專利名稱：用于x-射線/計算層析x射線照相術(shù)的基于納米顆粒的顯像劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及用于X-射線/計算層析X射線照相術(shù)的顯像 劑，且更具體地涉及基于納米顆粒(nanoparticle)的顯像劑。
背景技術(shù)：
碘化的苯曱酸衍生物持續(xù)用作標準的X-射線/計算層析X射線照相 術(shù)(CT)顯像劑，盡管存在與靜脈內(nèi)碘注射有關(guān)的危險因素和副作用。另 外，這樣的標準的CT顯像劑通常具有低分子量，且已知它們會非?？?地從人體清除，從而使得難以將這些試劑耙向疾病部位(Shi-Bao Yu和 Alan D. Watson, Ghem. Rev. 1999, 99, 2353-2377)。
文獻描迷了用于CT成像的含有釓(Gd)的實驗性納米顆粒系統(tǒng)。但 是，在這樣的系統(tǒng)中，僅相對小數(shù)目的釓原子可以遞送到耙組織/其附近。 這樣的方法包括脂質(zhì)體方法，其中將碘化的分子包封進脂質(zhì)體中(Leike 等人，Invest. Radiol. 2001, 36(6), 303-308)，以及樹狀方法，其中將釓原 子綴合到G-4 Starburst 聚酰胺胺(PAMAM)樹狀聚體上(Yordanov等 人，Nano Letters 2002, 2(6), 595-599)。 2個方法最多遞送幾百個重金屬 (即，釓)原子。
遞送更大數(shù)目的重金屬原子的努力已經(jīng)包括，使用這些重金屬的納 米顆粒。參見PCT國際公開號WO 03/075961 A2和WO 2005/051435 A2。 盡管元素(零價)金屬種類的納米顆粒具有最高密度(重金屬原子數(shù)/體 積)，但它們存在問題，例如有力合成和氧化穩(wěn)定性。惰性金屬如金的納 米顆粒(例如，如WO 03/075961 A2所述)可以克服這些問題，但是成本 上不是非常經(jīng)濟的。
作為前述內(nèi)容的結(jié)果，繼續(xù)需要新的CT顯像劑，具體地在這樣的 程度上，這樣的顯像劑可以提供在一個或多個下述方面的改良的性能和 益處有力合成、減少成本、圖像對比增強、增加的血液半衰期、減小 的毒性、減小的輻射劑量和粑向能力。
發(fā)明概述本發(fā)明總的來說涉及核/殼納米顆粒，其中所述核/殼納米顆粒包含
納米顆粒核和排列在納米顆粒核周圍的納米殼(nanoshell),從而使得在 聚集體中，它們形成可行的用作X-射線/計算層析X射線照相術(shù)(CT)的 顯像劑的核/殼納米顆粒。
在有些實施方案中，本發(fā)明涉及第一類顯像劑，其包含鈍態(tài)(passive) 納米顆粒核和活性納米殼，所述納米殼包含活性CT造影劑材料，且排 列在納米顆粒核周圍，從而使得在聚集體中，它們形成可行的用作CT 成像的顯像劑的核/殼納米顆粒。
在有些實施方案中，本發(fā)明涉及第二類顯像劑，其包含活性納米顆 粒核和活性納米殼，所述納米殼的材料不同于納米顆粒核，且包含活性 CT造影劑材料，且排列在納米顆粒核周圍，從而使得在聚集體中，它 們形成可行的用作CT成像的顯像劑的核/殼納米顆粒。
在有些實施方案中，本發(fā)明涉及第三類顯像劑，其包含活性納米顆 粒核和鈍態(tài)納米殼，所述納米殼排列在納米顆粒核周圍，從而使得在聚 集體中，它們形成可行的用作CT成像的顯像劑的核/殼納米顆粒。
在有些實施方案中，本發(fā)明涉及制備任一種上述顯像劑的方法。在 有些或其它實施方案中，本發(fā)明涉及在CT中使用這樣的顯像劑的方法。
本發(fā)明使用納米顆粒方法來遞送相對大數(shù)目的高密度、高衰減(不透 射線的分子結(jié)構(gòu)，其有效原子序數(shù)大于或等于Z=34,即竭的原子序數(shù)) 的元素或分子形式的原子，以改善CT對比增強。在有些實施方案中， 本發(fā)明提供了由CT顯像劑對特定疾病部位的靶向。在有些實施方案中， 本發(fā)明提供了 CT顯像劑的巨噬細胞攝取。在有些實施方案中，本發(fā)明 提供了具有增加的血液半衰期的CT顯像劑。
前述內(nèi)容已經(jīng)相當廣泛地略述了本發(fā)明的特征，以更好地理解下面 對本發(fā)明的詳述。在下文中將描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，它們形成 本發(fā)明權(quán)利要求的主題。
附圖簡述
