(57)【要約】核磁気共鳴用途のための種々の遠隔測定方法を説明する。ＮＭＲ活性粒子は、ＮＭＲ測定を受ける体系内に導入される。種々の実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、体系に固有の材料から発生する、いかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中で共鳴ピークを有する。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、体系内の成分を標的化するように、化学的に官能化される。ある用途では、検出された共鳴ピークの変化は、例えば、検体の濃度、標的化された成分が体系内に存在するかどうかといった、体系に関するある特徴を定量化するために使用することができる。
2011510271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴によって、体系が特徴を呈するかどうかを遠隔で決定するための方法であって、
ＮＭＲ共鳴ピークを有するＮＭＲ活性粒子を提供することと、
該ＮＭＲ活性粒子を体系内に導入することと、
該ＮＭＲ活性粒子の該共鳴ピークをＮＭＲ装置で検出することと、
該体系内に導入された結果として、該ＮＭＲ活性粒子の該共鳴ピークが推移するかどうかを決定することと、
推移の発生または不発生に基づいて、該体系が特徴を呈する、または呈さないことを決定することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記ＮＭＲ活性粒子の前記ＮＭＲ共鳴ピークは、前記体系から発生するいかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＮＭＲ活性粒子の前記共鳴ピークは、前記体系内に導入された結果として、２つ以上の共鳴ピークに分離する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＮＭＲ活性粒子の前記共鳴ピークは、前記体系内に導入された結果として、幅が広くなる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＮＭＲ活性粒子は、前記体系内の特徴的検体を結合し、該ＮＭＲ活性粒子の前記ＮＭＲ共鳴ピークは、該検体に結合された時に推移する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記体系は、有機体であり、前記検体は、特徴的細胞型である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記検体は、特徴的癌細胞型である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＮＭＲ活性粒子は、化学的に官能化される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＮＭＲ活性粒子は、同位体濃縮または同位体枯渇を受けている、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
動的核偏極によって、前記ＮＭＲ活性粒子から発生する核磁気共鳴信号を強化することをさらに含み、該動的核偏極は、原位置または原位置外で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約２倍大きい信号強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号のレベルよりも約５倍大きい信号強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号のレベルよりも約１０倍大きい信号強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号のレベルよりも約２０倍大きい信号強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
共鳴ピークの前記推移の前記検出は、空間分解測定技術を使用して行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記空間分解能は、約５ミリリットル〜約１０ミリリットルである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記空間分解能は、約２．５ミリリットル〜約５ミリリットルである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記空間分解能は、約１ミリリットル〜約２．５ミリリットルである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
共鳴ピークの前記推移の前記検出は、空間分解測定技術を使用せずに行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約１０分〜約２０分を要する、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約５分〜約１０分を要する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約２．５分〜約５分を要する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約１分〜約２．５分を要する、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
濃度を共鳴ピークの前記検出された推移と関連付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
核磁気共鳴検定のための遠隔測定方法であって、
検定系内の他の構成要素から発生するいかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中でＮＭＲ共鳴ピークを有する、ＮＭＲ活性粒子を提供することと、
該ＮＭＲ活性粒子を該検定系に導入することと、
検体を該検定系内に導入することと、
