(57)【要約】本発明により、光学コヒーレンス断層撮影法を使用して、細胞および組織を検出するシステムおよび方法を提供する。該方法は、磁界を該細胞に印加するステップであって、該細胞が細胞膜と金属組成物とを含み、該磁界が該金属組成物と相互作用して、該細胞内に変化を生じるステップと、該磁界と金属組成物との相互作用によって生じる細胞内の変化を検出することによって、該細胞を検出するステップであって、該変化が、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティを使用して検出される、ステップとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を検出するための方法であって、
磁界を該細胞に印加するステップであって、該細胞が細胞膜と金属組成物とを含み、該磁界が該金属組成物と相互作用して、該細胞内に変化を生じるステップと、
該磁界と金属組成物との相互作用によって生じる細胞内の変化を検出することによって、該細胞を検出するステップであって、該変化が、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティを使用して検出される、ステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記磁界と前記金属組成物との相互作用によって生じる前記細胞内の前記変化が、該細胞の移動、該金属組成物の移動、該細胞膜の張力レベルの変化、該細胞の内部歪場の変化から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティが、光エネルギーを前記細胞間で送受信するプローブを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プローブが、前記磁界を前記細胞に印加するための磁気ソースをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記磁界が、被験体の外部に配置された磁気ソースから前記細胞に印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属組成物が、前記細胞内に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属組成物が、前記細胞の前記細胞膜上の位置にターゲットされる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記金属組成物が、ゼロでない磁気感受性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属組成物が複数の金属ナノ粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノ粒子が実質的に球形であり、約０．１ナノメートル（ｎｍ）〜約１０００．０ｎｍの直径を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノ粒子が非対称形である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子の最大断面寸法の長さが、約０．１ナノメートル（ｎｍ）〜約１０００．０ｎｍである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属組成物が、酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケル、およびクロムから成る群から選択される材料を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記細胞が被験体内に配置され、前記金属組成物が該被験体に投与される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記細胞がマクロファージであり、少なくとも１つのナノ粒子が該マクロファージ内に配置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記マクロファージが、前記被験体内のアテローム性プラーク内に配置される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記マクロファージが前記被験体の眼の中に配置される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの前記ナノ粒子が、前記被験体内のターゲット部位に局在化するように構成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ターゲット部位が新生細胞である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ターゲット部位が、タンパク質の細胞外ドメインである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記細胞が前記ターゲットを含み、前記細胞が、肺、気管支、腸、胃、結腸、眼、心臓、血管、頚部、膀胱、尿道、皮膚、筋肉、肝臓、腎臓、および血液から成る群から選択された解剖学的部位において前記被験体に配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記細胞が前記ターゲット部位を含み、前記細胞が新生細胞、扁平細胞、移行細胞、基底細胞、筋肉細胞、上皮細胞、および粘膜細胞から成る群から選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノ粒子が抗体またはそのフラグメントを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記抗体またはそのフラグメントが、前記ナノ粒子の前記表面に共役される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノ粒子がペプチドまたはそのフラグメントを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記ペプチドまたはそのフラグメントが、前記ナノ粒子の前記表面に共役される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記磁界と前記金属組成物との相互作用によって生じる前記細胞内の前記変化の検出が、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像を生成するステップを含み、該画像が、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティを使用して捕捉された位相敏感光エネルギーデータの１つ以上のラインを含み、少なくとも１つのラインが、該磁界の印加の間に捕捉される、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記１つ以上のデータラインを生成するステップが、
光エネルギーを生成するステップと、
該生成された光エネルギーの少なくとも第１の部分を基準反射器上に送信し、光エネルギーの該送信された第１の部分の少なくとも一部分が、該基準反射器によって反射されるステップと、
該生成された光エネルギーの少なくとも第２の部分を送信して、前記細胞に接触させるステップであって、該細胞に接触する該光エネルギーの少なくとも一部分が、該細胞によって反射されるステップと、
前記基準反射器および前記細胞によって反射される前記光エネルギーを受信するステップと、
該細胞および基準反射器からの該受信した光エネルギーを結合するステップであって、該受信した光エネルギーが干渉する、ステップと、
該結合された光エネルギーを処理して、該位相敏感光学コヒーレンスデータラインを生成するステップと
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記磁界と前記金属組成物との前記相互作用によって生じる前記細胞の移動が検出される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記磁界と前記金属組成物との前記相互作用によって生じる前記細胞膜の張力レベルまたは内部歪場の変化が検出される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記生成された画像が、少なくとも約３０．０ナノメートル（ｎｍ）、２５．０ｎｍ、１５．０ｎｍ、１０．０ｎｍ、５．０ｎｍ、４．０ｎｍ、３．０ｎｍ、または２．０ｎｍの位相敏感解像度を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記１つ以上のデータラインを生成するステップが、
光エネルギーを生成するステップと、
該生成された光エネルギーの少なくとも第１の部分を基準反射器上に送信し、光エネルギーの該送信された第１の部分の少なくとも一部分が、該基準反射器によって反射されるステップと、
前記生成光エネルギーの少なくとも第２の部分を送信して前記金属組成物に接触させステップであって、該金属組成物に接触した該光エネルギーの少なくとも一部分が、該組成物によって反射される、ステップと、
該基準反射器および該組成物によって反射された該光エネルギーを受信するステップと、
該受信された光エネルギーを結合するステップであって、該受信された光エネルギーが干渉する、ステップと、
該結合した光エネルギーを処理して、前記位相敏感光学コヒーレンスデータラインを生成するステップと
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記磁界と前記金属組成物との前記相互作用によって生じる前記金属組成物の移動が検出される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記生成された画像が、少なくとも約３０．０ナノメートル（ｎｍ）、２５．０ｎｍ、１５．０ｎｍ、１０．０ｎｍ、５．０ｎｍ、４．０ｎｍ、３．０ｎｍ、または２．０ｎｍの位相敏感解像度を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
複数の位相敏感光エネルギーデータラインが捕捉され、前記画像を構成するために使用される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の位相敏感光エネルギーデータラインが空間的および時間的に異なり、前記画像が、該ラインの少なくとも２本を含むＢ−モード画像フレームを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記複数の位相敏感光エネルギーデータラインが時間的に異なり、前記画像が、該ラインの少なくとも２本を含むＭ−モード画像を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
少なくとも第１の位相敏感光エネルギーデータラインが、前記磁界の印加より前に捕捉され、少なくとも第２の位相敏感光エネルギーデータラインが、該磁界の印加時に捕捉され、該捕捉されたラインが、前記画像を生成するために使用される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
少なくとも第１の位相敏感光エネルギーデータラインを、前記磁界の前記印加時に捕捉するステップであって、該磁界が、第１の予め決められた強度を有する、ステップと、
少なくとも第２の位相敏感光エネルギーデータラインを、第２の予め決められた強度を有する第２の磁界の印加時に捕捉するステップと、
前記捕捉されたラインを処理して、前記画像を生成するステップと
をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の予め決められた強度が、前記第２の予め決められた強度未満である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
細胞を検出するための方法であって、
第１の時間変化する磁界を細胞に印加するステップであって、該細胞が、細胞膜および金属組成物を含み、該第１の磁界が該金属組成物と相互作用して、該金属組成物内に渦電流を誘発する、ステップと、
該誘発された渦電流と相互作用する該細胞に第２の磁界を印加して、該細胞中に変化を生じさせるステップと、
該磁界と渦電流との相互作用によって生じる該細胞中の該変化を検出することによって、該細胞を検出するステップであって、該変化が、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティを使用して検出される、ステップと
を含む、方法。
【請求項４２】
前記第２の磁界と前記渦電流との前記相互作用によって生じる前記細胞中の前記変化が、該細胞の移動、前記金属組成物の移動、前記細胞膜の張力レベルの変化、および該細胞の前記内部歪場の変化から成る群から選択される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記金属組成物が非磁気性である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記金属組成物が金、銀、または亜鉛を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記金属組成物が磁気性である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
前記位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティが、光エネルギーを前記細胞間で送受信するためのプローブを備える、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
前記プローブが、前記磁界を前記細胞に印加するための磁気ソースをさらに備える、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記磁界が、前記被験体の外部に位置する磁気ソースから前記細胞に印加される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４９】
前記金属組成物が前記細胞内に配置される、請求項４１に記載の方法。
【請求項５０】
前記金属組成物が、前記細胞の前記細胞膜上の位置にターゲットされる、請求項４１に記載の方法。
【請求項５１】
前記金属組成物が、複数の金属ナノ粒子を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５２】
前記細胞が被験体内に配置され、前記金属組成物が該被験体に投与される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
細胞を検出するためのシステムであって、
磁界を細胞に印加するためのマグネットと、
該細胞が該磁界の存在下にある時に、該細胞を検出するための位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティと
を含む、システム。
【請求項５４】
前記位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティが、光エネルギーを細胞間で送受信するためのプローブを備える、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記プローブが、前記磁界を前記細胞に印加するための前記マグネットをさらに備える、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記システムの前記マグネットが、前記被験体の外部に配置される、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５７】
前記位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティが、
光源、光スプリッタ、プローブ、および基準反射器であって、該光源によって生成された光エネルギーが、該スプリッタに送信され、該スプリッタによって分割されて、基準反射器および前記プローブに送信され得、該プローブが、該プローブに送信された該光エネルギーの少なくとも一部分をターゲット細胞に送信し、該ターゲット細胞から反射される光エネルギーを受信するように構成され、該基準反射器が、該基準反射器に送信された該光エネルギーの少なくとも一部分を反射するように構成される、光源、光スプリッタ、プローブ、および基準反射器と、
該基準反射器から反射される光エネルギー、および該プローブによって受信される光エネルギーを処理して、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像を生成するためのプロセッサと
を備える、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５８】
前記プローブが、単一光ファイバと、前記単一光ファイバと光学的通信する回転反射器とをさらに備える、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記プローブが前記基準反射器を備える、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６０】
金属を含む組成物を検出するための方法であって、
磁界を該組成物に印加するステップであって、該磁界が該組成物と相互作用する、ステップと、
位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティを使用して該組成物を検出するステップとを
含む、方法。
【請求項６１】
前記組成物が細胞の内部に配置される、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記組成物が、細胞の細胞膜の外面に接続される、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記組成物が、前記細胞内の変化を検出することによって、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティを使用して検出される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