為了更完整地理解本發(fā)明和其優(yōu)點，下面參考下面的描述結(jié)合附 圖，其中


圖1概括地描述了核/殼納米顆粒的橫斷面視圖，以便解釋組分之間 的關(guān)系；圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案的包含鈍態(tài)核和活性殼的 第 一類核/殼納米顆粒的橫斷面視圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案的包含活性核和活性殼的 第二類核/殼納米顆粒的橫斷面視圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案的包含活性核和鈍態(tài)殼的 第三類核/殼納米顆粒的橫斷面視圖5以流程圖形式圖解了根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案使用核/殼納 米顆粒作為計算層析X射線照相術(shù)的顯像劑的方法；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案，具有氧化鐵核和碘化殼的鈍態(tài) 核/活性殼納米顆粒的透射電子顯微鏡術(shù)(TEM)圖像；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案，主要包含二氧化鉿的活性核的 TEM圖像；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案，包含氧化鎢核和聚合物殼的活 性核/鈍態(tài)殼納米顆粒的TEM圖像；且
圖9是根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案，具有氧化鵠核和聚合物殼的活 性核/鈍態(tài)殼納米顆粒的計算層析X射線照相術(shù)(CT)圖像。
發(fā)明詳述
本發(fā)明總的來說涉及核/殼納米顆粒，其中所述核/殼納米顆粒包含 納米顆粒核和排列在納米顆粒核周圍的納米殼，從而使得在聚集體中， 它們形成可行的用作X-射線顯像劑的核/殼納米顆粒，尤其在計算層析 X射線照相術(shù)(CT)中用作X-射線顯像劑，具體地涉及成像X-射線/計算 層析X射線照相術(shù)試劑。
總體上參考附圖，將理解，所述圖解用于描述本發(fā)明的具體實施方 案的目的，且無意限制本發(fā)明。
盡管本文使用的大多數(shù)術(shù)語將是本領(lǐng)域技術(shù)人員可公認的，但還是 提出下面的定義用于輔助理解本發(fā)明。但是，應(yīng)當理解，當沒有明確定 義時，術(shù)語應(yīng)當解釋為采用本領(lǐng)域技術(shù)人員目前接受的含義。
本文定義的"計算層析X射線照相術(shù)"縮寫為"CT",也稱作計 算軸向x射線斷層術(shù)或計算機輔助x射線斷層術(shù)(CAT)和體層X射線照 相術(shù)，是一種采用x射線斷層術(shù)的醫(yī)學成像方法，其中使用數(shù)字處理來 從繞著單個旋轉(zhuǎn)軸采集的大量二維X-射線圖像系列生成對象(或受試者)內(nèi)部的三維圖像。盡管本文的討論集中在計算層析x射線照相術(shù)，但本 領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，這樣的討論普遍適用于所有類型的x-射線成像。 本文定義且也稱作造影劑的"顯像劑“是包含可以顯著衰減入射
x-射線輻射、從而造成透過目標體積的輻射的減少的材料的試劑。經(jīng)過 CT圖像重建和典型的后處理后，將這樣增加的X-射線衰減解釋為目標 體積密度的增加，與圖像中的背景組織相比，這會在包含造影劑的體積 中生成對比增強。因為本文的討論普遍適用于所有類型的X-射線成像， 所以本發(fā)明的顯像劑在本文中通常稱作"X-射線/計算層析X射線照相 術(shù)顯像劑"。該術(shù)語與"計算層析X射線照相術(shù)(CT)試劑"互換使用。 關(guān)于核/殼納米顆粒的核和殼組分，術(shù)語"活性"和"鈍態(tài)"是指組 分在CT成像中生成對比增強的能力。常規(guī)CT掃描儀掃描使用約10 keV 至約140 keV的廣語X-射線能量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，將每單 位長度的穿過特定材料的X-射線衰減的量表達為線性衰減系數(shù)。在CT 成像中典型的X-射線能量譜中，材料的衰減受到光電吸收效應(yīng)和康普頓 散射效應(yīng)的控制。此外，眾所周知線性衰減系數(shù)隨入射X-射線能量、材 料的密度(與摩爾濃度有關(guān))和材料的原子序數(shù)(Z)而變化。關(guān)于分子化合
