(57)【要約】  本発明は、一般に、コア／シェル型ナノ粒子に関する。このコア／シェル型ナノ粒子は、ナノ粒子コアと、ナノ粒子コアの周囲に配置されたナノ粒子シェルを含み、凝集体においてコアとシェルが、Ｘ線／コンピュータ断層撮影（ＣＴ）時に造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子を形成する。通常、この種のコア／シェル型ナノ粒子を含むＸ線ＣＴ用造影剤は、造影剤を疾患部位にターゲティングするためのターゲティング用の成分をさらに含む。【選択図】  図１
2009514862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ナノ粒子コアと、
ｂ）ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルと
を含むＸ線造影剤であって、ナノ粒子コアとナノ粒子シェルの少なくとも一方が活性造影剤材料を含んでおり、ナノ粒子シェル材料とナノ粒子コア材料が互いに材料として異なっていて凝集体においてナノ粒子コアとナノ粒子シェルがＸ線撮影時に造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子を形成する、Ｘ線造影剤。
【請求項２】
前記ナノ粒子コアが活性造影剤材料を含み、ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルが活性造影剤材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項３】
前記ナノ粒子コアが活性造影剤材料を含み、ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルが活性造影剤材料を含まない、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項４】
前記ナノ粒子コアが活性造影剤材料を含まず、ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルが活性造影剤材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項５】
１種以上のターゲティング剤をさらに含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項６】
前記ナノ粒子コアの平均粒径が約１〜約１００ｎｍであり、ナノ粒子コアの周囲に配置されたナノ粒子シェルの平均粒径が約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲である、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項７】
前記ナノ粒子コアとナノ粒子シェルの凝集体の平均粒径が約２〜約５００ｎｍである、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項８】
前記ナノ粒子コアがＺeff＜３４の元素からなる群から選択される材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項９】
前記ナノ粒子コアがＺeff≧３４の物質を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項１０】
前記ナノ粒子が、Ｚeff≧３４の元素からなる群から選択される活性材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項１１】
前記ナノ粒子コアがＺeff＜３４の元素、その合金、酸化物、ハロゲン化物、窒化物、硫化物、ホウ化物、セレン化物、リン化物及び炭化物、並びにポリマー、セラミックス並びにこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項１２】
前記活性ナノ粒子コアが金属酸化物、金属炭化物、金属硫化物、金属窒化物、金属リン化物、金属ホウ化物、金属ハロゲン化物、金属セレン化物、金属テルル化物、及びこれらの組合せからなる群から選択される活性造影剤材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項１３】
前記活性ナノ粒子コアが金属及びその合金、酸化物、ハロゲン化物、窒化物、炭化物、硫化物、リン化物、セレン化物、テルル化物及びホウ化物、並びにこれらの組合せからなる群から選択される活性造影剤材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項１４】
前記活性ナノ粒子シェルがリガンド、ポリマー、クラスター、炭水化物及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１記載のＸ線造影剤。
【請求項１５】
ａ）ナノ粒子コアと、
ｂ）ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルと
を用意する工程であって、ナノ粒子コアとナノ粒子シェルの少なくとも一方が活性造影剤材料を含んでおり、ナノ粒子シェル材料とナノ粒子コア材料が互いに材料として異なっていて凝集体においてナノ粒子コアとナノ粒子シェルがコア／シェル型ナノ粒子を形成する工程、
ｃ）コア／シェル型ナノ粒子を哺乳類被検体に投与する工程、次いで
ｄ）コア／シェル型ナノ粒子が造影剤として作用するようにコンピュータ断層撮影によって哺乳類被検体にＸ線を照射する工程