検出される前記細胞内の前記変化が、該細胞の移動、前記金属組成物の移動、前記細胞膜の張力レベルの変化、該細胞の内部歪場の変化から成る群から選択される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記組成物が、前記細胞内の変化を検出することによって、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティを使用して検出される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
検出される前記細胞内の前記変化が、該細胞の移動、前記金属組成物の移動、前記細胞膜の張力レベルの変化、該細胞の内部歪場の変化から成る群から選択される、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記組成物が非細胞性生物学的物質に接続される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６８】
前記非細胞性生物学的物質が、タンパク質、脂質、ペプチド、および核酸から成る群から選択される、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記組成物が常磁性材料または磁性材料を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項７０】
組成物を検出するための方法であって、
磁界を該組成物に印加するステップであって、該磁界が該組成物と相互作用する、ステップと、
位相敏感光学コヒーレンス断層撮影モダリティを使用して、該組成物を検出するステップと
を含む、方法。
【請求項７１】
前記組成物が磁性材料または常磁性材料を含む、請求項７０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、２００５年５月２７日に出願された、米国仮特許出願第６０／６８５，５５９号に対する優先権を主張する。上述の出願は、その全体が本明細書において参考として援用される。
【背景技術】
【０００２】
アテローム性動脈硬化症としても周知されている動脈硬化症は、粉瘤またはプラークと呼ばれる、血管壁上における脂肪質の物質の付着から生じるヒトの一般的な病気である。プラークによっては比較的安定しているが、中には、破裂に対して脆弱で、その内容を血流中に放出して凝血を形成するプラークもある。心臓発作およびその他の急性心血管系事象は、一般に、環状動脈における高リスクの脆弱なプラークの破裂から生じる。脆弱なプラークは、３つの主な特徴を有すると考えられ、それらの特徴は、つまり脂質の付着、脂質の貯留を被覆する線維性物質の薄いキャップ、およびマクロファージと呼ばれる免疫性細胞の浸潤である。このような付着物は、抹消血管および環状血管の両方に生じる。付着物が、血管の局所領域に蓄積する場合、狭窄、つまり血管通路が狭くなる状態が生じる。血流は制限され、ヒトの健康は重大なリスクに晒される。動脈プラークを早期に検出して特徴付けると、心筋梗塞、または発作などの心血管系事象を発症するリスクがあることに気が付いてない患者を識別することが可能である。
【０００３】
光学コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）は、様々な器官および組織をうまく画像形成するために使用されてきた。ＯＣＴは、特に、その他の画像診断法と比べた場合、比較的高解像度の画像を生成することができる。しかし、動脈プラークのＯＣＴ画像形成は成功を制限し、脆弱プラークは十分に識別することができない。高解像度のＯＣＴ画像の方法および装置は、動脈プラークの画像形成、および脆弱なプラークの識別に必要である。さらに、類似の方法および装置は、癌および前癌症状を含む被験体のその他の一般的な病変組織、組織、細胞、および病状の画像形成に必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明により、光学コヒーレンス断層撮影法を使用する細胞および組織を検出するシステムおよび方法を提供する。
【０００５】
この方法、システム、および装置は、以下の説明に部分的に記載されており、この説明から部分的に明らかになるか、あるいはこの方法、装置、およびシステムの実践により学習することができる。この方法、装置、およびシステムの利点は、特に添付の請求の範囲で指摘する要素および組合せにより実現および達成される。なお、上記の一般的な説明、および以下の詳細な説明はどちらも、単なる例示および説明であり、請求項に係る方法、装置、およびシステムを制限するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書に含まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、この方法、装置、およびシステムの態様を示し、説明と共に、この方法、装置、およびシステムの原理を説明するのに役立つ。
【０００７】
この方法、装置、およびシステムは、この方法、装置、およびシステムの以下の詳細な説明、およびこの説明に含まれる実施例、並びに図面、その上記および以下の説明を参照すると、より容易に理解することができる。
【０００８】
本発明の化合物、組成物、物品、デバイス、および／または方法を開示し、説明する前に、これらは、特定の統合的な方法、特定の構成要素、または特定の組成物に限定されるのではなく、したがって、当然変更して良いことを理解するべきである。また、本明細書で使用する専門用語は、単に特定の実施態様を説明するためのものであり、制限する意図はない。
【０００９】
本明細書および添付の請求の範囲で使用する場合、単数形の不定冠詞および定冠詞は、文脈上明らかにそうではないことが指示されない限り、複数形の被験体も含む。したがって、たとえば、「１つのナノ粒子」に対する言及は、複数のナノ粒子の混合を含み、「１つのナノ粒子」に対する言及は、このような２つ以上のナノ粒子の混合などを含む。
【００１０】
範囲は、本明細書では、「大よその」ある特定の値、および／または「大よその」別の特定の値を意味する。このような範囲が表現される場合、別の実施態様は、ある特定の値から、および／または多数の特定の値までを含む。同様に、値が、先行詞の「約」を使用して概算として表現される場合、この特定の値は別の実施態様を構成すると考えられる。さらに、各々の範囲の端点は、多数の端点に関連して、および多数の端点に関係なく有意であると考えられる。
【００１１】
「任意の」または「任意に」は、後に説明する事象または状況が発生しても、発生しなくても良いこと、また、この記述は、前記の事象または状況が発生する場合、および発生しない場合を含むことを意味する。たとえば、「任意に置き換えられたシェル金属」は、シェル金属に置き換えても、置き換えなくても良いことを意味し、この記述は、置き換えられなかったシェル金属、および置き換えられた場合のシェル金属の両方を含む。
【００１２】
全体に使用される「被験体」は、個体を意味する。したがって、「被験体」は、猫、犬などの家畜化動物、家畜（たとえば、牛、馬、豚、羊、山羊など）、実験動物（たとえば、マウス、ラビット、ラット、ピッグなど）、および鳥を含む。一態様では、被験体は、霊長類またはヒトなどの哺乳類である。この用語は、特定の年齢または性別を意味しない。したがって、成体および新生児の被験体、並びに胎児は、雄か雌かに関係なく含むことを意図している。
【００１３】
次に、実施例が添付の図面に示されているシステム、方法、装置、および／または構成の例示的な態様を詳細に参照する。
【００１４】
本発明により、光学コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）を使用して、細胞および／または金属組成物を検出するための方法、構成および装置を提供する。「細胞」により、生体または被験体の１つ以上の細胞、または生体または被験体から導かれた細胞を意味する。１つ以上の細胞は、被験体内に配置するか、または生体外に配置することができる。細胞および／または金属組成物を検出するために開示された方法、構成、および装置については、本明細書で、１つ以上の細胞、１つ以上の組成、および／または金属組成物に言及して様々に説明する。１つ以上の被験体、１つ以上の組成または金属組成物に言及して、開示されている方法、構成、および装置の様々な態様を説明する場合、文脈上明らかにそうではないことが指示されない限り、言及されていない１つ以上の細胞、１つ以上の組成および金属組成物に関して、開示された方法、構成、および装置の態様を説明することを含むと考えられる。
【００１５】
細胞を検出するための例示的な方法は、細胞に磁界を印加することを含む。細胞は、細胞膜および金属組成物を含むことが可能である。任意に、金属組成物は、被験体に投与したか、さもなければ細胞に接触ささせた金属ナノ粒子である。
【００１６】
金属組成物は、細胞内に配置するか、細胞の細胞膜内、または細胞の外側に含むことができる。金属粒子は、細胞の外側に配置される場合、細胞の細胞膜の外面に結合するか、またはこの外面を標的とする可能性がある。金属組成物を細胞に結合するか、または金属組成物が細胞を標的とする例示的な方法について、本明細書で説明する。
【００１７】
印加磁界は、細胞内に配置されるか、外面に配置されるか、および細胞に結合されるかどうかに関わらず、金属組成物と相互作用する可能性がある。磁界と組成物との相互作用は、細胞内に変化を生じる可能性がある。細胞「内」の変化は、細胞の細胞膜内部の変化に限られない。細胞「内」の変化は、細胞内の変化を含み、磁界と組成物との相互作用によって生じる細胞に対する、細胞の、または細胞内の何らかの変化も含む。たとえば、細胞「内」で生じる可能性がある変化は、細胞の移動、金属組成物の移動、細胞膜の張力レベルの変化、および細胞の内部歪場における変化を含む。隣接するか、または周囲の細胞または組織の上記の変化を含む変化を生じる細胞内の変化も、検出することができる。したがって、細胞内の変化は、周囲の細胞または組織の変化を生じる可能性がある。周囲細胞または組織中の変化は、本明細書に開示する方法およびシステムを使用して検出することができる。細胞内または細胞の外側に配置される組成物は、印加磁界が接触した場合、細胞内に１つ以上の検出可能な変化を生じる可能性がある。
【００１８】
検出可能な内部歪場は、金属ナノ粒子を含む金属組成物に外力の作用が加わる場合に、細胞内に生成される。外力は、外部磁束密度（Ｂ）の適用により与えられる。各々の金属組成物に対する外力の作用は、金属組成物（ｚｎｐｔ））の移動を生じる可能性があり、その結果、細胞膜の張力レベル、または細胞内の内部歪場の変化を生じる可能性がある。細胞または組織中の各々の金属組成物に対する力の作用は、金属組成物（ｚｎｐｔ））の移動を生じる。金属組成物の移動は、ｚ方向に沿って生じる可能性がある。金属組成物は、ｒｏに位置する金属組成物の場合、ベクトルの変位、ｕｎｐ（ｒｏ）として記入することが可能な任意の方向に移動する可能性もある。金属組成物の変位ｕｎｐ（ｒｏ）は、金属組成物を含む細胞および周囲の細胞内のタンパク質に変位場（ｕ（ｒ，ｒｏ））を生じる可能性がある。均質の弾性媒体の場合、変位場（ｕ（ｒ，ｒｏ））は、たとえば、Ｍｉｎｄｌｉｎの方法に従って半無限の半空間について計算することができる（Ｒ．Ｄ．Ｍｉｎｄｌｉｎ、Ａ  ｆｏｒｃｅ  ａｔ  ａ  ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ａ  ｓｅｍｉ−ｉｎｆｉｎｉｔｅ  ｓｏｌｉｄ，Ｐｈｙｓｉｃｓ  １９３６，７：１９５−２０２、引用することにより、本明細書で示唆する方法に援用する）。不均質な粘弾性媒体の場合、有限要素法数値的アプローチを応用して、細胞内の変位場を計算することができる。ｒｏに配置された金属組成物によって生成される変位場（ｕ（ｒ，ｒｏ））は、特定の方向に沿った変位場の変化によって決まる内部歪場（ｓｔａｉｎ  ｆｉｅｌｄ）を誘発する可能性がある。歪場（εｉｊ（ｒ，ｒｏ）はテンソル量であり、
【００１９】
【化１】
2009507208.tif 000003
によって与えられ、式中、ｕｉ（ｒ，ｒｏ）は、変位場のｉ番目の成分、ｘｊはｊ番目の座標方向である。たとえば、ｊ＝３の場合、ｘ３は、ｚ方向である。細胞内および細胞周囲のすべての金属組成物による細胞内の内部歪場は、各々の金属組成物による歪場の重畳である。
【００２０】
細胞内の変化は、光学コヒーレンス断層撮影画像診断法を使用して検出することができる。したがって、細胞は、このようなモダリティを使用して、磁界と金属組成物との相互作用によって生じる細胞内の変化を検出することにより検出することができる。この変化は、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティを使用して検出することができる。位相敏感光学コヒーレンス断層撮影ＯＣＴ画像診断法の非制限的な実施例について、本明細書で説明する。位相敏感ＯＣＴ画像診断法は、光エネルギーを細胞間で送受信するためのプローブを備えることができる。このプローブは、血試験管内手術のためにサイズおよび形状を決めるか、さもなければ構成することができる。プローブは、磁界を細胞に印加するための磁気ソースをさらに備えることができる。磁界は、被験体の外部または被験体の内部に位置する磁気ソースから細胞に印加することができる。外部源は、プローブ内に配置するか、またはプローブとは別で良い。
【００２１】
金属組成物は、複数の金属ナノ粒子を含む可能性がある。ナノ粒子は、実質的に球形であり、約０．１ナノメートル（ｎｍ）〜約１０００．０ｎｍの直径を有する可能性がある。しかし、ナノ粒子は球形に限られるわけではない。したがって、ナノ粒子は、非対称の形状である。ナノ粒子が非対称の形状である場合、ナノ粒子の最大断面寸法は、長さが約０．１ナノメートル（ｎｍ）〜約１０００．０ｎｍである。
【００２２】
金属組成物は、ゼロでない磁気感受性もしくはゼロ磁気感受性、またはゼロ以外とゼロ磁気感受性との組合せの金属を含むことができる。したがって、組成物がナノ粒子である場合、すべてのナノ粒子は、ゼロでない磁気感受性もしくはゼロ磁気感受性を有するか、またはゼロでない磁気感受性およびゼロ磁気感受性を有する粒子の組合せを有することができる。ゼロでない磁気感受性を有する金属組成物は、ゼロでない磁気感受性を有する金属組成物は、酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケル、クロミウム、およびこれらの組合せから成る群から選択される材料を含むことができる。金属組成物は、ゼロでない導電性もしくはゼロ導電性を有する金属、またはゼロでない導電性金属とゼロ導電性金属との組合せを含むことができる。組成物を検出するための方法も提供し、この方法の場合、組成物は、磁性または常磁性材料を含む。磁性または常磁性材料は、金属であるかまたは非金属であるかに関わらず、上記の方法または上記のシステムに使用することができる。これに関して、印加磁界と接触した時に、細胞内の変化を生じさせるか、または位相敏感光学コヒーレンス断層撮影法を使用して検出可能な任意の材料を使用することができる。同様に、非金属、非磁性粒子は、本明細書に記載する方法およびシステムを使用して、印加磁界と接触させた場合、細胞内に変化を生じさせるために使用するか、または位相敏感光学コヒーレンス断層撮影法を使用して検出することができる。
【００２３】
このシステム、装置、および方法は、磁気感受性を持たない金属組成物を使用して実践することができる。磁気感受性を持たない金属組成物を使用する場合、またはゼロでない磁気感受性を有する化合物を使用する場合、組成物中に渦電流を誘発させることができる。
【００２４】
金属組成物中に渦電流を誘発させるには、第１の時間変化する磁界を細胞に印加する。第１の磁界は、細胞内または細胞の外部の金属組成物と接触させると、金属組成物中に渦電流を誘発することができる。第２の磁界は、誘発された渦電流と相互作用する細胞に印加すると、細胞内に変化を生じさせることができる。この細胞は、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティを使用して、第２磁界と渦電流との相互作用によって生じる細胞内の変化を検出することによって、検出することができる。第２磁界と渦電流との相互作用によって生じる細胞内の例示的な変化は、細胞の移動、金属組成物の移動、細胞膜の張力レベルの変化、および細胞の内部歪場の変化を含む。
【００２５】
したがって、著しい透磁性を持たない金属組成物またはナノ粒子は、使用することができる。たとえば、金ナノ粒子に著しい透磁性がない場合、ターゲットに固有の分子剤（たとえば、抗体）は、ナノ粒子の表面に共役させることができる。高導電性粒子を使用して検出する場合、時間変化する磁界（Ｂ（ｔ））に暴露することによって、粒子中に磁気双極子を誘発させることができる。
【００２６】
時間変化する磁界（Ｂ（ｔ））は、高導電性ナノ粒子中に容量および表面渦電流を誘発する可能性がある粒子中に、起電力または電位を生じる可能性がある。渦電流を発生させるために使用できる磁気パルサーの例示的な回路構成は、ＧＨ  Ｓｃｈｒｏｄｅｒ，Ｆａｓｔ  ｐｕｌｓｅｄ  ｍａｇｎｅｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａ．Ｃｈａｏ  ａｎｄ  Ｍ．Ｔｉｎｇｅｒ，Ｅｄｓ．１９９８、またはＩＥＥＥ  ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＶＯＬ．５４，ＮＯ．６，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２００５，ｐｐ２４８１−２４８５に記載されており、これらは、引用することにより、本明細書に記載する回路構成および方法に援用する。
【００２７】
渦電流は、第２印加磁界（Ｂ２）と相互作用することが可能な時間変化する磁気モーメントを生成することができる。高導電性ナノ粒子または金属組成物、および第２印加磁界中に誘発される渦電流は相互作用して、ナノ粒子または金属組成物中にトルクまたは捩れを生じる可能性がある。誘発されたトルクは、誘発されたトルクは、細胞内のターゲットに機械的に結合されるか、または細胞内部に位置するナノ粒子を捩じる可能性がある。ナノ粒子の捩じる運動は、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影法を使用して検出可能な細胞（周囲の細胞および組織）の内部歪場を修正することができる。
【００２８】