該ＮＭＲ活性粒子の該共鳴ピークの推移を検出することと
を含む、方法。
【請求項２６】
前記検体の濃度を共鳴ピークの前記検出された推移と関連付けることをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＮＭＲ活性粒子は、化学的に官能化される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ＮＭＲ活性粒子は、同位体濃縮または同位体枯渇を受けている、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
動的核偏極によって、前記ＮＭＲ活性粒子から発生する核磁気共鳴信号を強化することをさらに含み、該動的核偏極は、原位置または原位置外で行われる、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約２倍大きい信号強度を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約５倍大きい信号強度を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約１０倍大きい信号強度を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
前記共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約２０倍大きい信号強度を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
共鳴ピークの前記推移の前記検出は、空間分解測定技術を使用せずに行われる、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約１０分〜約２０分を要する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約５分〜約１０分を要する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約２．５分〜約５分を要する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３８】
共鳴ピークの前記推移を検出する測定は、約１分〜約２．５分を要する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連米国出願の相互参照）
本出願は、２００８年１月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／０２０，２４８号の優先権を主張し、本明細書に参考として援用される。
【０００２】
（政府資金）
本明細書に記載された業務は、国立予防衛生研究所によって授与されたＲ０１ＣＡ１２４４２７−０２、Ｕ５４ＣＡ１１９３３５、および５Ｕ５４ＣＡ１１９３４９−０３のもとで、また全米科学財団によって授与されたＤＭＲ−０２１３８０５のもとで、部分的に政府資金の支援を受けた研究プログラム内で実施された。米国政府は本発明における一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、原子核のスピン角運動量と関連付けられる物理的な現象であり、現在、様々な医学的および科学的診断測定に利用されている。ＮＭＲに基づく技術である磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）は、有機体および材料の内部構造を観察するための強力な非侵襲診断技術となってきた。磁気共鳴分光法は、別のＮＭＲに基づく技術であり、地質学的試料、細胞、タンパク質の構造および／または組成、および複雑な分子構造に関する詳細を、地質学、生物学、生化学、および有機化学の分野に提供することができる。
【０００４】
ＮＭＲに基づく各タイプの遠隔検出測定は、不均質混合物の分光解析および撮像解析、化学分析、地質学的調査、および磁気共鳴分光法における用途が見出されてきた。しかしながら、これらの用途での検出されたＮＭＲ信号は、一般的に低品質であり、また、長いデータ収集時間を必要とする。さらに、従来のＮＭＲ測定に基づく撮像技術は、低空間分解能を提供する。例えば、単一の走査を得るために必要とされる時間の長さは、しばしば数十分になり、また、磁気共鳴画像のためのボクセル次元は、通常、１０ミリリットルよりも大きい。
【０００５】
いくつかのアプローチでは、凝集検定におけるインビボ遠隔測定を行うように、ＭＲＩと協調して、超常磁性粒子が使用されるようになってきたが、可干渉時間、すなわち水分子から発生するプロトン信号のスピン−スピン緩和時間Ｔ２は、超常磁性粒子の凝集に強く依存する。水分子の近傍にある超常磁性粒子は、局所磁場に影響を及ぼすことによって、それらのＴ２信号に影響を及ぼして変化させる。これらの測定のために、水および超常磁性粒子の混合物を充填した半透性マイクロコンパートメントが、対象患者に移植される。これは、閉じ込められた容量にわたってＴ２緩和速度を測定するために、空間選択的な磁気共鳴励起が必要とされ、時間効率が悪く、かつ実施が困難である。加えて、磁場の外形にわたって高いレベルの制御が必要とされる。
【０００６】
分光および凝集ＮＭＲ技術には、さらなる問題点が存在する。どちらの測定方法も、固有の原子種からプロトン信号を検出するので、信号の感度は、調査される領域自体から発生するかなりのＮＭＲ背景信号を被る。この背景信号は、記録されたデータの品質を低下させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（概要）
本明細書で開示される発明的実施形態は、体系が特定の特徴を呈するかどうかを遠隔で決定するのに有用である、核磁気共鳴のための遠隔測定方法を含む。種々の実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、ＮＭＲ測定を受ける体系内に導入される。体系は、ＮＭＲ励起を受け、ＮＭＲ活性粒子に由来する核磁気共鳴信号は、ＮＭＲ装置を使用して検出され、分析される。検出された信号の分析は、体系が特定の特徴を呈するか、または呈さないかを決定することができる。
