- нанесение оболочки на частицу или агрегат.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что он включает в себя:
- приготовление сердцевины частицы, содержащей первое неорганическое соединение,
- нанесение на полученную сердцевину покрытия, содержащего второе соединение и, предпочтительно,
- нанесение оболочки из пористого материала на полученные частицу или агрегат наночастиц.
23. Фармацевтическая или диагностическая композиция, содержащая частицы или агрегаты наночастиц по любому из пунктов 1 - 20.
24. Применение частиц или агрегатов наночастиц по любому из пунктов 1-20 или композиции по п. 23 в комбинации с рентгеновскими лучами для приготовления лекарственного средства для разрушения клеток-мишеней.
25. Применение частиц или агрегатов наночастиц по любому из пунктов 1-20 или композиции по п. 23 в комбинации с ультрафиолетовыми лучами для приготовления лекарственного средства для разрушения клеток-мишеней на поверхности или в полостях.
26. Применение частиц или агрегатов наночастиц по любому из пунктов 1-20 или композиции по п. 23 в комбинации с рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами для приготовления средства для детекции или визуализации клеток, тканей или органов.
27. Применение по пунктам 24, 25, 26, отличающееся тем, что клетками-мишенями служат раковые клетки.
28. Применение по любому из пунктов 24 - 27, отличающееся тем, что для облучения применяется либо рентгенотерапевтическая, либо рентгенографическая система.
WO 2005/120590
1/5
PCT/FR2005/001145
Соединительный сегмент
Оболочка
Фиг. 1А
Первое неорганическое соединение
Второе соединение
Фиг. 1В
Поиск мишеней
Фиг. 1С
Фиг. 1D
WO 2005/120590
2/5
PCT/FR2005/001145
Поглощение энергии
Рентгеновские лучи
УФ-лучи
022, то1
о°, он°
Тепло
Фиг. 2
WO 2005/120590
3/5
PCT7FR2005/001145
Фиг. 3
WO 2005/120590
4/5
PCT/FR2005/001145
ОС X
s x
24ч. 48ч. 72ч.
S -
jQ CO
=r о
XX.
24ч. 48ч. 72ч.
24ч. 48ч. 72ч.
300
24ч. 48ч. 72ч.
24ч. 48ч. 72ч,
24ч. 48ч. 72ч.
1000 пг(пикограмм)/1000 клеток
24ч. 48ч. 72ч.
24ч. 48ч. 72 ч.
24ч. 48ч. 72ч.
Я=1
MCF7
Я=1
UCI
_R=1
Фиг. 4
WO 2005/120590 PCT/FR2005/001145
5/5
Фиг. 5