物或不同原子的混合物，可以將'有效原子序數(shù)，Zeff計算為組成元素
的原子序數(shù)的函數(shù)。從下述關(guān)系確定已知化學式的化合物的有效原子序 數(shù)<formula>formula see original document page 7</formula> (方程式1)
其中Zk是簡單元素的原子序數(shù)，P是簡單元素的總量，且wfk是簡
單元素相對于該分子的總分子量(與摩爾濃度有關(guān))的重量分數(shù)(weight fraction)。用于CT成像的入射X-射線能量的最佳選擇隨要成像的對象 的大小而變化，且未預(yù)見到會偏離標稱值許多。也眾所周知的是，造影 劑材料的線性衰減系數(shù)線性依賴于材料的密度，即，如果增加材料密度， 或如果增加造影材料的摩爾濃度，則可以增加線性衰減系數(shù)。但是，將 造影劑材料注射進患者的實踐方面和相關(guān)的毒性效應(yīng)，限制可以達到的 摩爾濃度。因此，根據(jù)它們的有效原子序數(shù)分離潛在的造影劑材料是合 理的?；谝约s50 mM的摩爾濃度對于典型CT能量譜模擬典型材料的 CT對比增強，申請人估計到，有效原子序數(shù)大于或等于34的材料將產(chǎn)生約30洪斯費爾德(Hounsfield)單位(HU)的適當對比增強，或?qū)Ρ缺人?高3%。因此，申請人已經(jīng)將潛在CT造影材料定義為，有效原子序數(shù)小 于34(即，Zeff <34)的鈍態(tài)的，或有效原子序數(shù)大于或等于34(即，Zeff 2 34)的活'〖生的。參見，例如，Chapter 1 in Handbook of Medical Imaging, Volume 1. Physics and Psychophysics, Eds. J. Beutel, H丄.Kundel, R丄. Van Metter, SPIE Press, 2000)。
本文定義的"納米顆粒"是平均直徑為約1 nm至約500 nm的顆粒， 且可以用于指納米顆粒核和核/殼納米顆粒聚集體。這樣的納米顆粒可以 是球形的或不規(guī)則形狀的，且尤其在該大小范圍的更小一端，與分子有 機金屬配合物區(qū)分開來。本文定義的"納米殼"是核/殼納米顆粒的殼區(qū) 域。這樣的納米殼以這樣的方式排列在納米顆粒核周圍，從而使得它可 以或不會與下面的納米顆粒核的局部圖像相 一 致。
如上所述，且參考圖1，在有些實施方案中，本發(fā)明涉及顯像劑， 其包含(a)納米顆粒核101;和(b)納米殼102,所述納米殼排列在納 米顆粒核周圍，從而使得在聚集體中，它們形成可行的用作計算層析X 射線照相術(shù)(通常是X-射線)成像的顯像劑的核/殼納米顆粒100。盡管圖 1描述了完全球形的核/殼納米顆粒的橫斷面，但這樣的核/殼納米顆粒 也可以是不規(guī)則形狀的。
在有些實施方案中，上述顯像劑還包含至少一種耙向劑。這樣的耙 向劑可以用于將顯像劑耙向受試者身體的特定患病區(qū)域。通常，耙向劑 是抗體(例如，IgG)或其它肽，^f旦是也可以是核酸(例如，DNA、 RNA)或 其它合適的化學物類。通常，所述至少一種耙向劑附著在納米顆粒核和 排列在納米顆粒核周圍的納米殼之一或二者上。這樣的附著通常包含下 述鍵，例如，但不限于，肽鍵、二硫鍵、異硫脲鍵、異脲鍵、氨磺酰鍵、 胺鍵、氨基曱酸酯鍵、脒鍵、氨基磷酸酯鍵、硫醚鍵、芳基胺鍵、芳基 硫醚鍵、醚鍵、腙鍵、三唑鍵、將鍵和它們的組合。參見，例如，Bioconjugate Techniques中的第2章.G. T. Hermanson, Academic Press, 1996。
在有些實施方案中，通過控制核/殼納米顆粒表面電荷和/或呈現(xiàn)誘 導巨噬細胞攝取的官能團(例如，聚硫酸乙烯酯)，為巨噬細胞攝取最優(yōu) 化上述CT顯像劑。
關(guān)于本文所述的用作CT中顯像劑/造影劑的核/殼納米顆粒，納米顆 粒核的平均直徑通常是約1 nm -約100 nm,更通常約2 nm -約100 nm,且最通常約2 nm -約20 nm。排列在納米顆粒核周圍的納米殼的平均厚 度通常是約0.5nm-約100nm。因此，顯^(象劑的納米顆粒核和納米殼的 聚集體的平均直徑通常是約2 nm -約500 nm,更通常約2 nm國約100 nm, 且最通常約5 rnn -約20 nm。