【０００８】
種々の局面では、核磁気共鳴のための遠隔測定方法は、ＮＭＲ測定が行われる体系から発生するいかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中でＮＭＲ共鳴ピークを有する、ＮＭＲ活性粒子を提供するステップを含む。ＮＭＲ活性粒子は、サイズが小さく、例えば、サブミリメートル、サブミクロン、ナノメートルの規模になり得、かつ造影剤としての役割を果たすことができる。遠隔測定方法は、ＮＭＲ活性粒子を体系内に導入するステップと、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークの推移を検出するステップとをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、本方法は、動的核偏極によって、ＮＭＲ活性粒子から発生する核磁気共鳴信号を増大するステップをさらに含み、本動的核偏極は、原位置または原位置外で行われる。さらなる付加的な実施形態では、遠隔測定方法は、濃度を共鳴ピーク内の検出された推移と関連付けるステップをさらに含む。
【０００９】
本発明的実施形態は、核磁気共鳴検定のための遠隔測定方法も含む。本方法は、検定体系内の他の構成要素から発生するいかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中でＮＭＲ共鳴ピークを有する、ＮＭＲ活性粒子を提供するステップと、ＮＭＲ活性粒子を検定体系内に導入するステップと、検体を検定体系内に導入するステップと、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークの推移を検出するステップとを含むことができる。検定のための遠隔測定方法は、検体の濃度を共鳴ピーク内の検出された推移と関連付けるステップをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、本方法は、動的核偏極によって、ＮＭＲ活性粒子から発生する核磁気共鳴信号を増大するステップをさらに含み、本動的核偏極は、原位置または原位置外で行われる。
【００１０】
ある実施形態では、核磁気共鳴のための遠隔測定方法は、体系内の他の構成要素から発生するいかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中でＮＭＲ共鳴ピークを有する、ＮＭＲ活性粒子を提供するステップと、ＮＭＲ活性粒子を体系内に導入するステップと、ＮＭＲ活性粒子によって提供される、１つ以上の信号の特徴または様相、および／またはそれらの変化を検出または測定するステップとを含む。本遠隔測定方法の一実施形態は、１つ以上の検出された様相および／またはそれらの変化からのデータに基づいて、画像を形成するステップをさらに含むことができる。本遠隔測定方法の一実施形態はさらに、例えば、ＮＭＲ粒子の共鳴周波数の周波数変化を表すデータによって加重された信号強度から形成される画像といった、１つ以上の異なる検出された様相および／またはそれらの変化からのデータによって、形成された画像に加重するステップ、または形成された画像をこのデータと関連付けるステップを含むことができる。
【００１１】
ある実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、化学的に官能化される。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、同位体濃縮または同位体枯渇を受けている。種々の局面では、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークは、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約２倍大きい、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約５倍大きい、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約１０倍大きい、さらにいくつかの実施形態では、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約２０倍大きい信号強度を有する。
【００１２】
ある実施形態では、遠隔測定方法は、空間分解測定技術を使用して実行される。例えば、共鳴ピークの推移または共鳴ピーク強度の変化の検出が、空間分解測定技術を使用して行われるように、磁場勾配を使用してもよい。種々の局面では、空間分解能は、約５ミリリットル〜約１０ミリリットル、約２．５ミリリットル〜約５ミリリットル、場合によっては、約１ミリリットル〜約２．５ミリリットルである。いくつかの実施形態では、遠隔測定方法は、空間分解測定技術を使用せずに実行される。
【００１３】
種々の実施形態では、共鳴ピーク内の推移を検出するＮＭＲ測定は、約１０分〜約２０分、約５分〜約１０分、約２．５分〜約５分、さらにいくつかの実施形態では、約１分〜約２．５分を必要とする。
【００１４】
本教示の上述した、および他の局面、実施形態、および特徴は、添付図面と併せて、以下の説明からより完全に理解することができる。特許、特許出願、記事、書籍、論文、およびウェブページが挙げられるが、これに限定されない、本出願に引用される全ての文献および類似する資料は、そのような文献および類似する資料の形式に関わらず、参照することによりそれらの全てが明示的に引用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
当業者は、本明細書で説明される図面が、例示目的だけのためであることを理解されるであろう。場合によっては、本発明の理解を容易にするように、本発明の種々の局面が誇張または拡大されて示される場合があることを理解されたい。図中、同様の参照符号は、概して、種々の図面全体にわたって、同様の特徴、機能的に類似する、および／または構造的に類似する要素を指す。これらの図面は原寸に比例して示されておらず、代わりに本教示の原理を示す部分が強調されている。図面は、いかなる形であれ本教示の範囲を限定することを意図したものではない。
【図１】図１は、実質的に一様で静的な磁場