例示的な実施態様では、大きい磁界は、低温の超伝導マグネットにより生成することができる。これらのマグネットは、一度「充電」して低温に維持すれば良く、磁界を維持するための外部電流は不要である。
【００２９】
金属組成物は、被験体に投与することができる。外因性金属組成物、たとえば金属ナノ粒子の投与について、以下で一般的に説明する。任意に、細胞は、被験体内に配置することができ、金属組成物は、被験体に投与することができる。任意に、細胞はマクロファージであるか、少なくとも１つの金属ナノ粒子をマクロファージ内に局在化するか、またはマクロファージと結合することが可能である。マクロファージは、被験体内のアテローム性プラーク中に配置することができる。マクロファージは、被験体の眼の中に局在化することも可能である。
【００３０】
磁界と金属組成物との相互作用によって生じる細胞内の変化は、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像を作成することによって検出することができる。位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像は、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影法モダリティを使用して捕捉した位相敏感光エネルギーデータの１つ以上のラインを含むことができ、少なくとも１つのラインは、磁界の印加時に捕捉される。
【００３１】
１つ以上のデータラインは、光エネルギーを生成し、生成された光エネルギーの少なくとも第１の部分を基準反射器上に送信することによって生成可能であり、この場合、光エネルギーの送信された第１の部分の少なくとも一部分は、基準反射器によって反射される。生成された光エネルギーの少なくとも第２の部分は送信されて、細胞に接触し、この場合、細胞に接触した光エネルギーの少なくとも一部分は、細胞によって反射される。基準反射器および細胞によって反射された光エネルギーは受信され、受信された光エネルギーは結合されて、受信された光エネルギーは干渉することが可能である。結合した光エネルギーは、位相敏感光学コヒーレンスデータラインを生成するように処理される。
【００３２】
１つ以上のデータラインは、光エネルギーを生成し、生成された光エネルギーの少なくとも第１の部分を基準反射器上に送信することによって生成することができ、この場合、光エネルギーの送信された第１の部分の少なくとも一部分は、基準反射器によって反射される。生成された光エネルギーの少なくとも第２の部分は、送信されて金属組成物と接触し、この場合、金属組成物に接触する光エネルギーの少なくとも一部分は、組成物によって反射される。基準反射器および組成物によって反射された光エネルギーは、受信することが可能である。受信された光エネルギーは結合され、受信された光エネルギーは干渉することが可能である。結合した光エネルギーは、位相敏感光学コヒーレンスデータラインを生成するように処理することが可能である。
【００３３】
位相敏感光エネルギーデータラインは、細胞から反射する光の、スペクトルに依存する複雑な振幅Ａｃ（ｖ）を含む可能性があり、ここで、ｖは光の光周波数である。より詳細には、測定できるのは、細胞から反射する光の振幅と基準との積である：Ａｃ（ｖ）・Ａｒ（ｖ）＊、ここで、Ａｒ（ｖ）＊は、基準から反射する光の、スペクトルに依存する複雑な振幅の共役である。量Ａｃ（ｖ）・Ａｒ（ｖ）＊は、Ａｃ（τ）、時間−周波数変換（たとえば、Ｆｏｕｒｉｅｒ）を使用することにより、異なる時間−遅延τにおいて細胞／組織から逆反射される光の位相敏感振幅を決定するために使用することができる。
【００３４】
複数の位相敏感光エネルギーデータラインは、捕捉して画像を構成するために使用することができる。上記のシステムおよび方法を使用して生成される位相敏感画像は、少なくとも約３０．０ナノメートル（ｎｍ）、２５．０ｎｍ、１５．０ｎｍ、１０．０ｎｍ、５．０ｎｍ、４．０ｎｍ、３．０ｎｍ、または２．０ｎｍの位相敏感解像度を有する可能性がある。複数の位相敏感光エネルギーデータラインは、空間的および時間的に異なる可能性があり、少なくとも２つのデータラインのＢ−モード画像フレームを含む可能性がある。複数の位相敏感光エネルギーデータラインも、時間的に異なる可能性があり、画像は、少なくとも２つのラインを含むＭ−モード画像を含む可能性がある。
【００３５】
複数のラインを使用して画像を形成する場合、少なくとも第１の位相敏感光エネルギーデータラインは、磁界を印加する前に捕捉することができ、少なくとも第２の位相敏感光エネルギーデータラインは、磁界の印加時に捕捉することができる。磁界強度は、データラインの捕捉間、または画像の捕捉間で変化する可能性がある。たとえば、少なくとも第１の位相敏感光エネルギーデータラインは、第１の予め決められた強度を有する磁界の印加時に捕捉することができ、少なくとも第２の位相敏感光エネルギーデータラインは、第２の予め決められた強度を有する第２磁界の印加時に捕捉することができる。捕捉されたラインは、画像を形成するように処理することができる。任意に、第１の予め決められた強度は、第２の予め決められた強度より低くて良い。
【００３６】
上記の方法は、従来の強度ベースのＯＣＴのＢ−スキャン画像、および位相敏感Ｂ−スキャン画像の両方の構成を可能にする。表示用の位相敏感Ｂ−スキャン画像は、様々な磁界強度（その１つはゼロ磁界強度で良い）に応じて、少なくとも２つの位相敏感Ｂ−スキャン画像によって形成される位相の変化に対応することが可能である。少なくとも２つのタイプの画像を表示させることができ、第１に、従来の強度ベースのＯＣＴのＢ−スキャン画像、第２に、異なる磁界強度で記録された２つの位相敏感画像の差によって形成される位相敏感Ｂ−スキャン画像である。
【００３７】
さらに、磁界を組成物に印加することによって、金属を含む組成物を検出するための方法であって、磁界が組成物と相互作用する方法を提供する。金属組成物は、金属組成物は、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティを使用して検出することが可能である。全体的に記載されているとおり、組成物は細胞内に配置するか、または細胞に結合させることができる。組成物は、非細胞性生物学的物質に関連して配置することも可能である。たとえば、非細胞性生物学的物質としては、タンパク質、脂質、ペプチド、および核酸が挙げられる。
【００３８】
光学コヒーレンス断層撮影法を使用して、細胞および組織を検出する方法は、複数の金属ナノ粒子を被験体に投与するステップを含むことができる。
【００３９】
任意に、少なくとも１つの投与されたナノ粒子は、被験体内に配置されたマクロファージ中に局在化することができる。少なくとも１つの投与されたナノ粒子は、任意に、被験体内のターゲット部位に局在化するように構成することも可能である。
【００４０】
本明細書に記載する方法では、ゼロでない磁気感受性の材料を含むナノ粒子は、印加磁界によりインビボまたは試験管内で位置的に移動することができる。ゼロでない磁気感受性の材料としては、様々な材料が挙げられる。たとえば、ナノ粒子は、生理学的に許容可能な磁性材料、またはこれらの組合せを含むことができる。磁性材料という用語は、強磁性、常磁性、または超常磁性を示す何らかの材料を任意に含むことができる。たとえば、ナノ粒子は、酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケル、およびクロムから成る群から選択された材料を含むことができる。本明細書の全体に記載されている金属組成物は、投与されるナノ粒子を含み、磁性で良い。任意に、ナノ粒子は酸化鉄を含む。ナノ粒子は、金属または磁性材料を含む場合、以下で説明するとおり、内部または外部で印加された磁界を使用して、被験体内で移動することができる。ゼロでない磁気感受性に関連する任意の金属、またはその組合せを使用することができる。使用可能な多くの金属は、先行技術で公知である；しかし、所望の特性を示す任意の金属を使用することができる。ナノ粒子は、ゼロでない磁気感受性の材料と、ゼロ磁性材料以下の材料との組合せも含むことができる。たとえば、金は、磁気感受性が比較的高い材料（たとえば、鉄）と組み合わせることができる。たとえば、金をコーティングした鉄を使用することができる。ナノ粒子は、ポリマーまたはその他のコーティング材料を単独で、または組み合わせて含んでも良い。このようなポリマーまたはコーティング材料は、ターゲッティングリガンドを付着させるために使用することができ、ターゲッティングリガンドとしては、以下に記載するとおり、抗体を含むが、これらだけに限らない。インビボで使用する場合、投与されるナノ粒子は、被験体によって生理学的に許容され、当業者は、こうしたナノ粒子を容易に判断することができる。
【００４１】
ナノ粒子は固体、中空、ほぼ中空で良く、球形または非対称形で良い。任意に、非対称ナノ粒子の断面は長円形または楕円形である。しかし、当業者は理解するように、その他の非対称な形状を使用しても良い。ナノ粒子は、シェルまたはマルチシェルナノ粒子を含むことができる。シェルまたはマルチシェルナノ粒子は、シェル材料に共役されたターゲッティングリガンドを有することができ、ターゲッティングリガンドは、被験体内または生体外（ｅｘ  ｖｅｖｏ）のターゲット部位に対する親和性を有するか、またはこのターゲット部位に結合する。このようなシェルまたはマルチシェルナノ粒子は、たとえば先行技術で公知の技術、たとえばＬｏｏ等、「Ｎａｎｏｓｈｅｌｌ−Ｅｎａｂｌｅｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ−Ｂａｓｅｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｈｅｒａｐｙ  ｏｆ  Ｃａｎｃｅｒ，」  Ｔｅｃｈ．Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓ．ａｎｄ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，（２００４）３（１）３３−４０に記載されている技術を使用して製造することができ、この文献は、引用することにより、本明細書で示唆する方法に援用する。さらに、Ｏｌｄｅｎｂｕｒｇ等，「Ｎａｎｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ，」Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ（１９９８）２８８，２４３−２４７を、本明細書においてナノシェル合成の方法に援用する。
【００４２】
ナノ粒子を含む金属組成物は、被験体内のターゲット部位に局在化するように構成することができる。たとえば、金属組成物は、新生細胞、ペプチド、タンパク質、または核酸に局在化するように構成することが可能である。任意に、ターゲット部位は、タンパク質の細胞外ドメインである。様々な細胞タイプも、金属組成物のターゲットで良い。たとえば、ターゲット細胞は、新生細胞、扁平細胞（ｓｑｕａｍｅｏｕｓ  ｃｅｌｌ）、移行細胞、基底細胞、筋肉細胞、上皮細胞、および粘膜細胞の１つまたは複数から選択することができる。ターゲット細胞は、被験体内の様々な解剖学的部位に配置することもできる。たとえば、細胞は、肺、気管支、腸、胃、結腸、眼、心臓、血管、頚部、膀胱、尿道、皮膚、筋肉、肝臓、腎臓、および血液から成る群から選択される被験体の解剖学的部位に配置することができる。
【００４３】
投与される１つ以上のナノ粒子は、受動または能動ターゲッティング機序を使用して、被験体内の所望のターゲットに局在化することができる。受動ターゲッティング機序は、被験体固有の防御機序を利用して、自然に粒子クリアランスを行う食細胞を強調する。たとえば、マクロファージが豊富な領域は、被験体内の不安定なアテローム性プラークに病理学的に関連がある。さらに、投与されるナノ粒子、たとえば酸化鉄の小型の超常磁性および超小型の超常磁性粒子は、不安定なプラーク内に位置するマクロファージによってしきりに吸収されるか、または飲み込まれる。したがって、マクロファージは、不安定なアテローム性プラーク内に蓄積し、投与されるナノ粒子を飲み込む被験体の自然な防御機序では、投与されるナノ粒子は、不安定なプラークを受動的にターゲットする。同様に、被験体の眼の中に位置するマクロファージは、ナノ粒子を飲み込むことができる。このようなナノ粒子の受動ターゲッティングは、本明細書に記載する方法および装置に使用して、プラークの不安定さを強調するか、または食細胞のその他の蓄積を強調することができる。
【００４４】
能動ターゲッティング機序は、ナノ粒子のリガンド指向、部位特有のターゲッティングを利用することを意味する。ナノ粒子は、多様なターゲッティングリガンドを使用して、被験体内の所望のターゲット部位局在化するように構成することができ、ターゲッティングリガンドとしては、抗体、ポリペプチド、ペプチド、核酸、および多糖類が挙げられるが、これらだけに限らない。ナノ粒子は、本明細書では、「被ターゲットナノ粒子」を意味する。ターゲッティングリガンド、またはそのフラグメントは、被験体内の被験体内の細胞性、または内因性もしくは外因性生体指標にナノ粒子をターゲットするために使用することができる。このような生体指標または「ターゲット部位」としては、被験体内で発現するタンパク質、ポリペプチド、ペプチド、多糖類、脂質、またはこれらの抗原性部分が挙げられるが、これらだけに限らない。能動ターゲッティング機序を使用して、細胞をターゲットする場合、ターゲットされるナノ粒子は、ターゲットされた細胞によって任意に内在化させることができる。
【００４５】
したがって、開示された方法を使用すると、投与される少なくとも１つのナノ粒子は、被験体内に位置するマクロファージ内に任意に局在化させることができるか、および／またはターゲットされる少なくとも１つのナノ粒子は、被験体内の所望のターゲット部位に局在化させることができる。
【００４６】
しかし、この方法および装置は、被験体に対するインビボの投与に限られない。当業者には明らかなとおり、被ターゲットナノ粒子を含むナノ粒子は、試験管内で生体外サンプルに投与し、ナノ粒子を所望のターゲット部位に局在化させて、その後、試験管内で画像形成することが可能である。さらに、少なくとも１つのナノ粒子を含む組成物は、被験体のインビボに投与することができ、サンプルは、その後、被験体から取り出し、本明細書に記載する方法、システム、および装置を使用して生体外で画像形成することができる。
【００４７】
被ターゲットナノ粒子を使用する場合、インビボまたは試験管内のターゲット部位は、内因性または外因性で良い。ターゲット部位は、器官、細胞、細胞種類、血管、血栓、線維素、および感染体抗原、またはこれらの部分から成る群から選択することができる。任意に、ターゲット部位は新生細胞で良い。ターゲット部位は、タンパク質の細胞外ドメインでも良い。さらに、ターゲット部位は、肺、気管支、腸、胃、結腸、心臓、脳、血管、頚部、膀胱、尿道、皮膚、筋肉、  肝臓、腎臓、および血液から成る群から選択することができる。たとえば、細胞は、新生細胞、扁平細胞（ｓｑｕａｍｅｏｕｓ  ｃｅｌｌ）、移行細胞、基底細胞、筋肉細胞、上皮細胞、リンパ球、白血球、単核白血球、赤血球、および粘膜細胞から成る群から選択することができるが、これらだけに限らない。
【００４８】
したがって、被ターゲットナノ粒子は、様々な細胞、細胞種類、抗原（内因性および外因性）、エピトープ、細胞膜タンパク質、器官、マーカー、腫瘍マーカー、血管形成マーカー、血管、血栓、線維素、および感染体で良い。たとえば、ターゲットされるナノ粒子は、被験体内で発現するターゲットに局在化するように生成することができる。任意に、ターゲットはタンパク質で良く、細胞外ドメインまたは膜貫通ドメインを有するタンパク質で良い。任意に、ターゲットは、タンパク質の細胞外ドメインで良い。
【００４９】
所望のターゲットは、様々な病状、器官、および／または細胞の分子署名に基づいて決めることができるが、これらだけに限らない。たとえば、インテグリンαｖβ３、細胞内粘着分子−１（Ｉ−ＣＡＭ−１）、線維素原受容体  ＧＰＩＩｂ／ＩＩＩａ、およびＶＥＧＦ受容体などの粘着分子は、血管形成、炎症、または血栓の領域で発現する。これらの分子署名は、ターゲッティングリガンドを使用してナノ粒子を局在化するために使用することができる。本明細書に記載する方法は、ＶＥＧＦＲ２、Ｉ−ＣＡＭ−１、αｖβ３インテグリン、αｖインテグリン、線維素原受容体  ＧＰＩＩｂ／ＩＩＨａ、Ｐ−セレクチン、および／または抗粘膜アドレシン細胞（ａｄｒｅｓｓｉｎ  ｃｅｌｌ）接着分子−１の１つまたは複数に被ターゲットナノ粒子を任意に使用する。
【００５０】
本明細書で使用する場合、「エピトープ」という用語は、以下に記載するとおり、ターゲッティングリガンドと特定の相互作用をすることが可能な任意の決定基を含むことを意味する。エピトープ決定基は、アミノ酸または糖側鎖などの分子の化学活性表面グルーピングから構成し、固有の３次元構造特性、および固有の電荷特性を有することができる。
【００５１】
画像形成にターゲットされる細胞、組織、または器官、たとえば前癌、癌、新生物、または超増殖性細胞、組織、または器官内で発現または過発現する分子に特有のターゲッティングリガンドは、本明細書に記載するナノ粒子に使用することができる。この用途としては、組織または器官内における前癌、癌、新生物、または超増殖性細胞のインビボまたは試験管内における画像形成、検出、または診断が挙げられる。本発明の組成物および方法は、癌を検出および診断する際に使用される診断キットに使用または提供することができる。
【００５２】
本発明で使用するとおり、画像形成、検出または診断されるターゲット癌は、リンパ腫（Ｈｏｄｇｋｉｎｓおよび非Ｈｏｄｇｋｉｎｓ）、Ｂ細胞リンパ腫、Ｔ細胞リンパ腫、骨髄性白血病、白血病、菌状息肉腫、癌腫、固体組織内癌腫、扁平細胞癌腫、腺癌腫、肉腫、神経膠腫、芽球腫、神経芽細胞腫、形質細胞腫、組織球腫、黒色腫、腺腫、低酸素腫瘍、骨髄腫、ＡＩＤＳ関連リンパ腫または肉腫、転移性癌、膀胱癌、脳腫瘍、神経系癌、頭頚部扁平細胞癌腫癌腫、神経芽細胞腫／グリア芽腫、卵巣癌、皮膚癌、肝臓癌、黒色腫、口腔、咽喉、咽頭および肺の扁平細胞癌腫、結腸癌、子宮頸癌、頚癌、乳癌、上皮癌、腎臓癌、泌尿生殖器癌、肺癌、食道癌、頭頚部癌腫、造血癌、睾丸癌、結腸直腸癌、前立腺癌、または膵臓癌から成る群から選択することが可能であるが、これらだけに限らない。
【００５３】