を含んでなる方法。
【請求項１６】
前記ナノ粒子コアが活性造影剤材料を含み、ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルが活性造影剤材料を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノ粒子コアが活性造影剤材料を含み、ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルが活性造影剤材料を含まない、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノ粒子コアが活性造影剤材料を含まず、ナノ粒子コアの周囲に分散したナノ粒子シェルが活性造影剤材料を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記コア／シェル型ナノ粒子がさらにターゲティング剤を含んでいて、コア／シェル型ナノ粒子のＣＴ用造影剤としての効用がターゲティング剤が特異的な細胞をターゲティングする能力に部分的に依拠する、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義にはＸ線／コンピュータ断層撮影用の造影剤に関するものであり、特にナノ粒子系造影剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヨウ素化安息香酸誘導体は、ヨウ素静脈注射に伴うリスクファクターや副作用にもかかわらず、標準的なＸ線／コンピュータ断層撮影（ＣＴ）用造影剤として使用され続けている。また、かかる標準的なＣＴ用造影剤は通例低分子量であり、人体から短時間で消失することが知られており、そのため、かかる造影剤を疾患部位にターゲティングするのは難しい（Shi-Bao Yu and Alan D. Watson, Chem. Rev. 1999, 99, 2353-2377）。
【０００３】
文献には、ＣＴ撮影用のガドリニウム（Ｇｄ）を含む実験的ナノ粒子系が記載されている。しかし、かかる系では、ガドリニウム原子が、標的組織又はその近傍まで送達し得るガドリニウム原子は比較的少数でしかない。かかる方法としては、ヨウ素化分子をリポソームに封入するリポソーム法（Leike et al., Invest. Radiol. 2001, 36(6), 303-308）、並びにＧ−４  Ｓｔａｒｂｕｒｓｔ（登録商標）ポリアミドアミド（ＰＡＭＡＭ）デンドリマーにガドリニウム原子を結合させるデンドリマー法（Yordanov et al., Nano Letters 2002, 2(6), 595-599）が挙げられる。これらの方法では、いずれも、せいぜい数百個の重金属（ガドリニウム）原子が送達されるにすぎない。
【０００４】
送達される重金属原子を増やす試みとして、かかる重金属のナノ粒子を使用するものがある。国際公開第０３／０７５９６１号及び同第２００５／０５１４３５号参照。元素態（ゼロ価）金属のナノ粒子は最も高い密度（重金属原子の数／体積）を有するものの、確実な合成や酸化安定性などに問題がある。金のような不活性金属のナノ粒子（例えば国際公開第０３／０７５９６１号に記載されたもの）では、こうした問題を解決できるが、費用効果がよくない。
【０００５】
以上の点から、新規ＣＴ用造影剤、特に、確実な合成、コスト削減、画像コントラスト増強、血中半減期の増大、毒性の低下、放射線量の低下及びターゲティング能力の１以上の点で性能が改善され、利点がある造影剤に対するニーズが存在し続けている。
【特許文献１】国際公開第０３／０７５９６１号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００５／０５１４３５号パンフレット
【非特許文献１】Shi-Bao Yu and Alan D. Watson, Chem. Rev. 1999, 99, 2353-2377
【非特許文献２】Leike et al., Invest. Radiol. 2001, 36(6), 303-308
【非特許文献３】Yordanov et al., Nano Letters 2002, 2(6), 595-599
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は一般に、ナノ粒子コアと該ナノ粒子コアの周囲に配置されたナノ粒子シェルとを含むコア／シェル型ナノ粒子であって、凝集体においてコアとシェルがＸ線／コンピュータ断層撮影（ＣＴ）時に造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子を形成するコア／シェル型ナノ粒子に関する。
【０００７】
本発明のある実施形態では、本発明は、不活性ナノ粒子コアと活性ナノ粒子シェルとを含む第一タイプの造影剤であって、ナノ粒子シェルが活性ＣＴ用造影剤材料を含んでいてナノ粒子コアの周囲に配置され、凝集体においてコアとシェルがＣＴでの撮影時に造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子を形成する造影剤に関する。
【０００８】
本発明のある実施形態では、本発明は、活性ナノ粒子コアと活性ナノ粒子シェルとを含む第二タイプの造影剤であって、ナノ粒子シェルがナノ粒子コアとは異なる材料から形成されていて、活性ＣＴ用造影剤材料を含んでいるとともに、ナノ粒子コアの周囲に配置され、凝集体においてコアとシェルがＣＴでの撮影時に造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子を形成する造影剤に関する。