【００１６】
【化１】
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における核磁気モーメント１１０の運動力を示す図である。磁気モーメントは、経路１２０の跡をたどって歳差運動をし、ジャイロスコピック運動を実行する。
【図２Ａ】図２Ａは、磁気モーメント１１０がランダムに配向される、一群の原子または分子２１０を表す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、磁場によって分極された、一群の原子または分子を表す図である。原子２２０の一部は、好適な方向に配向された、それらの磁気モーメントを有する。
【図３】図３は、ＮＭＲ活性粒子および粒子が導入され得る体系のＮＭＲスペクトルのグラフ図である。いくつかの実施形態では、系のスペクトル３０１は、ＮＭＲ活性粒子のスペクトルピーク３５０の近傍に、実質的にいかなる共鳴ピークまたは信号も呈さない。
【図４Ａ】図４Ａは、官能化された表面および標的化された成分４５０を伴う粒子４１０を示す図である。粒子の表面の標的リガンド４２０は、標的化された成分上に位置する受容体４６０に結合する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、結合したＮＭＲ活性粒子と標的化された成分の対を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃ−４Ｄは、カプセル化シェル４８０を含む、官能化されたＮＭＲ活性粒子を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｃ−４Ｄは、カプセル化シェル４８０を含む、官能化されたＮＭＲ活性粒子を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、ＮＭＲ活性粒子のスペクトルピークのグラフ図である。例えば、共鳴ピーク５１０は、例えば図４Ａに示される非結合粒子４１０の、磁気共鳴励起周波数ωｐの近傍におけるＮＭＲ信号強度に対応し得る。
【図５Ｂ】図５Ｂは、例えば図４Ｂに示されるように、標的化された成分と粒子が結合する時に生じ得る、図５ＡのＮＭＲスペクトルの特徴の変化を示すグラフ図である。
【図６】図６は、２つのタイプの粒子に結合される標的化された成分６５０の凝集を示す図である。ＮＭＲ活性粒子４１０は、ＮＭＲ信号を提供し、常磁性または超常磁性粒子６１０は、ＮＭＲ活性粒子の近傍に結合した時に、ＮＭＲ信号を変化させることができる。
【図７Ａ】図７Ａ−７Ｂは、ＮＭＲ活性粒子を使用したＮＭＲ遠隔測定のための方法の実施形態を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａ−７Ｂは、ＮＭＲ活性粒子を使用したＮＭＲ遠隔測定のための方法の実施形態を示す図である。
【図８】図８は、異なる平均サイズのＮＭＲ活性粒子の周波数に対する正規化ＮＭＲ信号振幅の複数の線図である。データは、ゼロ周波数に推移されている。
【００１７】
本発明の特徴および効果は、図面を併用しながら、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（詳細な説明）
概要として、核磁気共鳴のための発明的遠隔測定方法は、体系内に導入することができるＮＭＲ活性粒子を利用する。粒子内の少なくともいくつか原子は、非ゼロ核スピンを有する。これらのＮＭＲ活性粒子は、印加された励起場によって探索される時にＮＭＲ信号を提供するように、体系内に直接的に組み込むことができる。結果として生じるＮＭＲ信号は、電子機器類によって検出することができ、かつ体系の状態、構造、または組成の診断に使用することができる。
【００１９】
ある実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、化学的に官能化される。一実施例として、粒子の表面は、標的化された成分に対する粒子の付着を体系内で誘発するように、官能化することができる。
【００２０】
本明細書で使用する場合、「粒子」という用語は、ＮＭＲ活性物質の小粒子を包含する。粒子のサイズは、サブミリメートル、サブミクロン、さらにはナノメートルの規模になり得る。本明細書で使用する場合、「体系」という用語は、試料、標本、または対象患者を包含し、生物学的または非生物学的であり得る。本明細書で使用する場合、「標的化された成分」という用語は、化学元素、分子、タンパク質、検体、鉱物組成、ある種の組成物、岩石または鉱石に特異的な鉱物組成、ＤＮＡ、細胞、抗原、ウイルス、およびバクテリアを含むが、これらに限定されない。
【００２１】
図１は、外部から印加された静磁場
【００２２】
【化１】
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１３０内に設置した時に、単一原子の核磁気モーメント１１０の運動力１００を示す。概して、原子が、非ゼロ核スピンを有し、かつ磁場内に設置された時に、原子の磁気モーメント１１０は、磁場と実質的に整列する軸の周囲をジャイロスコピック運動で歳差運動を行う。一例として図に示されるように、磁気モーメント１１０は、Ｚ軸の周囲を移動し、矢印１２５によって示される方向に経路１２０の跡をたどる。歳差運動周波数ωｐは、部分的に、局所磁場、すなわち、原子のすぐ近くの場の強度に依存する。種々の実施形態では、局所磁場、すなわち、原子の実質的にすぐ近くの場は、局所環境内に存在する材料のため、印加された磁場１３０と異なり得る。
【００２３】
図２Ａに示されるように、実質的に一様で均一な磁場内に設置される、例えば粒子を含む集合体といった、一群の原子または分子２１０は、それらの磁気モーメントを、印加された場の方向に沿って配向する。この再配向は、磁気モーメントの分極と称される。図２Ｂは、例えば粒子を含む一群の原子または分子といった、原子または分子の分極された集団を示す。原子２２０の一部分の磁気モーメント１１０は、好適な方向に再配向することができ、粒子は、正味の磁気モーメントを帯びる。印加された外部磁場が除去された時に、原子のモーメントの配向は、「長手方向」緩和時間または「スピン格子」緩和時間Ｔ１と称される、特徴的速度でランダム化する。図１を参照すると、ランダム化の間に、原子の磁気モーメント１１０の方向は、経路１２０から離れて適時にドリフトし、しばらく後に−Ｚ方向を指し得る。一群の原子内の全ての磁気モーメントのランダム化は、図２Ａに示されるように、その群について、正味ゼロの磁気モーメントをもたらし得る。種々の実施形態では、核磁気共振信号は、粒子内の特定の種のスピン格子緩和時間Ｔ１に由来する。