画像形成、検出または診断される前癌症状としては、子宮頚部および肛門異形成、その他の異形成、重度異形成、過形成、特殊な過形成、および新生組織形成が挙げられるが、これらだけに限らない。しかし、当業者には明らかなとおり、本明細書に記載する方法および装置を使用して、その他の癌および前癌症状を画像形成、検出または診断することができる。
【００５４】
当該分野で公知の方法、および本明細書に記載されている方法を使用して、多クローンまたは単クローン抗体などのターゲッティングリガンドは、被験体内の所望のターゲット部位に生成することができる。したがって、被ターゲットナノ粒子は、抗体またはそのフラグメントをさらに含むことができる。抗体を生成し、特徴付ける方法は、先行技術で十分に公知である（たとえば、Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ：  Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ，Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，１９８８参照。これは、引用することにより、本明細書で示唆する方法に援用される）。
【００５５】
単クローン抗体は、実質的に均質な抗体の個体群から得られ、つまり、個体群を含む個々の抗体は、自然発生の可能性がある突然変異体を除いて同じであり、こうした突然変異体は、わずかな量だけ存在する可能性がある。したがって、修飾語句の「単クローン」は、個々の抗体の混合物ではなく、抗体の特性を示す。
【００５６】
たとえば、本発明の単クローン抗体は、Ｋｏｈｌｅｒ  ＆  Ｍｉｌｓｔｅｉｎ，Ｎａｔｕｒｅ  ２５６：４９５（１９７５）に最初に記載されたハイブリドーマ法を使用して製造することができるか、または組換え型ＤＮＡ法（Ｃａｂｉｌｌｙ等、米国特許第４，８１６，５６７号）により製造することができる。
【００５７】
ハイブリドーマ法では、マウスまたはその他の適切な宿主動物、たとえばハムスターは、免疫化に使用される抗原に特異的に結合する抗体を生成または生成することができるリンパ球を誘導するように、免疫化することができる。別法によると、リンパ球は、試験管内で免疫化することができる。リンパ球は、次に、ポリエチレングリコールなどの適切な融剤を使用して骨髄腫と融合させて、ハイブリドーマ細胞を形成することができる（Ｇｏｄｉｎｇ，Ｍｏｎｏｃｌｏｎａｌ  Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ：  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｐｐ．５９−１０３（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９８６））。
【００５８】
単クローン抗体をコード化するＤＮＡは、従来の手順を使用して容易に隔離し、配列することができる（たとえば、ネズミ抗体の重鎖および軽鎖をコード化する遺伝子に特異的に結合することが可能なオリゴヌクレオチドプローブを使用することにより）。ハイブリドーマ細胞は、こうしたＤＮＡの好ましい源として役立つ可能性がある。ＤＮＡは、隔離された後、発現ベクトル内に配置することができ、次に、さもなければ免疫グロブリンタンパク質を生成しないシミアンＣＯＳ細胞、チャイニーズハムスターの卵巣（ＣＨＯ）細胞、または骨髄腫細胞などの宿主細胞中にトランスフェクトして、組換え型宿主細胞中で単クローン抗体を合成することができる。ＤＮＡは、たとえば、均質なネズミ配列、Ｍｏｒｒｉｓｏｎ，等、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ  ８１，６８５１（１９８４）をヒトの重鎖および軽鎖定常ドメインのコード配列に置き換えることにより、あるいは、非免疫グロブリンポリペプチドのコード配列の全部または一部を免疫グロブリンのコード配列に共有結合させることにより変更することも可能である。この方法では、抗癌、前癌、または超増殖性細胞の結合特異性を有する「キメラ」または「ハイブリッド」抗体を作成することができる。任意に、本明細書で使用する抗体は、「ヒト化」されるか、または完全にヒトである。
【００５９】
非免疫グロブリンポリペプチドは、本発明の抗体の定常ドメインに置き換えるか、または本発明の抗体の１つの抗原結合部位の可変ドメインに置き換えて、第１の抗原特異性を有するある抗原結合部位、および異なる抗原特異性を有する別の抗原結合部位を含むキメラ２価抗体を生成することができる。
【００６０】
キメラまたはハイブリッド抗体は、架橋剤を伴うものを含む合成タンパク質化学の公知の方法を使用して、試験管内で作成することも可能である。
【００６１】
非ヒト抗体をヒト化する方法は、先行技術で十分に公知である。一般に、ヒト化抗体は、非ヒトである源から抗体内に導入された１つ以上のアミノ酸残基を有する。これらの非ヒトアミノ酸残基は、多くの場合、「移入」残基と呼ばれ、一般に、「移入」可変ドメインから取得される。ヒト化は、基本的にＷｉｎｔｅｒ  ａｎｄ  ｃｏ−ｗｏｒｋｅｒｓ（Ｊｏｎｅｓ等、Ｎａｔｕｒｅ  ３２１，５２２−５２５（１９８６）；Ｒｉｅｃｈｍａｎｎ等，Ｎａｔｕｒｅ  ３３２，３２３−３２７（１９８８）；Ｖｅｒｈｏｅｙｅｎ等，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２３９，１５３４−１５３６（１９８８））の方法に従って、齧歯類ＣＤＲまたはＣＤＲ配列をヒト抗体の対応する配列に置き換えることによって行うことができる。したがって、このような「ヒト化」抗体は、無傷のヒトの可変ドメイン未満が非ヒト種からの対応する配列に置き換えられたキメラ抗体である。実際上、ヒト化抗体は、一般に、あるＣＤＲ残基と、おそらくあるＦＲ残基とが、齧歯類抗体中の類似部位からの残基に置き換えられたヒト抗体である。
【００６２】
抗体は、ターゲット部位の抗原に対する高度の親和性、およびその他の好ましい生物学的特性を保持した状態でヒト化することができる。ヒト化抗体は、親およびヒト化配列の３次元モデルを使用して、親配列および様々な概念的ヒト化生成物の分析プロセスによって作成することができる。３次元免疫グロブリンモデルは、一般的に入手可能であり、当業者に良く知られている。コンピュータプログラムは、選択された候補免疫グロブリン配列の可能性のある３次元立体配座構造を図示および表示するプログラムが入手可能である。これらの表示を検査すると、候補免疫グロブリン配列が機能する際の残基の考えられる役割の分析つまり、抗原に結合する候補免疫グロブリンの能力に影響を与える残基の分析を可能にする。このようにして、コンセンサス配列および移入配列からＦＲ残基が選択されて結合され、ターゲット部位の抗原の親和性の増加など、所望の抗体特性を達成することができる。一般に、ＣＤＲ残基は、抗原の結合に直接的かつ最も実質的に関連がある。
【００６３】
ヒト単クローン抗体は、ハイブリドーマ法によって製造することができる。ヒト骨髄腫およびマウス−ヒトヘテロ骨髄腫の細胞株は、たとえば、Ｋｏｚｂｏｒ，Ｊ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．１３３，３００１（１９８４），およびＢｒｏｄｅｕｒ等，Ｍｏｎｏｃｌｏｎａｌ  Ａｎｔｉｂｏｄｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｐｐ．５１−６３（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８７）で説明されている。
【００６４】
遺伝子組換え動物（たとえば、マウス）としては、免疫化後、内因性免疫グロブリンが生成されない状態で、ヒト抗体のレパートリーを生成することが可能な動物を使用することができる。たとえば、キメラおよび生殖細胞系突然変異体のマウスにおける抗体重鎖結合領域（ＪＨ）遺伝子のホモ接合体欠失は、内因性抗体の生成の完全な抑制を生じることが説明されている。このような生殖細胞系突然変異体マウスにおけるヒト生殖細胞系免疫グロブリン遺伝子アレイの導入は、抗原チャレンジ後にヒト抗体を生じる。たとえば、Ｊａｋｏｂｏｖｉｔｓ等，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  ９０，２５５１−２５５（１９９３）；Ｊａｋｏｂｏｖｉｔｓ等、Ｎａｔｕｒｅ  ３６２，２５５−２５８（１９９３）参照。
【００６５】
別法によると、ファージ提示技術（ＭｃＣａｆｆｅｒｔｙ等，Ｎａｔｕｒｅ  ３４８，５５２−５５３（１９９０））は、非免疫化ドナーの免疫グロブリン可変（Ｖ）ドメイン遺伝子レパートリーから、ヒト抗体および抗体フラグメントを試験管内で生成するために使用することができる。この技術によると、抗体Ｖドメイン遺伝子は、フレーム単位で、フィラメント状バクテリオファージ、たとえばＭ１３またはｆｄのメジャーまたはマイナーコートタンパク質遺伝子にクローン化され、機能抗体フラグメントとして、ファージ粒子の表面上に表示される。フィラメント状粒子は、ファージゲノムの単鎖ＤＮＡコピーを含むため、抗体の機能特性に基づく選択によって、これらの特性を示す抗体をコード化する遺伝子が選択される。したがって、ファージは、Ｂ細胞の特性を摸倣する。ファージ表示は、様々な形式で行うことができる；たとえば、Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｋｅｖｉｎ  Ｓ．およびＣｈｉｓｗｅｌｌ，Ｄａｖｉｄ  Ｊ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ３，５６４−５７１（１９９３）参照。Ｖ遺伝子セグメントのいくつかの源をファージ表示に使用することができる。Ｃｌａｃｋｓｏｎ等、Ｎａｔｕｒｅ  ３５２，６２４−６２８（１９９１）は、免疫化マウスの脾臓から引き出されたＶ遺伝子の小さいランダムな組合せのライブラリから、抗オキサゾロン抗体の様々なアレイを隔離した。免疫化ヒトドナーのＶ遺伝子のレパートリーを構成し、抗原（自己抗原を含む）の多様なアレイに対する抗体は、基本的に、Ｍａｒｋｓ等，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．２２２，５８１−５９７（１９９１），またはＧｒｉｆｆｉｔｈ等，ＥＭＢＯ  Ｊ．１２，７２５−７３４（１９９３）に記載されている以下の技術に従って隔離することができる。自然な免疫反応では、抗体遺伝子は、突然変異体を高速度で蓄積する（体細胞超変位）。導入される変化によっては、比較的高度の親和性を与え、高親和性表面免疫グロブリンを示すＢ細胞は、その後の抗原チャレンジの際に模写および差別化することが好ましい。この自然のプロセスは、「鎖シャフリング」（Ｍａｒｋｓ等、Ｂｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌ．１０，７７９−７８３（１９９２））として周知されている技術を使用することによって摸倣することができる。この方法では、ファージ表示によって得られる「一次」ヒト抗体の親和性は、重鎖および軽鎖Ｖ領域遺伝子を、非免疫化ドナーから得られたＶドメイン遺伝子の自然発生変異体のレパートリー（レパートリー）と順次置き換えることによって改善することができる。この技術は、ｎＭ範囲の親和性を有する抗体および抗体フラグメントの製造を可能にする。非常に大型のファージ抗体レパートリー（「巨大ライブラリ」としても公知）を製造するための方法は、Ｗａｔｅｒｈｏｕｓｅ等，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．２１，２２６５−２２６６（１９９３）に記載されており、このような大型ファージライブラリから直接高親和性ヒト抗体を隔離する方法は、Ｇｒｉｆｆｉｔｈ等、ＥＭＢＯ  Ｊ．（１９９４）によって報告されている。遺伝子シャフリングは、ヒト抗体が、開始齧歯類抗体に類似する親和性および特異性を有する場合、ヒト抗体を齧歯類抗体から引き出すために使用することもできる。「エピトープインプリント」とも呼ばれるこの方法によると、ファージ表示技術によって得られる齧歯類抗体の重鎖または軽鎖Ｖドメイン遺伝子は、ヒトＶドメイン遺伝子のレパートリーと置き換えられ、齧歯類−ヒトキメラが形成される。抗原の選択によって、有効な抗原−結合部位を回復することが可能な可変のヒトの隔離が生じ、つまり、エピトープは、パートナーの選択を支配する（インプリントする）。このプロセスは、残りの齧歯類Ｖドメインを置き換えるために繰り返され、ヒト抗体が得られる（１９９３年４月１日に発行された国際公開第ＷＯ９３／０６２１３号参照）。ＣＤＲグラフトによる齧歯類抗体の従来のヒト化と違って、この技術は、齧歯類起源のフレームワークまたはＣＤＲ残基がない完全なヒト抗体を提供する。
【００６６】
二重特異性抗体は、少なくとも２種類の抗原の特異性を結合する単クローンの、好ましくはヒトまたはヒト化抗体である。結合する特異性の一方は第１の抗原の特異性であり、他方の特異性は第２の抗原の特異性である。
【００６７】
従来、二重特異性抗体の組換え型の生成は、２つの重鎖が異なる特異性（ＭｉｌｌｓｔｅｉｎおよびＣｕｅｌｌｏ，Ｎａｔｕｒｅ  ３０５，５３７−５３９（１９８３））を有する２つの免疫グロブリンの重鎖−軽鎖対の同時発現に基づく。免疫グロブリン重鎖および軽鎖の任意の組合せにより、これらのハイブリドーマ（クァドローマ）は、１０種類の抗体分子の潜在的な混合物を生成し、そのうちの１つのみが、正しい二重特異性構造を有する。通常、親和性クロマトグラフィステップで行われる正しい分子の浄化は、どちらかと言えば面倒であり、生成物の収量は少ない。同様の手順は、国際公開第ＷＯ９３／０８８２９号１９９３年５月１３日発行）、およびＴｒａｕｎｅｃｋｅｒ等，ＥＭＢＯ  １０，３６５５−３６５９（１９９１）に開示されている。二重特異性抗体の生成に関するその他の詳細は、たとえば、Ｓｕｒｅｓｈ等、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ  １２１，２１０（１９８６）参照。
【００６８】
ヘテロ共役抗体も、本明細書に記載する構成および方法の範囲内である。ヘテロ共役抗体は、２つの共有結合抗体から構成される。ヘテロ共役抗体は、任意の都合の良い架橋方法を用いて製造することができる。適切な架橋剤は先行技術で公知であり、多くの架橋技術と共に、米国特許第４，６７６，９８０号に開示されている。
【００６９】
様々な免疫学的検定形式を使用して、所望のターゲット部位またはターゲット部位の抗原に選択的に結合する抗体を選択することができる。たとえば、固相ＥＬＩＳＡ免疫学的検定は、タンパク質、タンパク質変異体、またはこれらのフラグメントに選択的に免疫反応性の抗体を選択するために、一般的に使用される。選択的結合を決定するために使用できる免疫学的検定形式および条件の説明は、ＨａｒｌｏｗおよびＬａｎｅ．Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ，Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ．Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，（１９８８）参照。単クローン抗体の親和性の結合は、たとえば、Ｓｃａｔｃｈａｒｄ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｍｕｎｓｏｎ等，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，１０７：２２０（１９８０）によって決定することができる。
【００７０】
被ターゲットナノ粒子は、抗体またはそのフラグメントを含むだけではなく、ポリペプチドまたはそのフラグメントであるターゲッティングリガンドも含む。任意に、ターゲット細胞によって内在化するポリペプチドは、ナノ粒子の表面に付着することができる。内在化するリガンドは、任意に、ナノ粒子をターゲット細胞中に内在化するために使用することができる。変更されたファージライブラリを使用すると、所望のターゲット細胞によって内在化される特定のポリペプチド配列をスクリーニングすることができる。たとえば、Ｋｅｌｌｙ等，「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｖａｓｃｕｌａｒ  Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅ−１  Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  Ｒｅｓ．，（２００５）９６：３２７−３３６に記載されている方法であって引用することにより、本明細書で示唆する方法に援用される方法を使用すると、ＶＣＡＭ−１を発現する細胞、または被験体となるリガンドを発現するその他の細胞によって内在化されるポリペプチドを選択することができる。
【００７１】
所望のターゲットを拘束可能なタンパク質を隔離するには、多くの方法がある。たとえば、ファージ表示ライブラリは、特異的なターゲットと相互作用する多くのポリペプチドを隔離するために使用されてきた（たとえば、米国特許第６，０３１，０７１号；第５，８２４，５２０号；第５，５９６，０７９号；および第５，５６５，３３２号参照。これらは、少なくとも、ファージ表示に関連する材料、および組合せ化学に関連する方法を引用することにより、本明細書に援用する）。したがって、被ターゲットナノ粒子は、所望のターゲットと相互作用するポリペプチド、またはそのフラグメントを含むことができる。被ターゲットナノ粒子は、抗体またはファージの結合ドメインも含むことができる。
【００７２】
「ポリペプチド」または「ペプチド」という用語は、本明細書では、ペプチド結合によって連鎖する２つ以上のアミノ酸を意味するために、広く使用される。「フラグメント」または「タンパク質分解フラグメント」という用語も、本明細書では、タンパク質分解反応によってポリペプチド上に生成可能な生成物、つまり、ポリペプチドにおけるペプチド結合の開裂後に生成されるペプチドを意味するために使用される。フラグメントは、タンパク質分解反応によって生成することができるが、フラグメントは、必ずしもタンパク質分解反応によって生成する必要はなく、タンパク質分解フラグメントと等価な合成ペプチドを生成するための化学合成法、または組換え型ＤＮＡ技術の方法を使用して生成可能であることを理解するべきである。「ポリペプチド」という用語は、本明細書では、分子を含む特異的なサイズまたは数のアミノ酸を示唆するために使用されるのではなく、本発明のポリペプチドは、数個以上のアミノ酸残基を含むことができると考えるべきである。