【０００９】
本発明のある実施形態では、本発明は、活性ナノ粒子コアと不活性ナノ粒子シェルとを含む第一タイプの造影剤であって、ナノ粒子シェルがナノ粒子コアの周囲に配置され、凝集体においてコアとシェルがＣＴでの撮影時に造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子を形成する造影剤に関する。
【００１０】
本発明のある実施形態では、本発明は、上述の造影剤の製造方法に関する。また、本発明の他の実施形態は、ＣＴにおける造影剤の使用方法に関する。
【００１１】
本発明は、ナノ粒子法を使用して、比較的多数の高密度で減衰性の高い元素態又は分子状の原子（有効原子番号Ｚが３４（セレンの原子番号）以上の放射線不透過性の分子構造）を送達して、ＣＴのコントラスト増強を改善する。本発明のある実施形態では、本発明は、ＣＴ造影剤による特異的な疾患部位へのターゲティングをもたらす。本発明のある実施形態では、本発明は、マクロファージによるＣＴ用造影剤の取り込みをもたらす。本発明のある実施形態では、本発明は、血中半減期の増大したＣＴ用造影剤を提供する。
【００１２】
以上では、以下の詳細な説明を理解しやすいように、本発明の特徴についてごく概略を説明した。請求の範囲の主題となるような本発明のさらなる特徴や利点については、以下で詳述する。
【００１３】
本発明及びその利点を十分に理解できるように、以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、一般には、コア／シェル型ナノ粒子に関する。このコア／シェル型ナノ粒子は、ナノ粒子コアと、ナノ粒子コアの周囲に配置されたナノ粒子シェルとを含んでおり、凝集体においてコアとシェルが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）に使用した際に造影剤として機能する、特にＸ線／コンピュータ断層撮影（ＣＴ）用造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子を形成する。
【００１５】
図面一般に関しては、これらの図面は本発明の特定の実施形態を説明する目的で示すものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。
【００１６】
本明細書で使用する用語の大半は、当業者には明らかであろうが、本発明を理解しやすいように、以下の定義を記載しておく。しかし、明示的に定義されていない場合は、各用語は、当業者に今日受け入れられている意味をもつものとし理解されたい。
【００１７】
本明細書で定義し、また、コンピュータ体軸断層撮影法、コンピュータ援用断層撮影法（ＣＡＴ）、体切片Ｘ線撮影法としても公知である「コンピュータ断層撮影法」（「ＣＴ」と略す）は、単一の回転軸に沿って撮影された多数の一連の二次元Ｘ線画像から、デジタル処理を利用して、撮影対象の内部についての三次元画像を生成する断層撮影を用いた医用画像撮影方法である。本明細書では、コンピュータ断層撮影を中心に論じるが、当業者であれば、かかる議論が、あらゆるタイプのＸ線画像撮影に一般に適用可能であることがわかるはずである。
【００１８】
本明細書で定義し、造影剤（contrast agent）としても公知の「造影剤（imaging agent）」は、入射してくるＸ線を有意に減衰させて、当該容積を通過するＸ線を低減させることのできる物質を含む薬剤である。ＣＴ画像を再構築し、通常の後処理を行うと、このＸ線減衰の増大は、当該容積での濃度の増大として解釈され、その結果、画像中においては、バックグラウンドの組織に対して造影剤を含む容積のコントラストが増強される。本明細書での議論は、あらゆるタイプのＸ線画像撮影に一般に適用可能であるので、本発明では、本発明の造影剤のことを、「Ｘ線／コンピュータ断層撮影用造影剤」と総称する。この用語は、「コンピュータ断層撮影（ＣＴ）用造影剤」と互換的に用いる。
【００１９】
コア／シェル型ナノ粒子コア成分及びシェル成分について「活性」及び「不活性」という用語を用いた場合、これらの用語は、その成分がＣＴ撮影においてコントラストを増強する能力について述べる。通常のＣＴスキャナーは、約１０ｋｅＶ〜約１４０ｋｅＶという広い範囲のＸ線エネルギーを使用している。当業者であればわかるように、特定の物質を通過するＸ線の単位長さあたりの減衰量は、一次減衰係数として表すことができる。ＣＴ撮影で代表的なＸ線エネルギースペクトルでは、物質の減衰は、光電吸収効果とコンプトン散乱効果によって主に決まる。さらに、一次減衰係数は、入射するＸ線のエネルギー、物質の濃度（モル濃度に比例）、物質の原子番号（Ｚ）の関数であることが周知である。分子化合物又は異なった原子の混合物については、「有効原子番号」Ｚeffは、構成元素の有効原子番号の関数として計算することができる。化学式が既知の化合物についての有効原子番号は、以下の式で決定することができる。
【００２０】
【数１】
2009514862.tif 000003