【００２４】
一群の原子の核磁気モーメントが分極され、かつ実質的に静的な磁場に保持される時に、それらの歳差運動は、歳差運動周波数ωｐに整合するように調整されたＲＦ場の印加によって実質的に同期させることができる。印加された場は、歳差運動モーメント１１０を同期運動へと強制する傾向がある。印加されたＲＦ場が除去された時に、歳差運動モーメントは、相互に位相を外れてドリフトし始める。この歳差運動の位相外れ速度は、「横」緩和時間または「スピン−スピン」緩和時間Ｔ２と称される。再び図１を参照すると、それらの同期された磁気モーメントを有する一群の原子は、互いに同位相で歳差運動１２５、１２０を呈する。
【００２５】
種々の実施形態では、ＮＭＲ信号は、粒子内の特定の種のスピン−スピンＴ２緩和特性に由来する。このような技術では、特定の原子または分子種の歳差運動周波数ωｐに調整された一連のＲＦ場が、粒子に印加され得る。いくつかの実施形態では、モーメントの歳差運動を同期させるように、短期間のＲＦ場が印加され得る。短い遅延の後に、核モーメントのスピン配向を反転させるように、別の短期間のＲＦ場が印加されてもよい。これは、モーメントの１１０の配向を、図１の＋Ｚ方向から−Ｚ方向に変えることに対応する。スピン反転は、以前に位相を外れたモーメントに、再同期させた時に検出可能な大きい磁気インパルスまたはエコーを生成する位相に戻すように、ドリフトを生じさせる。この測定技術は、ＮＭＲデータを収集する時に、信号対雑音比を改善するように、横緩和時間Ｔ２よりも約２倍遅い速度で何回も繰り返すことができる。
【００２６】
結果として生じるＮＭＲ信号の強度およびそれらの減衰速度は、探索される原子または分子のタイプ、およびその局所環境を含む、複数の因子に依存し得る。局所物質密度および材料組成の変動は、Ｔ１時間、Ｔ２時間、および領域から領域までの歳差運動周波数ωｐを変化させ得る。これらの変動は、調査する材料の構造的および／または組成的な特徴をマップするように、記録してプロットすることができる。
【００２７】
多くの用途では、ＮＭＲ信号は、宿主材料自体に由来する。例えば、医学的撮像では、水素核（Ｈ＋）の緩和時間Ｔ１またはＴ２が測定される。ある用途では、ＮＭＲ信号は、宿主材料内に存在する天然の原子、要素、分子、または化合物に由来する。このような場合でも測定を容易に行うことができるが、ある場合では、結果として生じる信号が所望の情報を提供できない場合がある。例えば、本実施形態では、ＮＭＲは、早期の診断および疾病管理に役立つ好適な有効かつ特異的な方法で、悪性の癌腫または転移の前兆となり得る化学バイオマーカーを同定することがほとんどできない状態のままである。加えて、宿主体系に固有の原子の材料または種に由来するＮＭＲ信号は、概して、宿主体系内の同じ種によって生成される背景または雑音ＮＭＲ信号レベルを被る。
【００２８】
発明的方法の種々の実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、ＮＭＲ測定を受ける体系内に提供または導入される。粒子は、体系のある様相によって影響を及ぼされ得る核磁気共鳴信号を粒子が提供するという点で、体系のための診断遠隔測定を提供することができる。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子によって提供されるＮＭＲ信号は、宿主体系から発生するいかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中に位置し、実質的に背景を含まないＮＭＲ信号を粒子から検出することができる。ＮＭＲ信号は、例えばＮＭＲ信号強度および／または１つ以上の核磁気共鳴ピークの周波数の場所といった、ＮＭＲ活性粒子自体に由来し得る。信号は、体系のＮＭＲ分光分析および／または撮像解析に有用であり得る。ある実施形態では、信号は、体系内の成分の存在または濃度を検出するために使用される。いくつかのＮＭＲ測定では、共鳴ピークの場所の推移が検出される。ある実施形態では、ＮＭＲ活性粒子によって提供されるＮＭＲ信号の品質は、宿主体系に固有の材料に由来するＮＭＲ信号よりも優れ、従来のＮＭＲ測定技術と比較して、短期間でＮＭＲ測定回数を得ることができる。
【００２９】
ＮＭＲ活性粒子は、様々な材料から形成することができる。例えば、粒子は、主に、シリコン、シリカ、または炭素のうちの１つ以上の材料を含むことができる。粒子は、あらゆる要素、すなわち、印加されたＲＦ励起場によって探索される時にＮＭＲ信号を呈する化合物の分子を含み得る。いくつかの実施形態では、粒子は、所望の要素がＮＭＲ信号を提供するために、例えばＣａＦ２の形態のフッ素といった、分子内に存在する所望の要素を含み得る。いくつかの実施形態では、粒子は、例えばダイヤモンドの製造時の欠陥としての窒素といった、欠陥として存在する所望の要素を含み得、所望の要素は、ＮＭＲ信号を提供する。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、酸化シリコンを含むことができるが、これは、金または他の材料で被覆または部分的に被覆することができ、シリコンは、ＮＭＲ信号を提供することができる。
【００３０】