【００７３】
ナノ粒子は、消耗のターゲット部位に選択的または特異的に結合するか、および／またはターゲット細胞によって内在化することができる。このような選択的または特異的結合および／または内在化は、本明細書に記載する方法、システムおよび装置を使用して、容易に決定することができる。たとえば、選択的または特異的な結合は、被ターゲットナノ粒子を投与し、所望のターゲット部位に結合されるか、または所望のターゲット細胞中に内在化したナノ粒子からの光散乱の増加を検出することにより、インビボまたはインビトロで判断することができる。光散乱の検出は、以下に記載するシステムおよび装置を使用して測定することができる。
【００７４】
したがって、被ターゲットナノ粒子は、たとえばターゲッティングリガンドなど、ターゲッティングの特性を除いて、被ターゲットナノ粒子のすべての成分を有するコントロールナノ粒子と比較することができる。コントロールナノ粒子と対比して、所望のターゲット部位に結合した被ターゲットナノ粒子からの位相敏感画像データを検出することによって、結合または内在化の特異性または選択性を判断することができる。抗体、ポリペプチド、もしくはそのフラグメント、またはその他のターゲッティングリガンドを使用する場合、ターゲットの選択的または特異的結合は、標準の抗原／ポリペプチド／エピトープ／抗体の相補的な結合関係に基づいて判断することができる。さらに、その他のコントロールを使用することができる。たとえば、ナノ粒子の特異的または選択的ターゲッティングは、被ターゲットナノ粒子をコントロール組織に暴露することによって判断することができ、こうした組織は、所望のターゲットリガンドまたはエピトープを除いて、テストまたは被験体組織のすべての成分を含む。コントロールサンプルをテストサンプルと比較するため、たとえば、以下に記載するシステムによって、光散乱のレベルを検出して、レベルまたは位置の差を比較することができる。
【００７５】
ターゲッティングリガンドは、少なくとも１つのナノ粒子の表面またはシェルに結合することが可能である。ターゲッティングリガンドを含む被ターゲットナノ粒子は、先行技術で公知の方法により製造することができる。たとえば、リガンドは、ナノ粒子の表面に共役することができ、こうしたリガンドとしては、抗体、ペプチド、ポリペプチド、またはこれらのフラグメントを含むが、これらだけに限らない。
【００７６】
ターゲッティングリガンドをナノ粒子に共役させるために先行技術で公知の任意の方法を使用することができ、たとえば、Ｈｕｎｔｅｒ，等，Ｎａｔｕｒｅ  １４４：９４５（１９６２）；Ｄａｖｉｄ，等，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  １３：１０１４（１９７４）；Ｐａｉｎ，等，Ｊ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．Ｍｅｔｈ．４０：２１９（１９８１）；およびＮｙｇｒｅｎ，Ｊ．Ｈｉｓｔｏｃｈｅｍ．ａｎｄ  Ｃｙｔｏｃｈｅｍ．３０：４０７（１９８２）によって記載される方法などが挙げられる。確立されたプロトコルは、広範な生体分子、たとえばタンパク質Ａ、アビジン、ストレプトアビジン、ブドウ糖酸化酵素、西洋ワサビペロオキシダーゼ、およびＩｇＧ（抗体）を使用して、金属ナノ粒子を標識するために開発された。ナノ粒子は、生物有機分子を使ってその表面上に生成することができる（ＤＮＡ、抗体、アビジン、ホスホリピドなど）。ナノ粒子は、有機および生体分子を使って特徴付け、変更し、共役させることができる。ポリマーまたはその他の中間分子は、抗体またはその他のターゲッティングリガンドをナノ粒子の表面につなぎ留めるために使用することができる。リガンドをナノ粒子につなぎ留める方法は、先行技術で公知であり、たとえば、Ｌｏｏ等，「Ｎａｎｏｓｈｅｌｌ−Ｅｎａｂｌｅｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ−Ｂａｓｅｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｈｅｒａｐｙ  ｏｆ  Ｃａｎｃｅｒ」、Ｔｅｃｈ．Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓ．ａｎｄ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，（２００４）３（１）３３−４０に記載されており、この文献は、引用することにより、本明細書で示唆する方法に援用する。
【００７７】
ナノ粒子に対するターゲッティングリガンドの共役結合は、たとえば、既存の側鎖を直接凝縮させるか、または外部の架橋分子を組み込むことによって行うことができる。多くの２価剤または多価剤は、ポリペプチド分子をその他の粒子、ナノ粒子、タンパク質、ペプチド、またはアミン官能基に結合する際に有用である可能性がある。結合剤の例は、カルボジイジイミド、ジイソシアネート、グルタルアルデヒド、ジアゾベンゼン、およびヘキセメチレンジアミンである。このリストは、先行技術で公知の様々な結合剤を網羅するのではなく、使用可能な多くの比較的一般的な結合剤を例示することを意図している。
【００７８】
任意に、抗体を使用する場合、最初に抗体を誘導体化し、次に、誘導体化された生成物にナノ粒子を付着させることができる。本明細書で使用する場合、「誘導体化」という用語は、抗体基質を適切なか教材で化学修飾することを説明するために使用される。この方法に使用される架橋剤の例としては、リンカーＳＰＤＰ（Ｎ−スクシンイミジル−３−（２−ピリジルジチオ）プロピオネート、およびＳＭＰＴ（４−スクシンイミジル−オキシカルボニル−α−メチル−α（２−ピリジルチオ）トルエンが挙げられる。
【００７９】
ターゲッティングリガンドは、ビオチニル化抗体分子の作成、およびその後のストレプトアビジン／ナノ粒子共役体との相互作用を含む方法を使用して、ナノ粒子に共役させることも可能である。この方法は、ビオチンとストレプトアビジンとの間の生物学的に特異的な強度の相互作用、およびストレプトアビジンをナノ粒子上で不動態化するために公知のプロトコルを利用する。チオール末端アルキル鎖を有するポリペプチドは、Ｅｌｇｈａｎｉａｎ，Ｒ．等に記載されている手順、つまり金ナノ粒子の距離依存光特性に基づくポリヌクレオチドの選択的比色分析検出を使用して、ナノ粒子の表面に直接付着させることができる。Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９７．２７７（５３２９）：ｐ．１０７８−１０８０（引用することにより、本明細書で示唆する方法に援用する）。共役手順には、チオール末端ポリペプチドと、比較的小さいメルカプト分子との混合物を使用して、ポリペプチドの高密度不動態化を防止することができる。
【００８０】
被ターゲットナノ粒子は、ビオチニル化表面を使って生成することができ、アビジン化抗体、ペプチド、ポリペプチド、またはそのフラグメントは、アビジン−ビオチン架橋化学反応を使って、ナノ粒子表面に付着させることができる。アビジン化ナノ粒子を使用することができ、ビオチニル化抗体もしくはそのフラグメント、または別のビオチニル化ターゲッティングリガンドもしくはそのフラグメントを被験体に投与することができる。たとえば、ビオチニル化ターゲッティングリガンド、たとえば抗体、タンパク質、またはその他のバイオコンジュゲートを使用することが可能である。したがって、ビオチニル化抗体、ターゲッティングリガンドもしくは分子、またはこれらのフラグメントは、被験体内の所望のターゲットに結合することができる。所望のターゲットに結合された後、アビジン化表面を有するナノ粒子は、ビオチニル化抗体、ターゲッティング分子、またはこれらのフラグメントに結合することができる。このようにして結合すると、光エネルギーは、結合ナノ粒子に送信されて、送信された光の光散乱を生成することができる。アビジン化ナノ粒子は、ビオチニル化抗体、ターゲッティングリガンドもしくは分子、またはこれらのフラグメントにも結合した後、被験体に投与される。
【００８１】
ビオチニル化表面またはアビジン化表面を有する被ターゲットナノ粒子を使用する場合、ターゲッティングリガンドは、被験体に投与することができる。たとえば、ビオチニル化ターゲッティングリガンド、たとえば抗体、ポリペプチドもしくはその他のバイオコンジュゲート、またはこれらのフラグメントは、被験体に投与することができ、ターゲット部位に蓄積することが可能である。
【００８２】
ビオチニル化表面を有する被ターゲットナノ粒子を使用する場合、ビオチニル化ターゲッティングリガンドに付着するアビジンリンカー分子は、被験体に投与することができる。次に、ビオチニル化シェルを有する被ターゲットナノ粒子は、被験体に投与することができる。被ターゲットナノ粒子は、アビジンリンカー分子に結合し、このアビジンリンカー分子は、それ自体所望のターゲットに結合するビオチニル化ターゲッティングリガンドに結合する。このようにして、３ステップ法を使用すると、ナノ粒子を所望のターゲットにターゲットするために使用することができる。ターゲッティングリガンドは、当業者には明らかなとおり、上記で詳細に説明したすべての所望のターゲットに結合することができる。
【００８３】
被ターゲットナノ粒子を含むナノ粒子は、多様なマーカー、検出可能な分子、またはラベルも含むことが可能である。したがって、たとえば、表面に付着したターゲッティングリガンドを有するナノ粒子は、べつの検出可能な部分またはラベルも含むことが可能である。本明細書で使用する場合、「検出可能な部分」という用語は、任意の適切なラベル、たとえば酵素、蛍光体、ビオチン、発色団、放射性同位体、着色粒子、電気化学的、化学的修飾または化学発光部分を意味することを意図しているが、これらだけに限らない。一般的な蛍光部分としては、蛍光色素、シアニン染料、クマリン、フィエコリトリン、フィコビリタンパク質、塩化ダンシル、テキサスレッド、およびランタニド複合体が挙げられる。当然、これらの化合物の誘導体は、共通の蛍光部分として含まれる。
【００８４】
検出可能な部分の検出は、検出可能な部分が、たとえば蛍光体の場合、それ自体で検出可能であれば、直接行うことができる。別法によると、検出可能な部分の検出は、間接的に行うことができる。後者の場合、検出可能な部分と反応可能な第２の部分は、それ自体が直接検出可能であれば使用することができる。
【００８５】
少なくとも１つのナノ粒子を含む組成物は、被験体に対して、経口、非経口（たとえば、経静脈的に）筋肉注射、腹腔内注射、経皮的、対外的、局所的または同様の方法で投与することができる。組成物を使用する場合、組成物の非経口的投与は、一般に注射が特徴である。注入物質は、従来の形式で、たとえば液体溶液または懸濁液、注入前の液体中における懸濁液溶液に適する固体形式、または乳濁液として用意することができる。
【００８６】
ナノ粒子を含む組成物は、製薬学的に許容可能な担体と組み合わせて使用することができる。「製薬学的に許容可能」によって、生物学的に、あるいは他の状態で有害ではない材料を意味する、つまり、材料は、任意の望ましくない生物学的影響または有害な相互作用を生じることなく、材料中に含まれている製薬学的組成物の任意のその他の成分と共に、ナノ粒子と一緒に被験体に投与することができる。担体は、当然、当業者が十分に周知しているように、有効成分の劣化を最小限にし、被験体内における有害な副作用を最小限にするように選択される。
【００８７】
適切な担体およびその処方は、Ｒｅｍｉｎｇｔｏｎ：Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｏｆ  Ｐｈａｒｍａｃｙ（１９ｔｈ  ｅｄ．）ｅｄ．Ａ．Ｒ．Ｇｅｎｎａｒｏ，Ｍａｃｋ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｅａｓｔｏｎ，Ｐａ．１９９５に記載されている。一般に、適量の製薬学的に許容可能な塩を製剤に使用して、製剤を等浸透圧状態にする。Ａ薬学的に許容可能な担体の例としては、生理食塩水、リンガー溶液、およびブドウ糖溶液が挙げられるが、これらだけに限らない。溶液のｐＨは、好ましくは約５．０〜約８．０、さらに好ましくは約７．０〜約７．５である。上記のとおり、組成物は、インビトロで投与することができる。投与される組成物は、担体、増粘剤、緩衝液、保存料、界面活性剤などを最適な組成物のほかに挙げることができる。投与される組成物は、１つ以上の有効成分、たとえば抗菌剤、抗炎症剤、麻酔薬なども含むことが可能である。
【００８８】
上記の方法に使用する場合、本発明による、ナノ粒子を含む効果的な量の１つ以上の組成物は、当業者が決定することができる。任意の特定の被験体に特に効果的な投与レベルは、様々な要素、たとえばターゲット部位のタイプおよび位置、使用する特定の組成物の活性度、使用する特定の組成物、被験体の年齢、体重、全体的健康状態、性別、および食習慣、投与時間、投与経路、使用する特定の組成物の排出率、治療期間、使用する特定の組成物と組み合わせて、または同時に使用される薬剤、および医学で十分に周知されている同様の要素によって決まる。たとえば、所望の診断または画像形成効果を達成するのに必要なレベル未満のレベルの組成物の投与を開始し、所望の効果が得られるまで、投与量を徐々に増加することは、技術の範囲内である。必要な場合、効果的な投与量は、投与の目的上、複数回の投与量に分割することができる。
【００８９】
上記の例示的な要素、使用する組成物、組成物に意図されるターゲット部位、および所望の組成物の能動または受動ターゲッティングを使用するかどうかによって、上記組成物の投与と、被験体内における上記ナノ粒子の検出との間の時間は異なる可能性がある。たとえば、上記ナノ粒子の検出は、組成物を被験体に投与した後１秒、１分、１時間、１日、および／または１週以上で行うことが可能である。投与された組成物の検出方法をいつどのように実施するかは、一般的な投与および検出により、当業者が判断することができる。
【００９０】
本明細書では、細胞または金属成分を検出するためのシステムも提供する。例示的なシステムは、例示的なシステムは、磁界を細胞に印加するためのマグネットと、細胞および／または金属成分を検出するための位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティとを含む。位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティは、光エネルギーを細胞間で送受信するプローブを含むことが可能である。プローブは、インビトロプローブで良い。
【００９１】
位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像形成モダリティは、光源、光スプリッタ、プローブ、および基準反射器を備えることができる。光源によって生成される光エネルギーは送信されて、スプリッタによって分割され、基準反射器およびプローブに送信される。プローブは、プローブに送信される光エネルギーの少なくとも一部分をターゲット細胞内に送信し、ターゲット細胞から反射される光エネルギーを受信するように構成することができ、基準反射器は、基準反射器に送信される光エネルギーの少なくとも一部分を反射するように構成することができる。このシステムは、基準反射器からの反射エネルギー、およびプローブによって受信される光エネルギーを処理し、位相敏感光学コヒーレンス断層撮影画像を生成するためのプロセッサをさらに備えることができる。基準反射器は、プローブ内に配置することができる。
【００９２】
以下で説明され、図２および４に示す例示的なシステムは、サンプル経路内の多数のファイバを示し、記載されているシステムおよび方法は、多数のファイバを有する実施態様に限られることを意図するものではない。したがって、１つのファイバを含むシステム、およびこのような例示的なシステムを使用する方法が含まれる。任意に、例示的なシステムは、１つの光ファイバを有するプローブと、１つの光ファイバと光学的に通信する回転反射器とを備える。
【００９３】
図１は、開示されている画像形成方法を実施するために使用可能な例示的なシステム１００を示すブロック図である。図２は、開示されている画像形成方法を実施するための別法による例示的なシステム２００を示すブロック図である。図３は、図１のシステムの部分を示す概略図である。図４は、図２のシステムの部分を示す概略図である。これらの例示的なＯＣＴシステムは、位相敏感スペクトルドメインＯＣＴシステムの単なる実施例であり、ＯＣＴアーキテクチャの用途または機能性の範囲に対する何らかの制限を提案することを意図するものではない。また、ＯＣＴシステムは、例示的なＯＣＴシステムに示されている構成要素の何れか１つまたは組合せに関連する何らかの依存状態または要件を有すると解釈するべきではない。
【００９４】
それぞれ図１および２の例示的なＯＣＴシステム１００および２００は、コンピュータ１０１の形式の汎用計算デバイスを備え、これは、図３に３１１として大まかに示され、図４に４１６として大まかに示されている。コンピュータ１０１の構成要素は、１つ以上のプロセッサまたは処理ユニット１０３、システムメモリ１１２と、プロセッサ１０３を含む様々なシステム構成要素をシステムメモリ１１２に結合するシステムバス１１３とを備えるが、これらだけに限らない。
【００９５】
システムバス１１３は、可能ないくつかのタイプのバス構造の１つまたは複数、たとえばメモリバスまたはメモリコントローラ、周囲バス、加速グラフィックスポート、および多様なバスアーキテクチャの何れかを使用するプロセッサまたはローカルバスを表す。一例として、このようなアーキテクチャは、Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＩＳＡ）バス、Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＭＣＡ）バス、Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、Ｍｅｚｚａｎｉｎｅバスとしても公知の  Ｖｉｄｅｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＶＥＳＡ）ローカルバス、およびＰｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ（ＰＣＩ）バスが挙げられる。本明細書に記載されているこのバス、およびすべてのバスは、有線または無線ネットワーク接続上でインプリメントすることも可能である。本明細書に記載されているバス１１３、およびすべてのバスは、有線または無線ネットワーク接続上でインプリメントすることも可能であり、プロセッサ１０３、大容量記憶デバイス１０４、オペレーティングシステム１０５、画像構成ソフトウェア１０６、ナノ粒子移動画像構成ソフトウェア１０７、光信号データ１０８、システムメモリ１１２、ＯＣＴ入力インターフェース１１１、ＯＣＴ出力インターフェース１１０、ディスプレーアダプタ１０９、ディスプレーデバイス１２７、ヒトインターフェースデバイス１０２、およびディジタル画像捕捉デバイス１１７を含む各々のサブシステムは、物理的に別の位置にあって、この形式のバスを通して接続される１つ以上のリモートコンピュータ（図示しない）内に内蔵され、実際上、完全分散システムをインプリメントする。