1. 笫一類核/殼納米顆粒
參考圖2，在有些實施方案中，本發(fā)明涉及第一類顯像劑100a,其 包含鈍態(tài)納米顆粒核101a和活性納米殼102a,所述納米殼包含活性CT 造影劑材料，且排列在納米顆粒核周圍，從而使得在聚集體中(即，共同 地)，它們形成可行的用作CT成像中的顯像劑的核/殼納米顆粒100a。
上述納米顆粒核101a所包含的材料沒有具體限制，因為該納米顆
粒核通常不包含活性造影劑材料(Zeff〈34)。但是， 一般而言，所述納米
顆粒核包含可與納米殼的材料區(qū)分的材料。在有些實施方案中，所述納 米顆粒核包含下述材料，例如，但不限于，非重金屬和它們的合金、氧 化物、卣化物、氮化物、硫化物、硼化物、磷化物、碳化物等；聚合物； 陶瓷；和它們的組合。合適的這種材料包括，但不限于，鐵(Fe)、鋁(A1)、 珪(Si)、鎂(Mg)和它們各自的氧化物。
所述納米殼102a可以包含適當?shù)靥峁┯米鰿T中造影劑的活性納米 殼的任意材料，其可以合適地排列在納米顆粒核周圍。通常，這樣的材 料包含可以合適地以增強CT成像中對比的方式與X-射線相互作用的活 性材料(Zeff 2 34)。通常，這樣的活性材料包含高原子量元素(例如，重 金屬)。合適的這種活性材料包括，但不限于，碘(I)、釓(Gd)、鵠(W)、 鉭(Ta)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和它們的組合。
在有些上述實施方案中，所迷活性材料直接排列在核周圍。在有些 或其它實施方案中，所述活性材料與納米殼的鈍態(tài)組分相結(jié)合。在具體
粒^所述聚合物基質(zhì)排列在二米顆粒核周圍f其中^述活性納米顆粒和 所述聚合物基質(zhì)共同地構(gòu)成納米殼。在有些其它實施方案中，所述納米 殼包含分子涂層，該涂層絡(luò)合或以其他方式結(jié)合活性材料。合適的這種 分子涂層包括，但不限于，配體、聚合物、聚簇(clusters)、碳水化合 物種類的涂層和它們的組合。
2. 第二類核/殼納米顆粒參考圖3，在有些實施方案中，本發(fā)明涉及第二類顯像劑100b,其 包含活性納米顆粒核101b和活性納米殼102b,所述納米殼的材料不同 于納米顆粒核，其包含活性CT造影劑材料，且排列在納米顆粒核周圍， 從而使得在聚集體中，它們形成可行的用作CT成像中的顯像劑的核/ 殼納米顆粒100b。
上述納米顆粒核101b所包含的材料沒有具體限制，只是除了該納 米顆粒核通常包含活性造影劑材料(即，Zeff2 34)。通常，所述納米顆粒 核包含可與納米殼的材料區(qū)分的材料。所述納米顆粒核通常包含下述材 料，例如，但不限于，金屬和它們的合金、氧化物、卣化物、氮化物、 爿暖化物、石危化物、磷化物、硒化物、碲化物、硼化物和它們的組合。
所述納米殼102b可以包含適當?shù)靥峁┯米鰿T中造影劑的活性納米 殼的任意材料(即，Zeff2 34),且其可以合適地排列在納米顆粒核周圍。 通常，這樣的材料包含可以合適地以增強CT成像中對比的方式與X-射 線相互作用的活性材料。通常，這樣的活性材料包含高原子量元素(例如， 重金屬)。合適的這種材料包括，但不限于，碘(I)、軋(Gd)、鎢(W)、鉭 (Ta)、鉍(Bi)、鉿(Hf)和它們的組合。
與第一類CT顯像劑的情況一樣，在有些上述實施方案中，所述活 性材料直接排列在核周圍。在有些或其它實施方案中，所述活性材料與 納米殼的鈍態(tài)組分相結(jié)合。在具體的實施方案中，這樣的結(jié)合可以包含 分散在聚合物基質(zhì)內(nèi)的活性納米顆粒，所述聚合物基質(zhì)排列在納米顆粒 核周圍，其中所述活性納米顆粒和所迷聚合物基質(zhì)共同地構(gòu)成納米殼。 在有些其它實施方案中，所迷納米殼包含分子涂層，該涂層絡(luò)合或以其 他方式結(jié)合活性材料。合適的這種分子涂層包括、但不限于，配體、聚 合物、聚簇、碳水化合物種類的涂層和它們的組合。
3.第三類核/殼納米顆粒
參考圖4，在有些實施方案中，本發(fā)明涉及第三類顯像劑100c,其 包含活性納米顆粒核101c和鈍態(tài)納米殼102c，所述納米殼排列在納米 顆粒核周圍，從而使得在聚集體中，它們形成可行的用作CT成像中的 顯像劑的核/殼納米顆粒100c。