体系内に導入される粒子のサイズは、ある値の範囲で分布させるか、またはほぼ平均値で分布させることができる。いくつかの実施形態では、体系内に導入される粒子のサイズは、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１００ｎｍ〜２５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約１ミクロン、約１ミクロン〜約５ミクロン、約５ミクロン〜約２０ミクロン、さらにいくつか実施形態では、約２０ミクロン〜約１００ミクロンの値の範囲を有する。いくつかの実施形態では、体系内に導入される一群のＮＭＲ活性粒子の平均粒子サイズは、約１ｎｍ〜約２００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約１ミクロン、さらには約１ミクロン〜約２００ミクロンの任意の値である。いくつかの実施形態では、粒子サイズ分布は、数十ナノメートルであり、またはいくつかの実施形態では、数百ナノメートルである。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、例えば約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ等といった、平均粒子サイズｄａｖｇを有し、粒子サイズ分布ｄｄｉｓは、例えば約±５％、約±１０％、約±１５％、約±２０％、約±２５％、約±３０％、約±４０％、約±５０％、約±６０％、約±７０％といった、平均粒子サイズの割合として表され得る。一実施例として、体系内に導入されるＮＭＲ活性粒子は、約１２０ｎｍの平均粒子径および約±４０％の粒子サイズ分布を有することができる。このような一群の粒子の場合、大部分の粒子は、約７０ｎｍ〜約１７０ｎｍのサイズを有する。
【００３１】
さらに、ＮＭＲ活性粒子は、長いスピン格子緩和時間Ｔ１を有することができる。種々の実施形態では、粒子は、それらの体系内への送達または導入のかなり後に、ＮＭＲ信号を提供する。この文脈では、Ｔ１緩和時間と関連付けられる期間、または長いＴ１時間は、いくつかの実施形態では、約５分よりも長い期間を指す。種々の実施形態では、Ｔ１時間は、約１５分より長く、約３０分より長く、約１時間より長く、約２時間より長く、さらにいくつかの実施形態では、約３時間より長い。
【００３２】
ＮＭＲ粒子によって提供されるＮＭＲ信号の品質を改善するために用いることができる、複数の技術が存在する。例えば、粒子の核磁気モーメントは、原位置または原位置外のいずれかの動的核偏極を通して分極することができる。種々の実施形態では、動的核偏極は、より多数の粒子の原子の核磁気モーメントを、好適な方向に整列させる。これは、粒子に由来するＮＭＲ信号の大きさを増加させることができる。動的核偏極は、分極機構である、オーバーハウザー効果、固体効果、修正面干渉、および熱混合のうちのいずれかを利用する技術を含むことができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子によって提供される信号は、粒子内の要素の同位体濃縮または枯渇によって増大される。例えば、粒子は、主に、標準的な同位体組成の２８Ｓｉ（核スピンはゼロ、存在量約９２．２％）、２９Ｓｉ（スピンは１／２、存在量約４．７％）、および３０Ｓｉ（スピンはゼロ、存在量約３．１％）を伴う、シリコンを含み得る。２９Ｓｉの相対存在量は、いくつかの実施形態では、５％を超えて、１０％を超えて、および２０％を超えて増加され得る。ある実施形態では、２９Ｓｉは、最長で数時間に達する、長いＴ１緩和時間を呈し得る。したがって、粒子が分極されると、増加された信号強度を長期間にわたって存続させることができる。これは、粒子が生体系に注射、摂取、移植、吸入、あるいは送達され、意図された目標に粒子が到達するためにかなりの時間量が必要とされる実施形態に有益なものとなり得る。
【００３４】
ＮＭＲ遠隔測定に好適なＮＭＲ活性粒子を作製するための方法は、２００８年１０月９日に出願された米国特許出願第１２／２４８，６７２号に開示されており、その全体が本明細書に参考として援用される。
【００３５】
上述のように、体系に固有の材料から発生するいかなるＮＭＲ信号も実質的に含まないスペクトル領域中で、粒子がＮＭＲ信号を提供するように、粒子を選択することができる。これは、高い信号対雑音比をもたらし得、いくつかの実施形態では、試料の空間選択的な探索の必要性を排除し得る。図３は、ＮＭＲ活性粒子３０２（実線の曲線）に由来するＮＭＲスペクトルが、体系の固有の材料から生じるＮＭＲ信号を実質的に含まないスペクトル領域中に位置するピーク信号３５０を有する、一実施形態のＮＭＲスペクトルを示すグラフ図である。固有のＮＭＲスペクトル３０１（破線の曲線）は、離れた領域中に位置するピーク３１０、３１１、および３１２を呈し得るが、選択されたＮＭＲ活性粒子のスペクトルピーク３５０の近傍で、信号が実質的にくぼみ得る。このような実施形態の場合、固有のＮＭＲスペクトルが周知であれば、固有のスペクトルの実質的に信号を含まない領域内のスペクトルピークを呈する遠隔測定のために、ＮＭＲ活性粒子を選択することができる。図３に示される特徴を有する実施形態の場合、共鳴ピークのＮＭＲ測定で得られる信号対雑音比は、約２よりも大きく、約５よりも大きく、約１０よりも大きく、約１００よりも大きく、またいくつかの実施形態では、約１０００よりも大きくなり得る。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子と関連付けられる共鳴ピークは、共鳴ピークのスペクトル近傍で、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約２倍大きい信号強度を有する。背景の信号レベルは実質的に一様であり得、または、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークの近傍でピークを呈し得、また、背景の信号は、実質的に、研究中の体系に固有の材料から発生する。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約５倍大きい、背景のＮＭＲ信号レベルよりも約１０倍大きい、さらに背景のＮＭＲ信号レベルよりも約２０倍大きい信号強度を有する。
【００３６】
周波数の関数として、測定した信号強度の例を図８に示す。プロットされたデータは、異なる平均サイズの一群のＮＭＲ活性粒子について記録された、平均化されたＮＭＲスペクトルを表す。各群の平均粒子サイズを、グラフ内に記録する。データは、共鳴ピークが、約ゼロ周波数値を中心とするように推移させた。記録された各スペクトルは、一連の合計した自由誘導減衰の痕跡から取り込み、続いて、４．７テスラの磁場強度で時間３Ｔ１にわたって分極を行った。対応する共鳴周波数は、約３９．７ＭＨｚであった。Ｂｒｕｋｅｒ  ＤＭＸ−２００  ＮＭＲコンソールを測定に使用した。データは、ＮＭＲ活性粒子のサイズで信号の品質を改善できることを示している。種々の実施形態では、本明細書で開示される発明的方法のいずれかの平均粒子径を選択することによって、ＮＭＲ信号の信号対雑音比を選択することができる。