ここで、Ｚｋは単一元素の原子番号、Ｐは単一元素の合計量、Ｗfkは、合計分子量に対する単一元素の重量分画（モル濃度と比例）である。ＣＴ撮影時の入射Ｘ線のエネルギーの最適量は、撮影対象物のサイズの関数であって、名目値から大きく変動することはないものと予測される。造影剤材料の一次減衰係数は、材料の密度に一時的に依存することも周知である。すなわち、材料の密度を増大させたり、造影剤のモル濃度を増大させたりすれば、一次減衰係数を増大させることができる。しかし、患者への造影剤物質の注射やその際に生じる有害な効果といった実際上の側面から、患者に投与する造影剤のモル濃度には限界がある。したがって、造影剤候補材料を有効原子番号によって分けるのは妥当だといえる。モル濃度を約５０ｍＭとしたときの代表的なＣＴでのエネルギースペクトルについての代表的な材料のＣＴでのコントラスト増強のシミュレーションに基づいて、出願人は、有効原子番号が３４以上の材料で、約３０ハウンスフィールド単位（ＨＵ）というコントラスト増強として妥当な値、すなわち水より３％高いコントラスト増強が得られると推定する。したがって、出願人は、ＣＴ用造影剤候補材料が、有効原子番号が３４未満（すなわちＺｅｆｆ＜３４）で不活性であるか、有効原子番号が３４以上（すなわちＺｅｆｆ≧３４）で活性であるかのいずれかであると定義した。例えば、Handbook of Medical Imaging, Volume 1. Physics and Psychophysics, Eds. J. Beutel, H.L. Kundel, R.L. Van Metter, SPIE Press, 2000の第１章参照。）
本明細書で定義する「ナノ粒子」は、平均径が約１ｎｍ〜約５００ｎｍの粒子であり、ナノ粒子コアについて言及する場合と、コア／シェル型ナノ粒子凝集体について言及する場合に使用されうる。かかるナノ粒子は、球状であっても、不規則形状であってもよく、上記範囲うちの小さめのナノ粒子の場合、有機金属錯体分子とは異なる。本明細書で定義する「ナノ粒子シェル」は、コア／シェル型ナノ粒子の、シェル部分のことである。かかるナノ粒子シェルは、ナノ粒子コアの周囲に配置されており、下地であるナノ粒子コアのトポグラフィーと一致する場合としない場合がある。
【００２１】
上述し、また図１にも示すように、本発明の特定の実施形態は、（ａ）ナノ粒子コア１０１と（ｂ）ナノ粒子シェル１０２を含み、ナノ粒子シェルがナノ粒子コアの周囲に配置され、凝集して、コンピュータ断層撮影（通常Ｘ線）時の造影剤として機能し得るコア／シェル型ナノ粒子１００となっている造影剤に関する。図１には、完全に球形のコア／シェル型ナノ粒子の断面を示してあるが、コア／シェル型ナノ粒子の形状は不規則でもよい。
【００２２】
実施形態によっては、上述の造影剤は、１種以上のターゲティング剤をさらに含むものとすることもできる。かかるターゲティング剤は、造影剤を、投与対象動物のからだの特異的な疾患部位にターゲティングするのに有用である。ターゲティング剤として代表的なのは、抗体（例えばＩｇＧ）又は他のペプチドであるが、核酸（例えばＤＮＡ、ＲＮＡ）又は他の適当な化学種を用いることもできる。通常、１種以上のターゲティング剤を、ナノ粒子コアとナノ粒子コアの周囲に配置されたナノ粒子シェルの片方又は両方に結合させる。その際の結合として通常使用できるものとしては、ペプチド結合、ジスルフィド結合、イソチオ尿素結合、イソ尿素結合、スルホンアミド結合、アミン結合、カルバメート結合、アミジン結合、ホスホラミダイト結合、チオエーテル結合、アリールアミン結合、アリールチオエーテル結合、エーテル結合、ヒドラジン結合、トリアゾール結合、オキシム結合、及びこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、Bioconjugate Techniques.  G. T. Hermanson, Academic Press, 1996の第２章参照。
【００２３】
実施形態によっては、上述のＣＴ用造影剤のマクロファージの取り込みを、コア／シェル型ナノ粒子の表面電荷を制御したり、及び／又はマクロファージの取り込みを誘導する官能基（例えばポリ硫酸ビニル）を提示したりすることによって最適化する。
【００２４】
ＣＴ用造影剤に使用する本明細書に記載するコア／シェル型ナノ粒子については、ナノ粒子コアの平均径は、通常約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、好ましくは約２ｎｍ〜約１００ｎｍ、さらに好ましくは約２ｎｍ〜約２０ｎｍである。ナノ粒子コアの周囲に配置されたナノ粒子シェルの平均厚さは、通常約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍである。したがって、ナノ粒子コアとナノ粒子シェルとが凝集した造影剤の平均径は、通常約２ｎｍ〜約５００ｎｍ、好ましくは約２ｎｍ〜約１００ｎｍ、特に好ましくは約５ｎｍ〜約２０ｎｍである。
【００２５】
１．第一タイプのコア／シェル型ナノ粒子
図２に示す本発明の実施形態は、不活性ナノ粒子コア１０１ａと活性ナノ粒子シェル１０２ａを備えた第一タイプの造影剤１００ａである。ナノ粒子シェルは、活性ＣＴ用造影剤材料を含んでおり、ナノ粒子コアの周囲に配置され、凝集することによって（すなわち双方で）、撮影時に造影剤として機能し得るようなコア／シェル型ナノ粒子１００ａが形成されている。
【００２６】
上述のナノ粒子コア１０１ａを形成する材料は、特に限定されず、これは、このナノ粒子コアは、通常活性造影剤材料（Ｚｅｆｆ＜３４）を含まないためである。しかし、通常、ナノ粒子コアは、ナノ粒子シェルを構成する材料と識別可能な材料から形成する。実施形態によっては、ナノ粒子コアを構成する材料として、例えば、重金属及びその合金、酸化物、ハロゲン化物、窒化物、スルフィド、ホウ化物、リン化物及び炭化物など、並びにポリマー、セラミックス、及びこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。かかる材料として適当なものとしては、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びそれぞれの酸化物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