通常，上述納米顆粒核101c所包含的材料的唯一限制是，它不是 金屬的，且它至少包含用于CT中對比增強的活性材料(Zeff2 34)。通常， 所述納米顆粒核包含可與納米殼的材料區(qū)分的材料。所述納米顆粒核通常包含下述材料，例如，但不限于，金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳 化物、金屬硫化物、金屬磷化物、金屬硼化物、金屬硒化物、金屬碲化 物、和它們的組合。
納米殼102c所包含的材料沒有具體限制，但是通常不包含活性CT 造影劑材料(Zeff〈34),且通常必須能排列在納米顆粒核周圍。合適的這 種材料包括，但不限于，配體、聚合物、聚簇種類、碳水化合物種類和 它們的組合。
4.使用方法
在有些實施方案中，本發(fā)明涉及在CT應(yīng)用中使用任意或所有上述 類型的顯像劑的方法。參考圖5，這樣的方法通常包含下述步驟(步驟 501)提供一定量的核/殼納米顆粒，其包含活性計算層析X射線照相術(shù) 造影劑材料，所述核/殼納米顆粒各自包含納米顆粒核和排列在納米顆粒 核周圍的納米殼；(步驟502)給哺乳動物受試者施用所述核/殼納米顆 粒；和(步驟503)根據(jù)計算層析X射線照相術(shù)，用X-射線照射受試者， 以便將核/殼納米顆粒用作顯像劑。在許多這樣的實施方案中，這樣的核 /殼納米顆粒還包含靼向劑，以便作為顯像劑，它們可以靶向受試者身體 的特定患病區(qū)域。在有些實施方案中，上述核/殼納米顆粒(在一定程度 上它們存留在血液中)是血池試劑。
在有些這樣的使用上述顯像劑的上述方法中，核/殼納米顆粒提供通
常至少約5洪斯費爾德單位至最多約5000洪斯費爾德單位、且更具體 地至少約100洪斯費爾德單位至最多約5000洪斯費爾德單位的CT信 號。
包括下述實施例用于證實本發(fā)明的具體實施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員
但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員考慮本公開內(nèi)容應(yīng)明白，在不脫離本發(fā)明的精神 和范圍的情況下，可以在所述的具體實施方案中作出許多變化，且仍然 獲得同樣或類似的結(jié)果。
實施例1
本實施例用于解釋如何可根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案制備第一類 CT顯像劑。在該特定實施例中，所述CT顯像劑包含連接到鈍態(tài)核(例 如聚苯乙烯或氧化鐵納米顆粒)上的基于三殃苯的配體的活性殼。鈍態(tài)核的合成
給25 mL 3-頸Schlenk瓶配備冷凝器，后者堆放在130 mm Vigreux 柱的頂部，并導入熱電偶。給冷凝器配備氮入口，且氮流過該系統(tǒng)。用 玻璃棉使Schlenk瓶和Vigreux柱絕緣。將三甲胺N-氧化物 (TMAO)(0.570 g, 7.6 mmol)和油酸(OA)(0.565 g, 2.0 mmol)分散在10 mL 二辛醚(OE)中。以接近2(TC/分鐘的速度，將該分散體加熱至80°C。該 混合物一旦已經(jīng)達到80°C，就迅速地通過Schlenk接頭將265 juL Fe(CO)5(2.0mmol)注射進攪拌溶液中。溶液馬上變黑，劇烈生成白"云"。 將溶液快速加熱至約120-140。C。將反應(yīng)罐冷卻至100。C，保持在該溫度， 并攪拌75分鐘。
在100。C攪拌75分鐘后，以接近20。C/分鐘的速度，將溫度增加至 280°C。在280。C攪拌溶液75分鐘后，去除加熱臺(mantel)和玻璃棉， 以使反應(yīng)物回歸至室溫。 一旦達到室溫，就取出等分試樣，并溶于曱苯 中，用于通過動態(tài)(激光)光散射(DLS)和透射電子顯微鏡術(shù)(TEM)成像分 析(TEM)量尺寸。將剩余溶液的一半(約5mL)加入20mL乙腈。將乙腈 /OE混合物充分攪拌，然后在3000 rpm離心5分鐘，以分離層。經(jīng)常 地，觀察到乙腈層具有淺黃色。拋棄乙腈層，將OE層用于配體交換化 學。為了制備用于電感耦合等離子體-原子發(fā)射光鐠學(ICP-AES)測量的 樣品，將另一半粗反應(yīng)溶液加入20 mL異丙醇，且將溶液在3000 rpm 離心IO分鐘。傾析上清液，加入另外20mL異丙醇，再次通過離心收 集沉淀。允許沉淀的氧化鐵納米顆粒風干過夜。