【００９６】
コンピュータ１０１は、多様なコンピュータ可読媒体を備えることができる。このような媒体は、コンピュータ１０１がアクセス可能で、揮発性媒体および不揮発性媒体の両方、取外し可能および取外し不能媒体を備える任意の媒体で良い。
【００９７】
システムメモリ１１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、および／または読出し専用メモリ（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリの形式のコンピュータ可読媒体を備える。システムメモリ１１２は、一般に、光信号データ１０８などのデータ、および／またはオペレーティングシステム１０５などのプログラムモジュール、画像構成ソフトウェア１０６、ナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）、処理ユニット１０３に直ちにアクセス可能であるか、および／または処理ユニット１０３上で現在動作している画像構成ソフトウェア１０７を含む。本出願全体に、細胞および／または金属成分を検出するために開示されている方法、構成、および装置は、金属粒子の移動、細胞の移動、細胞の張力レベルの変化、細胞の内部歪場の変化、並びに隣接もしくは周囲細胞および／または組織の変化を引用することにより、本明細書で様々に説明される。開示されている方法、構成、および装置の様々な態様の説明するに当たり、金属粒子の移動、細胞の移動、細胞の張力レベルの変化、細胞の内部歪場の変化、並びに隣接もしくは周囲細胞および／または組織の変化のうちの１つ以上の検出を引用して説明するが、これらの説明は、文脈上そうではないことが明らかではない限り、金属粒子の移動、細胞の移動、細胞の張力レベルの変化、細胞の内部歪場の変化、並びに隣接もしくは周囲細胞および／または組織の変化のうちの１つ以上のの検出を引用しないで行われる、開示されている方法、構成、および装置の態様の説明を構成する。したがって、ナノ粒子移動画像構成ソフトウェアは、細胞の移動、細胞の張力レベルの変化、細胞の内部歪場の変化、並びに隣接もしくは周囲細胞および／または組織の変化に関する画像構成ソフトウェアも含むか、または代わりに含むことができる。
【００９８】
コンピュータ１０１は、その他の取外し可能／取外し不能、揮発性／不揮発性コンピュータ記憶媒体も備えることができる。一例として、図１は、コンピュータ１０１用のコンピュータコード、コンピュータ可読インストラクション、データ構造、プログラムモジュール、およびその他のデータの不揮発性記憶装置を提供可能な大容量記憶デバイス１０４を示す。たとえば、大容量記憶デバイス１０４は、ハードディスク、取外し可能磁気ディスク、取外し可能光ディスク、磁気カセットまたはその他の磁気記憶デバイス、フラッシュメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、またはその他の光記憶装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去型読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などを示す。
【００９９】
任意の数のプログラムモジュールを大容量記憶デバイス１０４上に記憶することができ、一例を挙げると、オペレーティングシステム１０５、画像構成ソフトウェア１０６、ナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）、画像構成ソフトウェア１０７、および光信号データ１０８を記憶することが可能である。オペレーティングシステム１０５、画像構成ソフトウェア１０６、ナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）、画像構成ソフトウェア１０７、光信号データ１０８（またはこれらのある組合せ）は、プログラミング画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）画像構成ソフトウェア１０７の要素を含む。
【０１００】
ユーザは、コマンドおよび情報をコンピュータ１０１に、入力デバイス（図示しない）を介して入力することができる。こうした入力デバイスの実施例としては、キーボード、ポインティングデバイス（たとえば、「マウス」）、マイクロフォン、ジョイスティック、シリアルポート、スキャナなどが挙げられるが、これらだけに限らない。上記およびその他のデバイスは、システムバス１１３に結合されるヒューマンマシンインターフェース１０２を介して、処理ユニット１０３に接続することができるが、その他のインターフェース構造およびバス構造、たとえばパラレルポート、ゲームポート、またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）により接続することもできる。
【０１０１】
ディスプレーデバイス１２７も、ディスプレーアダプタ１０９などのインターフェースを介してシステムバス１１３に接続することができる。たとえば、ディスプレーデバイスは、モニタで良い。ディスプレーデバイス１２７のほかに、その他の出力周辺デバイスは、入力／出力インターフェース（図示しない）を介してコンピュータ１０１に接続可能なスピーカ（図示しない）およびプリンタ（図示しない）などの構成要素を備えることができる。
【０１０２】
コンピュータ１０１は、１つ以上の遠隔計算デバイス（図示しない）に対する論理接続を使用して、ネットワーク環境内で動作させることができる。一例として、遠隔計算デバイスは、パーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークコンピュータ、ピアデバイス、またはその他の共通ネットワークノードなどで良い。
【０１０３】
コンピュータ１０１と遠隔計算デバイス（図示しない）との間の論理接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）および一般的なワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して行うことができる。このようなネットワーク環境は、オフィス、企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットでは一般的である。ネットワーク環境では、コンピュータ１０１と相対的に表現される画像構成ソフトウェア１０６、ナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）画像構成ソフトウェア１０７および光信号データ１０８、またはこれらの一部は、遠隔メモリ記憶デバイス（図示しない）内に記憶することが可能である。図示の目的上、アプリケーションプログラムおよびその他の実行可能なプログラム構成要素、たとえばオペレーティングシステムは、本明細書では個々のブロックとして示すが、このようなプログラムおよび構成要素は、計算デバイス１０１の様々な記憶構成要素内に様々な時に存在することが分かる。
【０１０４】
画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）画像構成ソフトウェア１０７のインプリメンテーションは、ある形式のコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、またはこのような媒体上で送信される。コンピュータ可読媒体は、コンピュータがアクセス可能、かつ入手可能な任意の媒体で良い。一例として、制限するのではなく、コンピュータ可読媒体としては、「コンピュータ記憶媒体」および「通信媒体」が挙げられる。「コンピュータ記憶媒体」としては、任意の方法または技術でインプリメントされ、コンピュータ可読インストラクション、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータなどの情報を記憶するための揮発性または不揮発性、取外し可能および取外し不能媒体が挙げられる。コンピュータ記憶媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリもしくはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）もしくはその他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくはその他の磁気記憶デバイス、または所望の情報を記憶するために使用可能であり、コンピュータがアクセス可能な任意のその他の媒体が挙げられるが、これらだけに限らない。
【０１０５】
光信号データ１０８は、ＯＣＴ入力インターフェース１１１を介して、コンピュータ１０１に入力することができる。ＯＣＴ出力インターフェースは、ＩＥＥＥ−４８８、ＩＥＥＥ−１３９４、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などで良い。光信号データ１０８は、大容量記憶デバイス１０４内に記憶され、光信号データ１０８としてシステムメモリ１１２に導入され、画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）画像構成ソフトウェア１０７によって使用される。
【０１０６】
ＯＣＴ出力インターフェース１１０は、コンピュータ１０１をマグネットコントロール１１４に接続する。この接続は、ユーザが、マグネット１１５およびマグネット１１６に送信される電流をマグネットコントロール１１４によって調節することを可能にできる。このマグネットコントロール１１４は、電流をマグネット１１５および１１６に方向付ける。マグネットコントロール１１４は、ユーザが指定するフィールドパルス配列がスキャン部位に存在するように、ラインスキャンカメラ１３９に関連して動作させることが可能である。
【０１０７】
図１は、位相敏感ＯＣＴシステム１００の一実施例を示す。位相敏感ＯＣＴシステム１００は、上記のとおり、コンピュータおよびネットワークアーキテクチャに関連して使用することができる。
【０１０８】
位相敏感ＯＣＴシステム１００は、上記のとおり、図３に３１１として大まかに示されているコンピュータ１０１の形態の汎用計算デバイス、およびコンピュータ１０１のすべてのサブシステムを備えることができる。位相敏感ＯＣＴシステム２００は、上記のとおり、ディスプレーデバイス１２７、マグネットコントロール１１４、およびマグネット１１４および／またはマグネット１１５も備えることができる。
【０１０９】
光エネルギーは、光源１１７によって生成され、図３に３０１として大まかに示す。光源１１７は、広範囲の光周波数で光エネルギーを放射する光ファイバに結合される広帯域レーザ光源で良い。たとえば、この範囲は、約４００ナノメートル〜約１６００ナノメートルで良い。光エネルギーは、多様な光波長または周波数で放射することが可能である。本明細書で使用する場合、光ファイバは、ガラスまたはプラスチックワイヤまたはファイバを意味する可能性がある。光ファイバは、図１、２、３および４に、この図の様々なブロックを接続するラインとして示されている。光エネルギーは、「通過する」、「移動する」、「戻る」、「方向付ける」、または類似の運動として説明され、このような運動は、光ファイバを介して行うことが可能である。
【０１１０】
生成された光エネルギーのフラクションは、光源１１７から光学スペクトルアナライザ１１８に通過する。光学スペクトルアナライザ１１８は、光エネルギーが光源１１７から時間の関数として放射される時の光周波数を測定する。光学スペクトルアナライザ１１８は、光源１１７が放射する光の一部分をサンプリングする。光学スペクトルアナライザ１１８は、スプリッタ１１９に入射する光の電気スペクトル密度を監視する。光源１１７からの光エネルギーの残りのフラクションは、図３に３０２として大まかに示されているスプリッタ１１９内に入射する。スプリッタ１１９は、図３に大まかに示されている４つのポート３１２、３１４、３１６、３１８を有するデバイスである。ポート１（３１２）は、光エネルギーがスプリッタ１１９に入射することを可能にする。ポート２（３１４）および３（３１６）は、光エネルギーがスプリッタ１１９から出射して、再びスプリッタ１１９に入射することを可能にする。ポート４（３１８）は、光エネルギーがスプリッタ１１９から出射することを可能にする。スプリッタ１１９は、光をポート１（３１２）に結合する。スプリッタ１１９は、ユーザが選択した予め決められた分割比に従って光を分割する。たとえば、スプリッタ１１９のポート１（３１２）に入射する光エネルギーの半分が、スプリッタ１１９のポート２（３１４）から出射し、半分が、スプリッタ１１９のポート３（３１６）から出射する場合、分割比は５０／５０である。もう１つの非制限的な実施例では、光エネルギーの６０％がポート２（３１４）を通過し、光エネルギーの４０％がポート３（３１６）を通過する場合、分割比は６０／４０である。
【０１１１】
スプリッタ１１９のポート２（３１４）から出射する光エネルギーのフラクション（分割比によって決まる）は、図３に３０３として大まかに示されている基準反射器表面１２０に移動する。光エネルギーは、基準反射器表面１２０からスプリッタ１１９に逆反射してポート２（３１４）に入射する。基準反射器は、一例として、指定されたスペクトル振幅／位相反射力を有する平面金属ミラーまたは多層誘電反射器で良いが、これらだけに限らない。スプリッタ１１９のポート１（３１２）に入射する光の残りのフラクションは、スプリッタ１１９のポート３（３１６）から出射し、図３に３０４として大まかに示されているＯＣＴプローブ１２２に入射する。ＯＣＴプローブ１２２は、２００４年４月２３日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ０４／１２７７３号に記載されている類のタービン型カテーテルで良く、この特許出願は、２００３年４月２８日に出願された米国仮出願第６０／４６６，２１５号に対する優先権を主張しており、これらの出願は、引用することにより、本明細書に示唆されている方法、装置、およびシステムに援用される。ＯＣＴプローブ１２２は図３に３０５として大まかに示されている被験体１２１の組織、および図３に３０６として大まかに示されているナノ粒子１２３から光が反射されるように被験体１２１内に配置される。
【０１１２】
ＯＣＴプローブ１２２に入射する光エネルギーは、被験体１２１の組織およびナノ粒子１２３から反射される。反射された光エネルギーは、ＯＣＴプローブ１２２を逆に通過し、スプリッタ１１９のポート３（３１６）に入射する。スプリッタ１１９のポート２（３１４）およびポート３（３１６）内に戻った反射光エネルギーは再結合し、分割比に従って干渉する。光は、経路の長さの差に応じて建設的または破壊的に再結合する。反射光の一連の建設的および破壊的結合は、インターフェログラム（光経路の長さの差（ｃτ）または光時間−遅延（τ）の関数としての検出器反応のプロット）を作成するために使用することができる。被験体１２１およびナノ粒子１２３からの各々の反射界面は、インターフェログラムを生成する可能性がある。スプリッタ１１９は、光エネルギーが干渉するように、ポート２（３１４）およびポート３（３１６）から戻る光エネルギーを再結合する。光エネルギーは、分割比の逆に再結合される。たとえば、６０／４０分割比の場合、ポート２（３１４）から戻る光エネルギーの４０％、およびポート３（３１６）から戻る光エネルギーの６０％のみが再結合される。再結合した反射光エネルギーは、スプリッタ１１９のポート４（３１８）から、図３に３０８として大まかに示されているカップリングレンズ１３７内に方向付けられる。カップリングレンズ１３７は、スプリッタ１１９の出力部から光を受信し、光学分光計１３８のエタンデュ（ビーム直径および拡散）に一致するように、ビームのエタンデュを設定する。カップリングレンズ１３７は、図３に３０９として大まかに示されている光学分光計１３８に光を結合する。光学分光計１３８は、再結合された反射光エネルギーを異なる光周波数に分割し、それらの光エネルギーは、図３に３１０として大まかに示されているラインスキャンカメラ１３９によって検出される空間内の異なる位置に方向付ける。ラインスキャンカメラ１３９は、ディジタル光信号データ１０８内で生じる光電気変換を実行する。ディジタル光信号データ１０８は、ＯＣＴ入力インターフェース１１１を介してコンピュータ１０１内に導入される。ラインスキャンカメラ１３９とコンピュータ１０１との間のインターフェースは、たとえばＩＥＥＥ−４８８、ＩＥＥＥ−１３９４、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などで良い。ディジタル光信号データ１０８は、大容量記憶デバイス１０４またはシステムメモリ１１２内に記憶することができ、画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場の変化）画像構成ソフトウェア１０７によって使用される。
【０１１３】
上記の例示的な位相敏感ＯＣＴシステムは、組織およびナノ粒子を画像形成するために考案されたシステムの単なる一例である。当業者が周知しているレイアウトの変更も意図されている。本発明の方法を実行するために使用可能な位相敏感ＯＣＴシステムのもう１つの実施例は、図２に示す。
【０１１４】
図２は、マルチチャネル位相敏感ＯＣＴシステム２００の例示的なブロック図である。例示的なマルチチャネル位相敏感ＯＣＴシステム２００は、本明細書に記載するように、図４に４１６として大まかに示されているコンピュータ１０１の形態の汎用計算デバイス、およびコンピュータ１０１のすべてのサブシステムを備えることができる。例示的なマルチチャネル位相敏感ＯＣＴシステム２００は、上記のとおり、ディスプレーデバイス１２７、マグネットコントロール１１４、およびマグネット１１４、またはマグネット１１５をさらに備えることができる。