ナノ粒子シェル１０２ａは、ＣＴで造影剤として利用できる活性ナノ粒子シェルが得られ、ナノ粒子コアの周囲に適切なかたちで配置し得るものであれば任意の材料から形成することができる。一般に、かかる材料は、ＣＴ撮影時にコントラストが増強されるようなかたちでＸ線と相互作用を生じる活性材料（Ｚeff≧３４）を含む。一般に、この種の活性材料は、原子量の大きな元素（例えば重金属）を含むものであり、かかる活性材料として適当なものとしては、ヨウ素（Ｉ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ビスマス（Ｂｉ）、及びこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
上述の実施形態の一部では、かかる活性材料をコアの周囲に直接配置する。別の実施形態では、ナノ粒子シェルの不活性成分とともに、かかる活性材料を使用し、具体的には、例えば、ナノ粒子コアの周囲に配置したポリマーのマトリックス中に活性ナノ粒子を分散させて、活性ナノ粒子とポリマーのマトリックスの双方がナノ粒子シェルを構成するようにする。別の実施形態では、ナノ粒子シェルに分子のコーティングを形成して、このコーティングに活性材料を担持させる。適切な分子のコーティングの例としては、リガンド、ポリマー、クラスター、炭水化物、及びこれらの組合せが挙げられるこれらに限定されるものではない。
【００２９】
２．第二タイプのコア／シェル型ナノ粒子
図３に示す本発明の実施形態は、活性ナノ粒子コア１０１ｂと活性ナノ粒子シェル１０２ｂを備えた第二タイプの造影剤１００ｂである。ナノ粒子シェルは、ナノ粒子コアとは異なる物質から形成されており、活性ＣＴ用造影剤材料を含んでいて、ナノ粒子コアの周囲に配置され、凝集することによって、ＣＴ撮影時に造影剤として機能し得るようなコア／シェル型ナノ粒子１００ｂが形成されている。
【００３０】
上述のナノ粒子コア１０１ｂを形成する材料は、このナノ粒子コアが一般に活性造影剤材料（すなわちＺeff≧３４）を含有していること以外は、特に限定されない。通常、ナノ粒子コアは、ナノ粒子シェルを構成する材料と識別可能な材料から形成する。このナノ粒子コアは、通常、金属及びその合金、酸化物、ハロゲン化物、窒化物、炭化物、硫化物、リン化物、セレン化物、テルル化物、ホウ化物、及びこれらの組合せなどの材料から形成されるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
ナノ粒子シェル１０２ｂは、ＣＴで造影剤として利用できる活性ナノ粒子シェルが得られ、ナノ粒子コアの周囲に適切なかたちで配置し得るものであれば任意の材料から形成することができる。一般に、かかる材料は、ＣＴ撮影時にコントラストが増強されるようなかたちでＸ線と相互作用を生じる活性材料（Ｚeff≧３４）を含む。一般に、この種の活性材料は、原子量の大きな元素（例えば重金属）を含むものであり、かかる活性材料として適当なものとしては、ヨウ素（Ｉ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ビスマス（Ｂｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
第一タイプのＣＴ用造影剤の場合と同じく、上述の実施形態の一部では、かかる活性材料をコアの周囲に直接配置する。別の実施形態では、ナノ粒子シェルの不活性成分とともに、かかる活性材料を使用し、具体的には、例えば、ナノ粒子コアの周囲に配置したポリマーのマトリックス中に活性ナノ粒子を分散させて、活性ナノ粒子とポリマーのマトリックスの双方がナノ粒子シェルを構成するようにする。別の実施形態では、ナノ粒子シェルに分子のコーティングを形成して、このコーティングに活性材料を担持させる。適切な分子のコーティングの例としては、リガンド、ポリマー、クラスター、炭水化物、及びこれらの組合せが挙げられるこれらに限定されるものではない。
【００３３】
３．第三タイプのコア／シェル型ナノ粒子
図４に示す本発明の実施形態は、活性ナノ粒子コア１０１ｃと不活性ナノ粒子シェル１０２ｃを備えた第三タイプの造影剤１００ｃである。ナノ粒子シェルは、ナノ粒子コアの周囲に配置され、凝集することによって、撮影時に造影剤として機能し得るようなコア／シェル型ナノ粒子１００ｃが形成されている。
【００３４】
上述のナノ粒子コア１０１を形成する材料は、金属ではなく、ＣＴでコントラストを増強するための活性材料（Ｚeff≧３４）を少なくとも含んでいるという点においてのみ、一般に限定されている。通常、ナノ粒子コアは、ナノ粒子シェルを構成する材料と識別可能な材料から形成する。このナノ粒子コアは、通常、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属スルフィド、金属リン化物、金属ホウ化物、金属セレン化物、金属テルル化物、及びこれらの混合物などの材料から形成されるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