【００３７】
固有のＮＭＲ信号を実質的に含まないスペクトル領域中でＮＭＲ信号を有する粒子の選択は、空間分解ＮＭＲ測定を必要とせずに、体系内の標的化された成分の存在に関する好都合な試験方法を提供することができる。一実施例として、癌性細胞等の標的化された成分を潜在的に含有する体系は、癌性細胞に結合する標的リガンド、または癌性細胞に結合する受容体を有する、官能化されたＮＭＲ活性粒子に露出することができる。標的化された成分または受容体結合成分が存在する場合、官能化された粒子は、体系内の標的化された成分または受容体結合成分に結合させることができる。いくつかの実施形態では、官能化されたＮＭＲ活性粒子の導入後、体系は、非結合ＮＭＲ活性粒子が体系から除去される、洗浄ステップを受けさせることができる。粒子のＮＭＲピーク３５０周辺のスペクトル領域を包含する狭い周波数範囲でのその後の体系全体のＮＭＲ励起は、粒子、ひいては標的化された成分の存在を決定することができる。このような実施形態の場合、標的化された成分の存在を決定するために、例えば磁気共鳴撮像法といった、空間分解を実施する必要性が存在しない。
【００３８】
種々の実施形態では、ＮＭＲ活性粒子の表面は、粒子の標的化機能を提供するように、化学的に変化させられる。このような化学的に官能化されたＮＭＲ活性粒子は、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）、磁気共鳴分光法、およびＮＭＲに基づく凝集検定が挙げられるが、これに限定されない、様々な用途に使用することができる。いくつかの実施形態では、官能化された標的化ＮＭＲ活性粒子は、生物学的用途の場合は、細胞表面受容体に結合させることができ、または地質学的用途の場合は、特異的鉱物を有する岩石または鉱石に結合させることができる。ある実施形態では、体系内の標的化された成分への結合後、官能化された粒子は、空間選択的なＭＲＩ励起を使用して検出することができ、そして、例えば検体、細胞、各種鉱物等といった、体系内の標的化された成分の空間的分布を、結果として生じるＮＭＲ信号から決定することができる。一実施例として、体系内の局在的な標的化された成分に結合する官能化された粒子は、ＭＲＩ画像上に「明るい」点を提供することができ、この点は、標的化された成分の存在および空間的広がりを示す。ある実施形態では、体系内の標的化された成分への結合後、官能化された粒子は、体系内の標的化された成分の存在を決定するように、非空間選択的なＮＭＲ励起を使用して検出することができる。
【００３９】
例示として、図４Ａ−４Ｂは、ＮＭＲ遠隔測定に有用である、化学的に官能化されたＮＭＲ活性粒子４１０の一実施形態を示す。種々の実施形態では、ＮＭＲ活性粒子４１０の表面は、図４Ａに示されるように、標的リガンド４２０で化学的に官能化することができる。例えば、標的リガンドは、以下の分子のうちのいずれかを含むことができる。ヨウ化物、臭化物、硫化物、チオシアネート、塩化物、硝酸塩、アジド、フッ化物、水酸化物、蓚酸エステル、水、イソチオシアネート、アセトニトリル、ピリジン、アンモニア、エチレンジアミン、２，２’−ビピリジン、１，１０−フェナントロリン、亜硝酸塩、トリフェニルホスフィン、シアン化物、一酸化炭素、アセチルアセトネート、種々のアルケン、ベンゼン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、種々のコロール、種々のクラウンエーテル、２，２，２−クリプタンド、種々のクリプタンド、シクロペンタジエニル、ジエチレントリアミン、ジメチルグリオキシメート、エチレンジアミン四酢酸塩、エチレンジアミン三酢酸塩、グリシネート、種々のヘム、ニトロシル、スコルピオネート、亜硫酸塩、２，２’，５’，２−ターピリジン、チオシアネート、トリアザシクロノナン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリエチレンテトラミン、トリ（ｏ−トリル）ホスフィン、トリス（２−アミノエチル）アミン、トリス（２−ジフェニルホスフィンエチル）アミン、ターピリジン、ポリエチレングリコール、デキストラン、アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）、種々のアミン、および種々のシラン。標的リガンドは、タンパク質分子が結合する様々なリガンドのうちのいずれかであってもよい。ある局面では、標的リガンドは、内因性または外因性抗原または抗体を含み得る。いくつかの実施形態では、標的リガンドは、リボ核酸（ＲＮＡ）を含み得る。いくつかの実施形態では、標的リガンドは、粒子の表面に直接的に配置される。いくつかの実施形態では、標的リガンドは、１つ以上の介在分子または材料の層を通して、粒子表面に付着させられ得る。
【００４０】
種々の実施形態では、標的リガンドは、例えば、疑わしい検体、分子、タンパク質、バイオマーカー、種、または研究中の体系内の内因性化学構造といった、標的化された成分と選択的に結合するように選択される。いくつかの実施形態では、標的リガンドは、生物学的用途の場合は、細胞表面受容体と結合し、または地質学的用途の場合は、特異的物質組成を有する岩石または鉱石と結合する。種々の実施形態では、官能化された粒子は、体系内に導入され、空間選択的な磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）励起を使用して直接的に検出される。空間選択的なＭＲＩ励起は、磁気共鳴撮像法の当業者に知られているように、例えば少なくとも１つの空間の次元に沿って強度勾配を有する場といった、空間的に変動する静的磁場を含むことができる。標的化された成分の空間的分布は、官能化されたＮＭＲ活性粒子に由来する、記録されたＮＭＲ信号から構築される画像から決定することができる。一実施例として、体系内の特定の場所における官能化された粒子の蓄積は、標的化された成分と官能化された粒子との間の多重結合事象を代表するものとなり得、また、この蓄積は、例えばＭＲＩ画像上の明るい点といった、ＮＭＲ信号強度の局在的な増加として明らかになり得る。