【０１１５】
光エネルギーは、図４に４０１として大まかに示されている光源２１２によって生成される。光源２１２は、生成される光波長が約４００ナノメートル〜約１６００ナノメートルの範囲である狭帯域波長可変レーザ光源で良い。光波長の適切な選択は、当業者が容易に決めることができる。たとえば、光エネルギーが、実質的な水路、つまり深い組織を通過する場合、操作者は、比較的長い光波長を選択することができる。たとえば、１３００〜１６００ナノメートル。この光スペクトルは、指定されたスペクトル領域上で時間的に連続的に変化する。光エネルギーのフラクションは、光源２１２から光学スペクトルアナライザ１１８内を通過する。光学スペクトルアナライザ１１８は、光源２１２が放射する光の一部分をサンプリングする。光学スペクトルアナライザ１１８は、サーキュレータ２０１に入射する光の電気スペクトル密度を監視する。光学スペクトルアナライザ１１８は、光源２１２から放射される時の光周波数を時間の関数として測定することができる。光源２１２が生成する光エネルギーの残りのフラクションは、図４に４０２として大まかに示されているファイバサーキュレータ２０１内を通過する。ファイバサーキュレータ２０１は、ポート１、ポート２、ポート３として指示されている３つのポートを備えることができ、これらは、それぞれ図４に４１８、４２０、および４２２として大まかに示されている。光エネルギーは、ポート１（４１８）に入射する。光エネルギーはポート２（４２０）から出射して、再びポート２（４２０）に入射する。光エネルギーは、ポート３から出射することができる。ファイバサーキュレータ２０１は、ファイバサーキュレータ２０１は、ポート２（４２０）を介して再び入射する光エネルギーを再結合する。光源２１２からの光エネルギーは、ファイバサーキュレータ２０１内からポート１（４１８）を通過する。光エネルギーは、ファイバサーキュレータ２０１から出射してポート２（４２０）を通過し、図４に４０３として大まかに示されている音プローブ２０７に入射する。光エネルギーは、図４に４０４として大まかに示されているコリメータレンズ２０２に結合される。このコリメータレンズ２０２は、ファイバから放射される光を、ファイバ先端から無限に離れた１点に集束させる。
【０１１６】
光エネルギーは、図４に４０５として大まかに示されているレンズアレイ２０３内にコリメートされる。レンズアレイ２０３は、図４に４２２として大まかに示されているマイクロレンズまたはレンズレットの格子を備えることができる。レンズアレイ２０３内のマイクロレンズ数は、当業者が容易に決めることができる。各々のマイクロレンズには、図４に４０６として大まかに示されているファイバチャネル２０４が存在し、これは、マイクロレンズに結合される。ファイバチャネル２０４は、経路に沿って光を限定および案内する光導波路である。ファイバチャネル２０４は、長さを変更することができる。ファイバチャネル２０４の適切な長さの選択は、当業者が周知している。ファイバチャネル２０４間の長さの差は、被験体１２１の組織内のスキャン深さの約１．５〜約１０倍である。可変長は、チャネルから検出される光信号の逆多重化を可能にする。ファイバチャネル２０４内に送信される光エネルギーのフラクションは、基準反射器表面１２０から逆反射されてファイバチャネル２０４に入射し、レンズアレイ２０３を通過して、コリメータレンズ２０２およびファイバサーキュレータ２０１内に入射する。この反射光エネルギーは、基準反射としての機能を果たす。基準反射器表面１２０から逆反射されない光エネルギーは、基準反射器表面１２０を通過し、図４に４０７として大まかに示されている画像形成レンズ２０５上に入射する。画像形成レンズ２０５は、ファイバチャネル２０４の先端からの光エネルギーを被験体１２１の組織上に画像形成する。光エネルギーは、画像形成レンズ２０５を通過し、図４に４０８として大まかに示され、光エネルギーを９０度回転させる反射器表面２０６上に入射する。これは、光エネルギーが組織内部から半径方向に反射することを可能にする。各々のファイバチャネル２０４には、１つの反射器表面２０６が存在する。反射器表面２０６によって９０度回転した光エネルギーは、図４に４０９として大まかに示されている被験体１２１の組織、および図４に４１０として大まかに示されているナノ粒子１２３から逆反射する。
【０１１７】
光は、被験体１２１の組織およびナノ粒子１２３から反射する。光エネルギーは反射器表面２０６に衝突し、９０度逆に回転する。次に、光エネルギーは、画像形成レンズ２０５によって基準反射器表面１２０に結合され、ファイバチャネル２０４内に逆に結合する。ナノ粒子１２３、および被験体１２１の組織から反射される光エネルギーは、ファイバチャネル２０４内の基準反射器表面１２０から反射される光と再結合して干渉する。再結合した光エネルギーは、レンズアレイ２０３内に逆に結合し、コリメータレンズ２０２を通過して、ファイバサーキュレータ２０１のポート２（４２０）に逆に結合する。再結合した光エネルギーは、ファイバサーキュレータ２０１から出射して、ポート３（４２２）を通過する。図４に４１２として大まかに示されている結合レンズ２０８は、ファイバサーキュレータ２０１からの再結合光エネルギーを、図４に４１３として大まかに示されている光受信機２０９内に結合する。光受信機２０９は、光エネルギー四号を電圧信号に変換し、この電圧信号は、再結合光エネルギー内に含まれる光子の数に比例する。この電圧信号は、光受信機２０９から、図４に４１４として大まかに示されているプリ／アンプ２１０内を通過する。プリ／アンプ２１０は、電圧信号を取得して増幅する。増幅された電圧信号は、図４に４１５に大まかに示されているＡ／Ｄ変換機２１１に入射する。Ａ／Ｄ変換機２１１は、電圧信号をディジタル化する。このディジタル光信号データは、次に、コンピュータ１０１に入射し、ＯＣＴ入力インターフェース１１１を通過する。ディジタル光信号データ１０８は、大容量記憶デバイス１０４またはシステムメモリ１１２内に記憶することができ、画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場）画像構成ソフトウェア１０７によって使用される。
【０１１８】
この方法は、光エネルギーを少なくとも２回連続掃引して光エネルギーを生成するステップをさらに含むことができる。掃引は、ある範囲の光周波数全体に、光源から光を放射することである。多重掃引は、磁界を印加して結合し、磁界を印加するか否かに関わらず、画像を生成することができる。
【０１１９】
この方法は、光エネルギーを連続掃引するごとに、被験体に磁界を印加するステップをさらに含み、掃引で印加される磁界の強度は、前の掃引からの磁界の強度より大きく、この磁界によって、少なくとも１つの金属ナノ粒子の移動を生じる。この方法は、被験体の外部の光源、または被験体の内部の光源から磁界を印加するステップをさらに含む。磁界を生成するコイルは、カテーテル内に組み込まれるか、またはスキャンする被験体の外側に配置することができる。
【０１２０】
図１および２に示すように、不均一な磁界は、被験体１２１の組織、およびナノ粒子１２３に印加することができる。不均一な磁界は、マグネット１１６によって印加することができ、このマグネット１１６は、図３に３０７として、図４に４１１に大まかに示されており、ＯＣＴプローブ１２２またはＯＣＴプローブ２０７の内部にあるマグネットであるか、あるいは不均一な磁界は、マグネット１１５によって被験体１２１に外部から印加することができる。マグネット１１５およびマグネット１１６は共に、マグネットコントロール１１４により制御される。マグネットコントロールは、マグネット１１５およびマグネット１１６に電力を供給するための電流源を提供し、コンピュータ１０１によって制御される。マグネットコントロール１１４は、ＯＣＴ出力インターフェース１１０を介してコンピュータ１０１とインターフェースする。マグネットコントロール１１４は、ＩＥＥＥ−４８８、ＩＥＥＥ−１３９４、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などを介して、コンピュータ１０１とインターフェースすることができる。
【０１２１】
この方法は、受信した光エネルギーを処理して、位相敏感ＯＣＴ画像を生成するステップをさらに含むことができる。生成された画像は、少なくとも３０ナノメートル（ｎｍ）の位相解像度を有することができる。位相解像度は、スキャンされた組織から返される光信号の位相遅延として定義される。たとえば、この画像は、少なくとも約３０ｎｍ、２５ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍ、４ｎｍ、３ｎｍ、または２ｎｍの位相解像度を有することができる。
【０１２２】
受信した光エネルギーの処理は、ソフトウェア構成要素によって行われる。画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場）画像構成ソフトウェア１０７は、コンピュータで実行可能なインストラクション、たとえば１つ以上のコンピュータもしくはその他のデバイスで実行されるプログラムモジュールに一般的に関連して説明することができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、または抽象的な特定のデータタイプをインプリメントするコンピュータコード、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場）画像構成ソフトウェア１０７は、画像構成ソフトウェア１０６およびナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場）画像構成ソフトウェア１０７は、タスクが、通信ネットワークによりリンクされる遠隔処理デバイスにより実行される分散計算環境で実施することもできる。分散計算環境では、プログラムモジュールは、メモリ記憶デバイスを含む局所および遠隔コンピュータ記憶媒体の両方に配置することができる。
【０１２３】
画像構成ソフトウェア１０６は、光信号データ１０８から被験体１２１の組織の画像を生成することができる。画像構成ソフトウェア１０６は、光信号データ１０８を受信し、振幅および位相データを生成する光信号データ１０８に関して、時間周波数変換（たとえば、フーリエ変換）を実行することができる。振幅および位相データ（光経路の長さの差（ｃτ）または光時間遅延（τ））は、個々のチャネルに分割することができ、強度対深さ（または振幅対深さ）のプロットは、各々チャネルごとに生成することができる。このようなプロットは、先行技術で「Ａ」スキャンとして周知されている。すべての「Ａ」スキャンの構成は、１つの画像を含むことができる。
【０１２４】
ナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場）画像構成ソフトウェア１０７は、光信号データ１０８からのナノ粒子１２３の移動の画像を生成する。ナノ粒子の移動（または細胞膜の張力レベルもしくは内部歪場）画像構成ソフトウェア１０７は、光源１１７または光源２１２の少なくとも２回の連続掃引ごとに光信号データ１０８を受信し、振幅および位相データを生成する光信号データ１０８に関してフーリエ変換を実行する。振幅および位相データは、個々のチャネルに分割することができ、各々のファイバチャネル２０４の１つのチャネル、および位相対深さ（光時間遅延（τ））のプロットを各々のチャネルごとに生成することができる。ナノ粒子１２３の移動の点は、ある特定の深さにおける位相が、印加される２つの磁界強度に応じて、光源１１７または光源２１２の２回の連続掃引間で変化する時に確認される。
【０１２５】
任意に、追加の情報を光信号データ１０８から抽出して、追加の画像を生成することができる。光信号データ１０８は、当業者は容易に理解するように、ドップラー周波数シフトを抽出するようにさらに処理することができる。光信号データ１０８は、当業者が容易に理解するように、偏光検出器（図示しない）および偏光レンズ（図示しない）に関連して使用して、ストークパラメータ偏光画像を生成するようにさらに処理し、偏光データを光信号１０８から抽出することができる。
【実施例】
【０１２６】
以下の実施例は、完全な開示事項、並びに本明細書で請求する構成、組成物、物品、デバイス、システム、および／または方法をどのように製造および評価するかという説明を当業者に提供するために提案し、純粋に例示的なものであり、構成、組成物、物品、デバイス、システム、および／または方法の範囲を制限することを意図するものではない。数字（たとえば、量、温度など）に関しては正確を期すように努力したが、ある程度の誤差および偏差は考慮すべきである。特記されていない限り、部分は重量部であり、温度は℃または周囲温度であり、圧力は大気圧またはほぼ大気圧である。
【０１２７】
（実施例１）
フェライトコアを有するソレノイドコイルを使用して、ＡｐｏＥ欠損マウスの肝臓から取得した組織に正弦波磁界を印加した。１匹のマウスには、画像形成１週間前に磁気ナノ粒子で負荷を与え、無負荷マウスをコントロールとして使用した。図５ａは、ナノ粒子で負荷を与えたマウス内で観察された相互作用（上）および光学距離の変化（下）を示す。図５ｂは、コントロールマウス（ナノ粒子なし）内で観察された相互作用（上）および光学距離の変化（下）を示す。これらのデータは、酸化鉄粒子がマウスの肝臓および脾臓内のマクロファージによって取り込まれたことを実証する。さらに、これらの粒子は、マグネットで移動させ、本明細書に記載されているシステムおよび方法を使用して、微分位相ＯＣＴにより検出した。
【０１２８】
磁界強度を計算するには、有限要素法（ＦＥＭ）を使用することができる。一定の境界条件の被験体となるマクスウェル方程式は、低周波数静磁気問題を解決するために使用することができる。マクスウェル方程式の使用および解決法は、たとえば、Ｍｏｎｋ  Ｐ．，Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ  Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ，Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，２００３で説明されており、この文献は、引用することにより全体を本明細書に援用する。
【０１２９】
マクスウェル方程式は、以下のとおり書くことができる：
【０１３０】
【化２】
2009507208.tif 000004
静磁気問題
【０１３１】
【化３】
2009507208.tif 000005
の場合、磁界（Ｈ）および磁束密度（Ｂ）は、以下の方程式で満たされる：
【０１３２】
【化４】
2009507208.tif 000006
ＢおよびＨは、一般化された補助方程式の被験体となる：
【０１３３】
【化５】
2009507208.tif 000007
有限要素法（ＦＥＭ）は、磁気ベクトルポテンシャル（Ａ）を使用して、磁界強度を見出した。
【０１３４】
【化６】
2009507208.tif 000008
方程式（１．５）は、以下のように書き直すことができる：
【０１３５】
【化７】
2009507208.tif 000009
方程式（１．９）から、磁界強度および粒子束密度を解くことができる。ＦＥＭ問題を解くための電磁量の記号および単位は、以下を含む：
Ｈ：  磁界（アンペア／メートル）
Ｅ：  電解（ボルト／メートル）
Ｂ：  磁束密度（テスラ）
Ｄ：  電気粒子束密度（クーロン／メートル２）
Ａ：  磁気ポテンシャル（ウェーバ／メートル）
Ｍ：  磁化（アンペア／メートル）
ｕ０：  真空の透磁性＝４π・１０−７（Ｈ／ｍ）
【０１３６】
【化８】
2009507208.tif 000010
約１．５〜２．０テスラの磁界を使用して、ナノ粒子を移動させた。約１．０〜９．０テスラの磁界も使用することができた。使用する磁界は、当該組織が比較的多数のナノ粒子または鉄を含む場合、ナノ粒子または鉄が比較的少ない組織と比べて高い。
【０１３７】
（実施例２）
ＳＰＩＯナノ粒子のコロイド懸濁液は、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｆｏｏｄ  ａｎｄ  Ｄｒｕｇ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ（ＦＤＡ）が１９９７年にヒトに使用することを許可した組織固有のＭＲＩ造影剤である。ＳＰＩＯ粒子は、ＦｅｒｕｍｏｘｉｄｅｓまたはＡＭＩ−２５としても公知であり、これらの商標名はＦｅｒｉｄｅｘ（登録商標）Ｉ．Ｖ．（米国）およびＥｎｄｏｒｅｍ（登録商標）（ＥＵ）である。これらの粒子の平均コア径は２０ｎｍであり、総凝集径は約１００ｎｍである。ＳＰＩＯナノ粒子は、肝臓内の凝集および固定化を防止するために使用される不定比磁鉄鉱結晶コア、鉄、およびデキストランＴ−１０コーティングを含む。ＳＰＩＯナノ粒子の注入投与量の８０％は、超小型ＳＰＩＯナノ粒子と比較して短い血液半減期により、組織ベースのマクロファージ（クップフェル細胞）内に蓄積する。マクロファージ細胞によるＳＰＩＯナノ粒子の摂取は、静脈注射（ＩＶ）濃度、血液半減期、およびコアのサイズに正比例する。
【０１３８】
超常磁性（ＳＰＩＯ）ナノ粒子に対する磁力を評価するため、磁気ポテンシャルエネルギー、Ｕを使用して、外部磁束密度（Ｂ）の印加による力を計算することができる。
【０１３９】
【化９】
2009507208.tif 000011
磁性材料が外部磁束密度、Ｂに暴露される場合、個々の粒子は、磁気モーメント、ｍで決まる全体的な反応を有する。磁気ナノ粒子に対する磁束密度は、以下のように書くことができる：
【０１４０】
【化１０】
2009507208.tif 000012
ここで、μ０（４π１０−７Ｈ／Ｍ）は自由空間の透磁性であり、Ｍは、単位容量当りの磁気モーメント、Ｈは磁界強度である。磁気量、Ｖに作用する磁気モーメント、ｍは、は、ｍ＝ＭＶによって与えられる。磁気粒子の磁化は、標準の関係Ｍ＝χＨに関して分類することができる。したがって、磁気モーメントｍは、以下になる：
【０１４１】
【化１１】
2009507208.tif 000013
方程式（３）では、ＳＰＩＯ粒子χｓは、ＳＩ単位では無次元であり、各常磁性材料の双極子密度によって与えられ、ＳＰＩＯナノ粒子の磁気特性を特徴付ける重要なパラメータである。方程式（１）から、外部磁界におけるＳＰＩＯナノ粒子の磁気エネルギー、Ｕは、以下によって与えられる：
【０１４２】
【化１２】
2009507208.tif 000014