ナノ粒子シェル１０２ｃを形成する材料は特に限定されないが、一般に、活性ＣＴ用造影剤材料（Ｚeff＜３４）を含まず、ナノ粒子コアの周囲に配置できなくてはならない。かかる材料として適当なものとしては、リガンド、ポリマー、クラスター、炭水化物、及びこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３６】
４．使用方法
本発明の実施形態は、上述のタイプの造影剤のいずれか又はすべてをＣＴの用途で使用するための方法にも関わる。図５にも示すように、かかる方法は、通常、以下の工程、すなわち、活性コンピュータ断層撮影用造影剤材料を含むコア／シェル型ナノ粒子のある量を用意し、ここで、各コア／シェル型ナノ粒子は、ナノ粒子コアとナノ粒子コアの周囲に配置されたナノ粒子シェルとを備えている工程  （工程５０１）と、コア／シェル型ナノ粒子を哺乳類被検体に投与する工程（工程５０２）と、哺乳類被検体に、コンピュータ断層撮影によってＸ線を照射し、その際に、コア／シェル型ナノ粒子が造影剤の役目をはたすようにする工程（工程５０３）とを含む。かかる実施形態の多くでは、コア／シェル型ナノ粒子がさらにターゲティング剤を含んいるため、造影剤を、投与対象動物のからだの特異的な疾患部位にターゲティングすることができる。実施形態によっては、上述のコア／シェル型ナノ粒子は、血液中に残留し得る限りにおいて、血管内貯留型造影剤ともなりうる。
【００３７】
上述の造影剤の使用方法の幾つかの実施形態では、コア／シェル型ナノ粒子によって、一般に、約５ハウンスフィールド単位以上〜約５０００ハウンスフィールド単位以下のＣＴ信号、即に、約１００ハウンスフィールド単位以上〜約５０００ハウンスフィールド単位以下のＣＴ信号が得られる。
【実施例】
【００３８】
以下の実施例は、本発明の特定の実施形態を示す目的で記載する。当業者であれば、以下の実施例で開示する方法が単に本発明の特定の実施形態を例示するにすぎないものの、本明細書の開示内容を参考にすることによって、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、ここに記載された特定の実施形態に対して数多くの変更を加えることができ、しかも同様又は類似した結果を得ることができることがわかるはずである。
【００３９】
実施例１
この実施例は、本発明の実施形態にしたがって、第一タイプのＣＴ用造影剤をどのようにして調製できるのかを例示するために示す。この特定の実施例では、ＣＴ用造影剤は、トリヨード安息香酸系リガンドの活性シェルと、この活性シェルに結合されたポリ（スチレン）又は酸化鉄ナノ粒子などからなる不活性コアを備えている。
【００４０】
不活性コアの合成
２５ｍＬ入りの３口のシュレンクフラスコにビクルー管を取り付け、さらに冷却器を取り付けて、熱電対を挿入した。冷却器に窒素の入り口を取り付け、装置に窒素を流した。シュレンクフラスコとビグルー管は、グラスウールで断熱した。トリメチルアミンＮ−オキシド（ＴＭＡＯ）（０．５７０ｇ、７．６ｍｍｏｌ）及びオレイン酸（ＯＡ）（０．５６５ｇ、２．０ｍｍｏｌ）を１０ｍＬのジオクチルエーテル（ＯＥ）に分散させた。分散液を８０℃まで約２０℃／分で加熱した。混合物が８０℃に達したところで、２６５μＬのＦｅ（ＣＯ）5（２．０ｍｍｏｌ）を、撹拌しながら、シュレンクフラスコのジョイント部から迅速に導入した。溶液は、瞬時に黒色となり、白色の「クラウド」が激しく生成した。溶液を約１２０〜１４０℃に急速に加熱した。反応ポットを１００℃に冷却し、この温度に７５分間保ち、撹拌した。
【００４１】
１００℃で７５分間撹拌した後、温度を２８０℃まで、約２０℃／分で上昇させた。溶液を２８０℃で７５分間撹拌した後、マントルヒーターとグラスウールを除去して、反応系を室温に戻した。室温まで戻ったところで、一部を取り出してトルエンに溶解し、動的（レーザー）光散乱法（ＤＬＳ）と透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像解析（ＴＥＭ）でサイジングした。残りの溶液の半量（約５ｍＬ）を２０ｍＬのアセトニトリルに加えた。アセトニトリル／ＯＥ混合物を十分に撹拌し、３０００ｒｐｍで５分間遠心して、各層に分離した。淡黄色のアセトニトリル層が観察される場合が多く、このアセトニトリル層を除去し、ＯＥ層をリガンド交換反応に使用した。誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）測定用のサンプルを調製するために、粗反応溶液の残りの半量を、２０ｍＬのイソプロパノールに加え、溶液を１０分間３０００ｒｐｍで遠心した。上層部をデカンテーションし、追加の２０ｍＬのイソプロパノールを加え、再度遠心して沈殿を集めた。沈殿した酸化鉄のナノ粒子を一晩風乾した。
【００４２】
活性シェルの合成
実施形態によっては、コアのナノ粒子、例えば酸化鉄の表面に−ＯＨ官能基がカップリングされている。かかる一例では、３−アミノ−２，４，６−トリヨード安息香酸（Ａｌｄｒｉｃｈ）を、塩基の存在下で、モノメソレート化ＰＥＧ−７５０モノメチルエーテルと反応させて、１又は２のＰＥＧ−７５０モノメチルエーテル部分をアミノ官能基に付加して、分子に水溶性を付与した。このものをさらにオキサリルクロリド又は塩化チオニルで、塩基の存在下で処理して、酸塩化物を生成し、さらに、３−アミノプロピルトリエトキシシランで処理した。生成物は、精製の後、表面、例えば酸化鉄ナノ粒子の表面と反応させて、シロキサン結合によってヨウ素含有リガンドを結合させた。
【００４３】