活性殼的合成
在有些實施方案中，存在與核納米顆粒(例如氧化鐵)表面上的-OH 官能團(functionality)的偶聯(lián)。在一個這樣的示例性實例中，在有堿存在 下，使3-氨基-2,4,6-三碘苯甲酸(Aldrich)與mono-mesolated PEG-750 — 曱基醚反應(yīng)，以將1個或2個PEG-750 —曱基醚部分添加到氨基官能團 上，以便賦予該分子水溶性。隨后，在有堿存在下，用草酰氯或亞石危酰 氯處理，以生成?；龋缓笥?-氨丙基三乙氧基硅烷處理。純化后， 使產(chǎn)物與例如氧化鐵納米顆粒的表面反應(yīng)，以通過硅氧烷鍵共價結(jié)合含 有石典的配體。
或者，在有些實施方案中，將上述殼材料偶聯(lián)到羧酸或胺表面-修飾 的聚苯乙烯納米顆粒上。使用LiAlH4,將羧酸表面-修飾的聚苯乙烯納米顆粒(例如，來自Bangs Beads, Fishers, IN)還原成對應(yīng)的醇，然后與上 面實例合成中的?；确磻?yīng)。這產(chǎn)生具有與上面相同的碘化殼的聚苯乙 烯顆粒?；蛘撸被?修飾的聚苯乙烯珠可以不經(jīng)進一步修飾用于直接綴 合?；取Ｔ诹硪粋€示例性實施方案中，當存在與顆粒表面上的-OH官能團的 偶聯(lián)時，用1當量的對曱苯磺酰氯、然后用堿處理01111^口&91^@(碘海 醇)(GE Healthcare),以環(huán)氧化碘海醇中的一個或多個連位二醇官能團。 隨后用3-氨丙基三乙氧基硅烷(Gelest)處理，以提供通過硅氧烷鍵共價結(jié) 合例如氧化鐵納米顆粒的官能團。在另一個包含偶聯(lián)羧酸或胺表面修飾的聚苯乙烯納米顆粒的實施 方案中，可以如上所述將羧酸表面修飾的聚苯乙烯納米顆粒還原成對應(yīng) 的醇。用堿處理后，用碘海醇環(huán)氧化物(見上述)處理，得到碘海醇-包 -故的聚苯乙烯納米顆粒。類似地，胺表面-修飾的納米顆?？梢耘c碘海醇 環(huán)氧化物反應(yīng)。超聲處理含有油酸包被的氧化鐵納米顆粒(0.75 mg Fe)、 3-氨基 -2,4,6-三捵苯曱酸(0.305 g, 0.6 mmol)、和溶于四氬呋喃(THF)(5 mL)中的 曱醇鈉(32 mg, 0.6 mmol)的溶液20小時，以產(chǎn)生3-氨基-2,4,6-三石典苯曱 酸包^皮的氧化4失納米顆粒溶液。圖6是根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案，具有氧化鐵核和碘化殼的鈍態(tài) 核/活性殼納米顆粒的透射電子顯微鏡術(shù)(TEM)圖像。實施例2本實施例用于解釋如何可根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案制備第二類 CT顯像劑。在該特定實施例中，包含基于三碘苯的共價配體的活性殼 連接在二氧化鉿活性核上。活性核的合成從二氯一氧化鉿在乙醇中的懸浮液，可以制備二氧化鉿(Hafnia) 納米晶體(nanocrystal)(Hf02)?？梢匀缦聭?yīng)用基于有機硅烷的涂層使用 丁醇(體積比1: 0.5)稀釋3-環(huán)氧丙氧丙基(三曱氧基硅烷)，GPTS，并通 過加入0.1MHC1進行預(yù)水解步驟，保持l: 0.5的GPTS: 1120摩爾比。 將得到的溶液在室溫劇烈攪拌過夜，然后裝載Hf02納米晶體。參見 Ribeiro等人，Appl. Phys. Lett 2000, 77(22), 3502-3504。圖7是根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案，主要包含二氧化鉿的活性核的TEM圖像。 活性殼的合成
在有些實施方案中，這包含與二氧化鉿核表面上的OH官能團偶聯(lián)。 在一個這樣的實例中，在有堿存在下，使3-氨基-2,4,6-三碘苯曱酸 (Aldrich)與mono-mesolated PEG-750反應(yīng)，以將1個或2個PEG-750部 分添加到氨基官能團上，以便賦予該分子水溶性。隨后，在有堿存在下， 用草酰氯或亞硫酰氯處理，以生成?；龋缓笥?-氨丙基三乙氧基硅 烷(Gelest)處理。純化后，使產(chǎn)物與例如二氧化鉿核的表面反應(yīng)，以通過 硅氧烷鍵共價結(jié)合含有碘的配體。