ＳＰＩＯナノ粒子に作用する磁力は、以下になる：
【０１４３】
【化１３】
2009507208.tif 000015
基本的にｚ方向に沿った正弦波磁束密度を仮定した。したがって、
【０１４４】
【化１４】
2009507208.tif 000016
およびｚ方向においてナノ粒子に作用する磁力Ｆｚは、以下によって与えられる：
【０１４５】
【化１５】
2009507208.tif 000017
ここで、Ｆｍは磁力、ｆｎは印加正弦波磁界の変調周波数、ｋｚ（ｔ）は弾性復元力、および
【０１４６】
【化１６】
2009507208.tif 000018
は、局所的な組織環境の粘弾性から成る粘性抵抗力である。粘性抵抗および復元力の負符号は、この力が、移動ｚ（ｔ）に対して反対方向であることを指示する。方程式８は、質量、ｍによって除算することにより書くことができる。
【０１４７】
【化１７】
2009507208.tif 000019
方程式８は、マクローリン級数の初項を使用して書き直すことができる：
【０１４８】
【化１８】
2009507208.tif 000020
【０１４９】
【化１９】
2009507208.tif 000021
と仮定すると、二次微分方程式（８）は以下のように書くことができる：
【０１５０】
【化２０】
2009507208.tif 000022
ラプラス変換は、求めるべき初期変位および速度がゼロであると仮定して、二次微分方程式を解くために使用することができる；
【０１５１】
【化２１】
2009507208.tif 000023
変換の和を計算することにより、Ｚ（ｓ）は、方程式（１０）で導くことができる。
【０１５２】
【化２２】
2009507208.tif 000024
ナノ粒子の変位ｚ（ｔ）は、ラプラス逆変換を使用して求めることができ、解は過渡および定常状態項である。磁気ナノ粒子の初期運動は、一定の磁力によって駆動され、印加正弦波磁界の２回の変調周波数（ｆｎ）で、定常状態運動が支配するまで、減衰過渡運動を示す。２回の変調周波数におけるナノ粒子の運動は、磁界および磁界勾配の積に比例する磁力から生じる（方程式７）。
【０１５３】
１２週経過したＡｐｏＥ−／−高脂肪投与マウスの肝臓組織は、組織ベースのマクロファージ細胞を含むという点で使用した。マウスには、頚静脈を介して、静脈内投与用のＦｅｒｉｄｅｘ  Ｉ．Ｖ．（フェルモキシド注入溶液；  ニュージャージー州、モントベール、Ｂｅｒｅｌｅｘ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）（１．０、０．１および０．０１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ体重）、または生理食塩水を注入し、静脈注射の２日後に犠牲にした。このマウスは、致死量のケタミンおよびキシラジンで安楽死させた。安楽死させた後、腹部を切開して、マウスから肝臓全体を取り出した。ミクロトームを使用して、部分を切断した。肝臓サンプルの物理的な厚さは、側部の寸法で１ｍｍおよび０．５ｃｍ×０．５ｃｍだった。ＤＰ−ＯＣＴ測定が完了した後、マウスの肝臓を１０％ホルマリン酸中に埋め込み、組織学的に処理した。５μｍ厚の部分を切断し、プルシアンブルーで染色して、マウス肝臓組織中の肝臓内クッパー細胞における鉄の付着を確認した。組織学的スライドからのマクロファージ細胞が摂取したＳＰＩＯを検証するため、Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ（登録商標）（メリーランド州、シルバースプリング、Ｍｅｄｉａｃｙｎｅｒｎｅｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．）を使用して、肝臓全体の領域、およびプルシアンブルーが陽性のＳＰＩＯの蓄積領域を測定した。
【０１５４】
図６ａおよびｂは、ファイバベースの二重チャネル微分位相光学コヒーレンス断層撮影法（ＤＰ−ＯＣＴ）システム（ａ）、および磁界発生器を有するサンプル経路構成（ｂ）の概略図を示す。磁界発生器は、ソレノイド、信号発生器、および電流増幅器を備える。二重チャネルマイケルソン干渉計を使用して、正弦波集束磁界励起を印加することにより、サンプルから逆反射する光間の微分位相を測定した。光半導体増幅器（カリフォルニア州、ランチョコルドバ、ＡＦＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、中心波長λ０＝１．３１μｍ、ＦＷＨＭ＝６０ｎｍ、光学コヒーレンス長＝２２μｍ）を偏光し、極性維持（ＰＭ）ファイバの速軸および遅軸に結合する。
【０１５５】
組織中の光学距離の変化（Δｐ）は、微分位相（Δφ）、および２つのチャネル間の広帯域光源（λ０＝１，３１０ｎｍ）から計算することができる。
【０１５６】
【化２３】
2009507208.tif 000025
時間（ｔ）変化磁束密度によって駆動されるナノ粒子負荷組織の変位ｚ（ｔ）は、分析ＯＣＴフリンジの発現を導くことができる：
【０１５７】
【化２４】
2009507208.tif 000026
ここで、ＩＲおよびＩＳは、それぞれ基準およびサンプルアームからの後方散乱信号である。ｆ０はフリンジ搬送周波数であり、ｚ（ｔ）はナノ粒子の変位である。ＯＣＴのフリンジ信号は、ナノ粒子変位方程式（１２）によって表現することができる。ＤＰ−ＯＣＴシステムによってチャネル１および２から記録される２つの信号は、２つのスキャンビーム間の相対的な表面組織の変位を現すナノ粒子の変位を測定するために使用することができる。
【０１５８】
有限要素法（ＦＥＭ）を使用して、磁界発生器を設計し、時空磁束密度を評価した。磁界発生器は、ソレノイド（イリノイ州、バーノンヒル、Ｌｅｄｅｘ  ６ＥＣ，Ｓａｉａ−Ｂｕｒｇｅｓｓ  Ｉｎｃ．）、関数発生器（ＨＰ  ３３１２０Ａ、カリフォルニア州、パロアルト、Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ  Ｉｎｃ．）、電流増幅器、および電源を備える。ＦＥＭ計算（ペンシルバニア州、ピッツバーグ、Ｍａｘｗｅｌｌ  ＳＶ，Ａｎｓｏｆｔ  Ｉｎｃ．）、およびＴｅｓｌａｍｅｔｅｒ（登録商標）（Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ（登録商標）、ユタ州、ソルトレークシティ、ＡｌｐｈａＬａｂ  Ｉｎｃ．）の測定は、鉄心から１．５ｍｍの距離における最大磁束密度が約２テスラであることを示した。ＦＥＭシミュレーションは、ソレノイドの中心線に沿って配置された鉄心は、ターゲット標本の磁束密度を著しく増加したことを実証した。ＦＥＭシミュレーションからの磁界は、ｚ方向に分布した。円錐鉄心は集束し、磁界強度を実質的に増加させた。
【０１５９】
微分位相のＯＣＴ（ＤＰ−ＯＣＴ）測定は、様々なＳＰＩＯ投与量（１．０、０．１および０．０１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ体重）および生理食塩水コントロールサンプルを投与されたＡｐｏＥ−／−マウスから取得した隔離肝臓標本に関して実施した。図７は、様々なＳＰＩＯ投与量（１．０、０．１および０．０１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ体重）および生理食塩水コントロールサンプルにおける、正弦波が変化する集束磁界の印加に応じて生じる標本中の過渡的な光学距離の変化（Δｐ）の測定結果を実証する。図７（ａ）は、磁界入力（ｆｎ＝２Ｈｚ）、１秒間における最大振幅電圧（Ｖｐｐ＝４）を示す。最大磁界強度は０．４７テスラ、光学距離の変化（Δｐ）による最大組織変位は、１．０ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇの鉄負荷肝臓において２，２７３ｎｍだった。高投与量の標本と比べて、０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ鉄負荷肝臓は、１２７ｎｍという最大光学距離の変化（Δｐ）を示し、記録された信号には付加雑音が見られた。鉄負荷肝臓の周波数反応（４Ｈｚ）（図７（ｂ）、（ｃ））は、上記の変調周波数（２Ｈｚ）の正確に２倍だった。ＳＰＩＯナノ粒子の著しい変位は、図７（ｄ）の生理食塩水コントロール肝臓標本、または０．０１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ投与量のサンプル（図示しない）の両方で観察された。
【０１６０】
鉄負荷肝臓（０．１および１．０ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ）におけるＳＰＩＯナノ粒子の移動は、光学距離の変化（Δｐ）と、様々に印加された磁界強度（図８（ａ））との関係を定量的に観察するために使用した。この実験で使用した入力周波数は、２〜８Ｖｐｐの振幅で２Ｈｚだった。図８（ｂ）は、図８（ａ）と同じ電圧における磁束密度を示す。鉄負荷肝臓の移動を示す光学距離の変化（Δｐ）の大きさは、直接的にＳＰＩＯ投与量の濃度、および外部磁界の強度によって決まる。
【０１６１】
高周波数変調（１００Ｈｚを超える）における光学距離の変化（Δｐ）は、ＳＰＩＯナノ粒子を囲む構造の周波数反応が限られているために、ごくわずかだった。一般に、組織中のナノ粒子の移動による光学距離の変化（Δｐ）は、比較的大きい磁界強度で増加した。
【０１６２】
鉄負荷肝臓（０．１および１．０ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ）における光学距離の変化（Δｐ）は、図９に示す掃引入力周波数を使用して測定可能だった。図９（ａ）は、２秒間における１〜１０Ｈｚの掃引周波数で入力された磁界を示す。光学距離の変化（Δｐ）の大きさは、高投与量の肝臓（１．０ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ）の場合は２，３１８ｎｍ、低投与量濃度（０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ）の場合は１７７ｎｍであり、磁界強度は１．３テスラだった。鉄負荷肝臓に作用する力の周波数反応は、図９（ｂ）および（ｃ）で外部から印加した変調周波数の正確に２倍だった。著しい変位は、図９（ｄ）で示された生理食塩水コントロール肝臓、および０．０１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ肝臓標本で観察されなかった。
【０１６３】
図１０は、ＳＰＩＯナノ粒子の移動を示し、この移動は、鉄負荷マウス肝臓において光学距離の変化（Δｐ）によって、組織中の磁気反応と、２秒間における１〜１０Ｈｚの範囲の掃引周波数により印加された様々な磁界強度との関係を定量的に観察するため測定した。光学距離の変化（Δｐ）の大きさは、入力電圧が、周波数掃引時に２〜１０Ｖｐｐまで徐々に増加した時に比較的大きかった。これらの電圧における対応する磁界強度は、それぞれ１．２４、１．５８、１．７１、１．７５および１．８４テスラだった。特定の周波数掃引では、０．１および１．０ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ鉄負荷肝臓標本の最大光学距離の変化（Δｐ）は、１０Ｖｐｐにおいてそれぞれ３，７００ｎｍおよび７５０ｎｍであり、磁界は１．８４テスラだった。
【０１６４】
ＳＰＩＯナノ粒子は、鉄負荷マウス肝臓のプルシアンブルー染色液からの青色顆粒とし、組織学的標本中で識別した。コントロール肝臓標本と比較すると、鉄負荷標本は、著しい鉄の蓄積が観察した領域全体に分布することを示す。コントロール標本中で細胞内の鉄も観察されたが、この自然な鉄は、ＳＰＩＯ鉄ナノ粒子のように顆粒状ではなく、均一かつ均質だった。全体のＳＰＩＯ鉄面積は、Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ  ５．１ソフトウェア（メリーランド州、シルバースプリング、Ｍｅｄｉａｃｙｎｅｍｅｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．）によって計算した組織学的画像の５．４５％だった。
【０１６５】
（実施例３）
鉄負荷ラビットの動脈（０．１Ｆｅ／ｋｇ）における光学距離の変化（Δｐ）は、２Ｈｚ周波数正弦波入力に対する反応で測定した（図１１）。図１１（ａ）は、２．５秒間における２Ｈｚの一定周波数による磁界入力を示す。光学距離の変化（Δｐ）の大きさは、過渡および定常状態の反応を示した。過渡反応は、０．５〜１．０秒の時点で観察された測定光学距離の変化において、指数関数的に減衰する振動で明らかである。定常状態の反応は、１．２５〜３．０秒の時点で測定された光学距離の変化における均一な振動で明らかである。過渡反応は、高周波数（４０Ｈｚ〜８０Ｈｚ）の「紛れもない」振動、および約０．３秒の減衰緩和時間を示す。鉄負荷ラビットの動脈に作用する力の定常状態周波数反応は、図１１（ｂ）における外部から印加された変調周波数の正確に２倍だった。
【０１６６】
本出願の全体で、様々な出版物を引用した。これらの出版物開示事項は、本明細書に関連する先行技術の状態をより完全に説明するために、引用することにより本出願に全体的に援用する。
【０１６７】
当業者にとっては、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明に様々な変更または変形を加えることができることは明らかである。本発明のその他の実施態様は、本明細書を考察し、本明細書に開示されている本発明を実践することにより当業者には明らかである。本明細書および実施例は単に例示的なものであることを意図しており、本発明の真の範囲および精神は、以下の請求の範囲に示す。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】図１は、例示的な位相敏感ＯＣＴシステムを示す。
【図２】図２は、例示的な位相敏感マルチチャネルＯＣＴシステムを示すブロック図である。
【図３】図３は、図１の例示的な位相敏感ＯＣＴシステムの態様を示す概略図である。
【図４】図４は、図２の例示的な位相敏感マルチチャネルＯＣＴシステムの態様を示す概略図である。
【図５】図５ＡおよびＢは、金属ナノ粒子（Ａ）を使って画像形成されたマウス中、および金属ナノ粒子（Ｂ）を使わずに画像形成されたマウス中で観察したソレノイド駆動信号および光学距離の変化を示す。
【図６ａ】図６は、磁界発生器と組み合わされた微分位相光学コヒーレンス断層撮影法（ＤＰ−ＯＣＴ）システムの概略図である：（ａ）ＤＰ−ＯＣＴシステム、（ｂ）ＤＰ−ＯＣＴサンプル経路の共線構成、および円錐鉄心を含む磁界発生器の構造。
【図６ｂ】図６は、磁界発生器と組み合わされた微分位相光学コヒーレンス断層撮影法（ＤＰ−ＯＣＴ）システムの概略図である：（ａ）ＤＰ−ＯＣＴシステム、（ｂ）ＤＰ−ＯＣＴサンプル経路の共線構成、および円錐鉄心を含む磁界発生器の構造。
【図７】図７は、集束磁界励起（２Ｈｚ、４Ｖｐｐ）を使用した、異なるＳＰＩＯ投与量（１．０、０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇおよび生理食塩水コントロール）による肝臓中の光学距離の変化（Δｐ）（ａ）を示す。投与量１．０ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇのＳＰＩＯによるサンプル中の光学距離の変化（Δｐ）（ｂ）、０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇＳＰＩＯ、および生理食塩水コントロール肝臓。印加された磁束密度の強度は、肝臓サンプルでＢ２＝０．４７テスラである。
【図８】図８は、様々なＳＰＩＯ投与量（１．０および０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ）を注入されたマウスに対する集束磁界に対応するナノ粒子の移動による鉄負荷肝臓サンプル中の最大光学距離の変化（Δｐ）を示す。入力周波数は、２〜８Ｖｐｐの範囲の印加電圧で２Ｈｚ（ａ）、および各々の入力電圧における磁界強度（ｂ）である。
【図９】図９は、様々なＳＰＩＯ投与量（１．０および０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ）を注入されたマウスに対して入力された掃引周波数（１〜１０Ｈｚ）による集束磁界に対応するナノ粒子の移動による、鉄負荷肝臓サンプル中の光学距離の変化（Δｐ）を示す（ａ）。１．０ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇのＳＰＩＯ投与量における光学距離の変化（Δｐ）（ｂ）、０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇのＳＰＩＯ投与量（ｃ）、および生理食塩水コントロール肝臓（ｄ）。印加集束磁束密度は、サンプルにおいて１．３テスラである。
【図１０】図１０は、様々なＳＰＩＯ投与量（１．０および０．１ｍｍｏｌ  Ｆｅ／ｋｇ）を注入されたマウスに対して入力された掃引周波数（１〜１０Ｈｚ）による集束磁界に対応するナノ粒子の移動による、鉄負荷肝臓サンプル中の最大光学距離の変化（Δｐ）を示す。入力掃引周波数は、入力電圧が２から１０Ｖｐｐに増加し、各々の入力電圧における磁界強度において２秒以上で１〜１０Ｈｚの範囲だった。
【図１１】図１１は、２Ｈｚ周波数正弦入力に対応して測定された鉄負荷ラビットの動脈（０．１Ｆｅ／ｋｇ）における光学距離の変化（Δｐ）を示す。
【図１】
2009507208.tif 000027
【図２】
2009507208.tif 000028
【図３】
2009507208.tif 000029
【図４】
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【図５】
2009507208.tif 000031
【図６ａ】
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【図６ｂ】
2009507208.tif 000033
【図７】
2009507208.tif 000034
【図８】
2009507208.tif 000035
【図９】
2009507208.tif 000036
【図１０】
2009507208.tif 000037
【図１１】
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