また、別の態様では、上述のシェル材料を、カルボン酸又はアミンで表面を改質したポリスチレンナノ粒子にカップリングする。カルボン酸で表面改質したポリスチレンナノ粒子（例えば、Ｂａｎｇｓ  Ｂｅａｄｓ社、インディアナ州フィッシャーズ）をＬｉＡｌＨ4を用いて対応するアルコールまで還元し、その後、上記実施例で合成した酸塩化物と反応させる。その結果、上記と同じくヨード化されたシェルを備えたポリスチレン粒子が得られる。また、アミノ表面改質ポリスチレンビーズを用いて、それ以上表面を改質せずに、酸塩化物に結合することもできる。
【００４４】
粒子表面に−ＯＨ官能基がカップリングされている別の実施形態では、Ｏｍｎｉｐａｑｕｅ（登録商標）（イオヘキソール）（ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ）を１当量のｐ−トルエンスルホニルクロリドで処理し、さらに塩基で処理して、イオヘキソール中の１以上の近接したジオール官能基をエポキシ化する。これを、さらに、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（Ｇｅｌｅｓｔ）で処理して、例えば酸化鉄ナノ粒子とのシロキサン結合を介した共有結合用の官能基を得る。
【００４５】
カルボン酸又はアミンで表面を改質したポリスチレンナノ粒子へのカップリングを行う別の実施形態では、上述のようにしてカルボン酸で表面を改質したポリスチレンナノ粒子を対応するアルコールに還元する。塩基で処理し、さらにイオヘキソールエポキシド（上記参照）で処理すると、イオヘキソールでコーティングしてポリスチレンナノ粒子が得られる。同様に、アミンで表面を改質したナノ粒子も、イオヘキソールエポキシドで処理することができる。
【００４６】
オレイン酸でコーティングした酸化鉄ナノ粒子の溶液（Ｆｅ、０．７５ｍｇ）、３−アミノ−２，４，６−トリヨード安息香酸（０．３０５ｇ、０．６ｍｍｏｌ）、ナトリウムメトキシド（３２ｍｇ、０．６ｍｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）（５ｍＬ）に溶解したものを２０時間超音波処理したところ、３−アミノ−２，４，６−トリヨード安息香酸でコーティングした酸化鉄ナノ粒子の溶液が得られた。
【００４７】
図６は、本発明の実施形態に係る酸化鉄コアとヨー化シェルを備えた不活性コア／活性シェル型ナノ粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。
【００４８】
実施例２
この実施例は、本発明の実施形態にしたがって、第二タイプのＣＴ用造影剤をどのようにして調製できるのかを例示するために示す。この特定の実施例では、トリヨード安息香酸共有結合リガンドを含む活性シェルを、酸化ハフニウムの活性コアに結合する。
【００４９】
活性コアの合成
オキシ塩化ハフニウムのエタノールへの懸濁液から、ハフニアのナノ結晶（ＨｆＯ2）を調製することができる。オルガノシラン系コーティングは、以下のようにして設けることができる。３−グリシドキシプロピル（トリメトキシシラン）（ＧＰＴＳ）をブタノールで希釈し（体積比１：０．５）、ＧＰＴＳ：Ｈ2Ｏのモル比を１：０．５に保ちながら、０．１ＭのＨＣｌを加えることによって予め加水分解する。得られた溶液を一晩室温にて激しく撹拌し、ＨｆＯ2のナノ結晶を加える。Ｒｉｂｅｉｒｏら，Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ２０００，７７（２２），３５０２−３５０４参照。図７は、本発明の特定の実施形態に係る酸化ハフニウムを主要成分とする活性コアのＴＥＭ画像である。
【００５０】
活性シェルの合成
実施形態によっては、酸化ハフニウムのコアの表面に−ＯＨ官能基がカップリングされている。かかる一例では、３−アミノ−２，４，６−トリヨード安息香酸（Ａｌｄｒｉｃｈ）を、塩基の存在下で、モノメソレート化ＰＥＧ−７５０と反応させて、１又は２のＰＥＧ−７５０部分をアミノ官能基に付加して、分子に水溶性を付与した。このものをさらにオキサリルクロリド又は塩化チオニルで、塩基の存在下で処理して、酸塩化物を生成し、さらに、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（Ｇｅｌｅｓｔ）で処理した。生成物は、精製の後、表面、例えば酸化ハフニウムのコアの表面と反応させて、シロキサン結合によってヨウ素含有リガンドを結合させた。
【００５１】
実施形態によっては、Ｏｍｎｉｐａｑｕｅ（登録商標）（イオヘキソール）（ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ）を１当量のｐ−トルエンスルホニルクロリドで処理し、さらに塩基で処理して、イオヘキソール中の１以上の近接したジオール官能基をエポキシ化する。これを、さらに、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（Ｇｅｌｅｓｔ）で処理して、例えば酸化ハフニウムのコアとのシロキサン結合を介した共有結合用の官能基を得る。
【００５２】
実施例３
この実施例は、本発明の実施形態にしたがって、第三タイプのＣＴ用造影剤をどのようにして調製できるのかを例示するために示す。この特定の実施例では、不活性シェルを、酸化ハフニウムの活性コアに結合する。
【００５３】