在有些或其它實施方案中，用1當量的對曱苯磺酰氯、然后用堿處 理01111^&91^@(碘海醇)(0￡ Healthcare),以環(huán)氧化碘海醇中的一個或多 個連位二醇官能團。隨后用3-氨丙基三乙氧基硅烷(Gelest)處理，以提供 通過硅氧烷鍵共價結(jié)合例如二氧化鉿核的官能團。
實施例3
本實施例用于解釋如何可根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案制備第三類 CT顯像劑。在該特定實施例中，將鈍態(tài)殼連接在二氧化鉿活性核上。
從二氯一氧化鉿在乙醇中的懸浮液，可以制備二氧化鉿納米晶體 (Hf02)(見實施例2)?？梢匀缦聭?yīng)用基于有機硅烷的涂層使用丁醇(體 積比1: 0.5)稀釋3-環(huán)氧丙氧丙基(三曱氧基硅烷)，GPTS，并通過加入 0.1MHC1進行預(yù)水解步驟，保持l: 0.5的GPTS: 1120摩爾比。將得到 的溶液在室溫劇烈攪拌過夜，然后裝載Hf02納米晶體。參見Ribeiro等 人，Appl. Phys. Lett. 2000, 77(22), 3502-3504。圖8是根據(jù)本發(fā)明的有些 實施方案，包含氧化鴒核和聚合物殼的活性核/鈍態(tài)殼納米顆粒的TEM 圖像
實施例4
本實施例用于解釋，根據(jù)本發(fā)明的有些實施方案，基于核/殼納米顆 粒的CT顯像劑如何可以用于增強對比。
為了增強在CT圖像中的目標體積，申請人使用在水中混合的具有 氧化鴒核和聚合物殼的活性核/鈍態(tài)殼納米顆粒(即，第三類CT顯像劑)。 從直徑約15 cm的Lucite⑧圓柱形塊構(gòu)建測試模型，該圓柱形塊由直徑約I. 5 cm的圓柱形腔環(huán)狀排列而成。這些腔用水與另一種潛在造影劑材料 的不同濃度水平的混合物裝滿。使用標準的醫(yī)學CT掃描儀(GE Lightspeed)獲取CT圖像，能量譜為120kVp，電源電流為195mAs。使 用標準的重建核，用1.25mm的切片厚度重建圖像。在圖9中顯示了來 自實馬全的實例圖像。由于水接近地代表著人身體中最柔軟組織的CT增 強，所以設(shè)定顯示的窗口和水平，以可#見地沖全查與水混合的鵠納米顆粒 造影劑相對于純水的相對對比。在圖9所示的圖像中，將窗口寬度設(shè)定 為約1000HU,且窗口水平是約270HU。在圖9中，顯示了圖像的區(qū)域II, 其中腔被純水裝滿。在圖9中，顯示了圖像的區(qū)域I,其中空腔被以 約94 mM的摩爾濃度與水混合的氧化鴒核和聚合物殼納米顆粒裝滿。 將由于造影劑的增強視作更亮的盤。為了定量對比增強的水平，申請人 使用標準的醫(yī)學工作站(GE Advantage Workstation)來計算機處理在純水 和與水混合的鎢納米顆粒造影劑區(qū)域中CT圖像HU值的平均值和標準 差。申請人發(fā)現(xiàn)，如預(yù)期的，水的平均CT數(shù)是約OHU,而在約70mM 與水混合的鎢納米顆粒造影劑的平均CT數(shù)是約400 HU。這代表著大多 數(shù)CT成像應(yīng)用可接受的對比增加。應(yīng)當理解，上述實施方案的某些上述結(jié)構(gòu)、功能和操作不是實踐本 發(fā)明所必需的，且它們包括在說明書中只是為了 一個示例性實施方案或 多個實施方案的完整性。另外，應(yīng)當理解，在上述專利和出版物中所述 的具體結(jié)構(gòu)、功能和操作可以與本發(fā)明一起實踐，但是它們不是其實踐 所必需的。因此，應(yīng)當理解，本發(fā)明可以不同于具體所述地實踐，而不 實際上背離所附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種X-射線顯象劑，其包含a)納米顆粒核；和b)分散在納米顆粒核周圍的納米殼；其中所述納米顆粒核和所述納米顆粒殼中的至少一種包含活性造影劑材料，且其中所述納米顆粒殼材料和所述納米顆粒核材料在材料上彼此不同，從而使得在聚集體中，所述納米顆粒核和所述納米顆粒殼形成可行的用作X-射線成像中的顯像劑的核/殼納米顆粒。
2. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核包含活性造影 劑材料，且分散在納米顆粒核周圍的納米殼包含活性造影劑材料。
3. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核包含活性造影 劑材料，且分散在納米顆粒核周圍的納米殼不包含活性造影劑材料。
4. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核不包含活性造 影劑材料，且分散在納米顆粒核周圍的納米殼包含活性造影劑材料。
5. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，還包含至少一種靶向劑。
6. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核的平均直徑是 約1 nm-約100 nm,且其中排列在納米顆粒核周圍的納米殼的平均厚度 是約0.5 nm -約100 nm。
7. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中納米顆粒核和納米殼的聚集體 的平均直徑是約2 nm -約500 nm。
8. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核包含選自Zeff < 34的元素的材料。
9. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核包含Zeff 2 34 的材料。
10. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米殼包含選自Zeff 2 34的元素的活性材料。
11. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核包含選自 下述的材料Zeff<34的元素和它們的合金、氧化物、卣化物、氮化物、 硫化物、硼化物、硒化物、磷化物和碳化物；聚合物；陶瓷；和它們的 組合。
12. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述活性納米顆粒核包含 選自下述的活性造影劑材料金屬氧化物、金屬碳化物、金屬硫化物、金屬氮化物、金屬磷化物、金屬硼化物、金屬卣化物、金屬硒化物、金 屬碲化物、和它們的組合。
13. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米顆粒核包含選自 下述的材料金屬和它們的合金、氧化物、卣化物、氮化物、碳化物、 錄"匕物、；粦化物、竭化物、碲化物、硼化物和它們的組合。
14. 權(quán)利要求1的X-射線顯像劑，其中所述納米殼包含選自下述 的材料配體、聚合物、聚簇、碳水化合物種類和它們的組合。
15. —種方法，其包含下述步驟a) 提供納米顆粒核；和b) 納米殼分散在納米顆粒核周圍；其中所述納米顆粒核和所述納米顆粒殼中的至少一種包含活性造 影劑材料，且其中所述納米顆粒殼材料和所述納米顆粒核材料在材料上 彼此不同，從而使得在聚集體中，所述納米顆粒核和所述納米顆粒殼形 成核/殼納米顆粒；然后c) 給哺乳動物受試者施用所述核/殼納米顆粒；然后d) 根據(jù)計算層析X射線照相術(shù)，用X-射線照射哺乳動物受試者， 以便將核/殼納米顆粒用作顯像劑。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中所述納米顆粒核包含活性造影劑材 料，且分散在納米顆粒核周圍的納米殼包含活性造影劑材料。
17. 權(quán)利要求15的方法，其中所述納米顆粒核包含活性造影劑材 料，且分散在納米顆粒核周圍的納米殼不包含活性造影劑材料。
18. 權(quán)利要求15的方法，其中所迷納米顆粒核不包含活性造影劑 材料，且分散在納米顆粒核周圍的納米殼包含活性造影劑材料。
19. 權(quán)利要求15的方法，其中所述核/殼納米顆粒還包含靶向劑， 且其中所述核/殼納米顆粒作為計算層析x射線照相術(shù)的顯像劑的用途部分地依賴于靶向劑的靶向特定細胞的能力。
全文摘要
本發(fā)明總的來說涉及核/殼納米顆粒，其中所述核/殼納米顆粒包含納米顆粒核和排列在納米顆粒核周圍的納米殼，從而使得在聚集體中，它們形成可行的用作X-射線/計算層析X射線照相術(shù)(CT)的顯像劑的核/殼納米顆粒。通常，這樣的基于核/殼納米顆粒的X-射線CT顯像劑還包含用于將顯像劑靶向患病部位的靶向種類。
文檔編號C09C3/08GK101300032SQ200680040923
公開日2008年11月5日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者A·庫爾卡尼, A·托雷斯, B·C·巴爾斯, C·特里諾, D·J·沃爾特, O·H·E·阿克塞爾森, P·小博尼塔特巴斯 申請人:通用電氣公司