オキシ塩化ハフニウムのエタノールへの懸濁液から、ハフニアのナノ結晶（ＨｆＯ2）を調製することができる（実施例２参照）。オルガノシラン系コーティングは、以下のようにして設けることができる。３−グリシドキシプロピル（トリメトキシシラン）（ＧＰＴＳ）をブタノールで希釈し（体積比１：０．５）、ＧＰＴＳ：Ｈ2Ｏのモル比を１：０．５に保ちながら、０．１ＭのＨＣｌを加えることによって予め加水分解する。得られた溶液を一晩室温にて激しく撹拌し、ＨｆＯ2のナノ結晶を加える。Ｒｉｂｅｉｒｏら，Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ２０００，７７（２２），３５０２−３５０４参照。図８は、本発明の実施形態に係る酸化タングステンのコアとポリマーのシェルを備えた活性コア／不活性シェル型ナノ粒子のＴＥＭ画像である。
【００５４】
実施例４
この実施例では、本発明の実施形態で、コア／シェル型ナノ粒子のＣＴ用造影剤をどのように使用してコントラストを増強するかについて示す。
【００５５】
ＣＴ画像での対象体積を増大させるため、出願人は、不活性コア／活性シェル型のナノ粒子（すなわち第三タイプのＣＴ用造影剤）で、コアが酸化タングステン、シェルがポリマーのものを水と混合して使用した。Ｌｕｃｉｔｅ（商標）の直径約１５ｃｍの円柱状ブロック中に直径約１．５ｃｍの円柱状キャビティを複数同心円状に設けて、試験ファントムを用意した。これらのキャビティに、水と造影剤材料候補の混合物（各種の濃度レベルのもの）を充填した。標準的な医用ＣＴスキャナー（ＧＥ  Ｌｉｇｈｔｓｐｅｅｄ）を使用し、エネルギースペクトルを１２０ｋＶｐ、ソース電流を１９５ｍＡｓとしてＣＴ画像を得た。この画像を、標準的な再構築カーネルを用いて、切片厚さを１．２５ｍｍとして再構築した。この実験で得られた画像の例を図９に示す。水は、ＣＴ時のヒトのからだの軟部組織の大半をよく近似するので、タングステンナノ粒子造影剤の水との混合物の、水に対する相対的なコントラストを可視的に観察できるよう、ディスプレーのウィンドウレベルを設定した。図９に示す画像では、ウィンドウの幅を約１０００ＨＵに設定し、ウィンドウレベルは約２７０ＨＵとした。図９では、画像の領域ＩＩは、キャビティが純水で充填されている部分、領域Ｉは、キャビティが、酸化タングステンのコアとポリマーのシェルからなるナノ粒子と水との混合物（モル濃度約９４ｍＭ）が充填されている部分である。造影剤による増強は、ディスクがより明るいことで示される。コントラスト増強のレベルを定量するために、出願人は、標準的な医用ワークステーション（ＧＥ  Ａｄｖａｎｔａｇｅ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）を使用して、純水の領域と、タングステンナノ粒子の造影剤と水との混合物の領域のそれぞれについて、ＣＴ画像のＨＵ値の平均及び標準偏差を計算した。水の平均ＣＴ値は予想どおり約０ＨＵ、タングステンナノ粒子の造影剤を水と約７０ｍＭの混合物の平均ＣＴ値は、約４００ＨＵであった。このように、コントラストが増強されたわけであるが、ＣＴによる撮影の用途では、こうしてコントラストが増強されることは大抵望ましい。
【００５６】
なお、上述の実施形態に関して記載した構造、機能、機構の一部は、本発明を実施するうえで必須ではなく、例示した実施形態を十分に説明するためにのみ記載してあることを理解されたい。また、以上の記載で言及した特許や刊行物の特定の構造、機能、操作は本発明とともに実施することができるものの、かかる構造、機能、機構は、本発明を実施するうえで必須ではないことについても理解されたい。したがって、本発明は、請求の範囲で定義した本発明の精神及び範囲から実質的に逸脱することなく、以上で記載したのとは異なるかたちで実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、構成部分間の関係を示すためのコア／シェル型ナノ粒子の一般的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る不活性コアと活性シェルを備えた第一タイプのコア／シェル型ナノ粒子の断面図である。
【図３】図３本発明の実施形態に係る活性コアと活性シェルを備えた第二タイプのコア／シェル型ナノ粒子の断面図である。
【図４】図４本発明の実施形態に係る活性コアと不活性シェルを備えた第三タイプのコア／シェル型ナノ粒子の断面図である。
【図５】図５では、本発明の実施形態にしたがってコア／シェル型ナノ粒子をコンピュータ断層撮影の造影剤として使用する方法を流れ図で示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る酸化鉄のコアとヨウ化物のシェルを備えた不活性コア／活性シェル型ナノ粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る酸化ハフニウムを主要成分とする活性コアのＴＥＭ画像である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る酸化タングステンのコアとポリマーのシェルを備えた活性コア／不活性シェル型ナノ粒子のＴＥＭ画像である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る酸化タングステンのコアとポリマーのシェルを備えた不活性コア／活性シェル型ナノ粒子のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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