【００４１】
いくつかの実施形態では、粒子は、ポリマーシェルに包まれた、またはその中にカプセル化されたＮＭＲ活性コアを含み得る。ポリマーシェルは、生体吸収性または生物分解性であってもよい。例示的な生物分解性材料は、以下のポリマーのうちのいずれかを含む。任意の比率（例えば、８５：１５、４０：６０、３０：７０、２５：７５、または２０：８０）のラクチド−グリコリドコポリマー類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリエチレングリコール、およびポリカプロラクトン。生物分解性ポリマーシェル４８０がＮＭＲ活性コア４１０をカプセル化する、図４Ｃに示される実施形態の場合、標的リガンド４２０は、図４Ｄに示されるように、シェルの外表面、または活性コアの表面に配置され得る。図４Ｄに対応する実施形態は、ＮＭＲ活性粒子の時間遅延された標的化送達を提供することができる。いくつかの実施形態では、治療薬をシェル４８０内に組み込むことができる。治療薬がシェル４８０内に配置される、図４Ｃに示される実施形態では、例えば標的リガンド４２０と選択的に結合する受容体４６０といった、標的化された受容体への薬物の送達は、体系内で追跡することができる。
【００４２】
再び図４Ａを参照すると、ある実施形態では、化学的に官能化されたＮＭＲ活性粒子４１０は、標的リガンドの結合部位が存在すると見られる、または推測される、体系内に導入することができる。結合部位、すなわち受容体４６０は、例えば体系内の複合分子、細胞、または構造４５０といった、標的化された成分の表面に配置され得るか、標的化された成分内に含まれ得るか、または付着せずに体系内を自由に移動し得る。一実施例として、受容体４６０は、赤血球細胞の表面に配置されるヒト抗原であってもよく、また、ＮＭＲ活性粒子上の標的リガンドは、抗原を標的化するヒト抗体であってもよい。さらなる一実施例として、結合部位は、通常は体系内に存在しない特定の化学元素、分子またはタンパク質であってもよく、また、標的リガンドは、その特定の元素、分子、またはタンパク質に結合することができる。さらなる実施例として、標的化された成分は、膵臓内の小島細胞上の受容体、または、例えば前立腺、腎臓、肝臓、肺などのあらゆるヒトの臓器またはあらゆる動物の臓器といった、あらゆる生物学的臓器内の癌性細胞または悪性腫瘍上の受容体であり得る。種々の実施形態では、化学的に官能化されたＮＭＲ活性粒子は、図４Ｂに示されるように、標的リガンド４２０を通して、標的化された受容体４６０に結合する。粒子４１０がその表面に２つ以上の標的リガンドを有する時に、付加的な結合を生じさせて、粒子および受容体、または受容体に結合した標的化された成分の凝集を形成することができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークの推移は、粒子の体系内への導入後に生じ得る。共鳴ピークの推移は、共鳴ピークおよびその近傍を包含するスペクトル領域中で、体系に対してＮＭＲ測定を実行することによって検出することができる。いくつかの実施形態では、共鳴ピークの推移または変化を検出するＮＭＲ測定は、例えば約１０分〜約２０分、約５分〜約１０分、約２．５分〜約５分、約１分〜約２．５分といった、短い期間を必要とする。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ測定のためのデータ収集時間は、約１０秒〜約１分である。いくつかの実施形態では、共鳴ピークの推移は、体系内の標的化された成分の濃度を代表する。
【００４４】
一実施例として、官能化されたＮＭＲ活性粒子が、受容体または受容体に結合した粒子等の、標的化された成分と結合する時に、ＮＭＲ活性粒子のスペクトル特徴の変化が生じる。このような変化を図５Ａ−５Ｂに示す。例えば、図４Ａに示される非結合ＮＭＲ活性粒子４１０は、図５Ａに示されるＮＭＲスペクトル５０１を呈し得る。ＮＭＲスペクトルは、印加されたＲＦ励起場の周波数を掃引し、そして、結果として生じるＮＭＲ信号強度を記録することによって得ることができる。ＮＭＲスペクトルは、粒子４１０内に存在する核磁気活性種に対応する周波数ωｐにおいて、顕著な共鳴ピーク５１０を呈し得る。
【００４５】
標的化された成分との結合４００の後、ＮＭＲスペクトルは、図５Ｂの実施例に示されるように、変化させられた状態になり得る。結合後のスペクトル５０２は、実線の曲線で示されるように、周波数ω’ｐにおいて新しい衛星ピーク５２０と、低減した主ピーク５３０とを呈し得る。衛星ピークは、体系中の結合した粒子４００から生じ得、そこでは、結合した標的化された成分が粒子の局所磁場に影響を及ぼし、したがって、その磁気共鳴周波数を変化させる。残りの非結合粒子４１０は、依然として主ピーク５３０に寄与する。いくつかの実施形態では、結合した粒子の周波数の推移は、非常に小さ過ぎて機器類によって別個のスペクトルピークとして分解することができない場合があり、図５Ｂに点線の曲線で示される、広がって推移したピーク５４０が生じ得る。
【００４６】
図５Ｂに示されるスペクトルは、ＮＭＲスペクトルがどのように変化させられ得るのか、という一実施例に過ぎないことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、結果として生じるスペクトルは、例えば、実質的に全てのＮＭＲ活性粒子が結合された場合、または非結合粒子が体系から除去された場合に、衛星ピーク５２０だけを呈し得る。いくつかの実施形態では、結果として生じるスペクトルは、広がった主ピークまたは二重ピークの共鳴構造を呈し得る。
【００４７】
ある実施形態では、スペクトルピーク５２０、５３０、または５４０の強度、形状、および／または場所は、標的化された成分に対する粒子の結合の程度または濃度に関する定量的情報を提供することができる。例えば、いくつかの体系では、標的化された成分に対する官能化された粒子の大量かつ集中した結合は、適度な結合よりも大きいＮＭＲ共鳴周波数の遷移を生成することができ、または、例えば強度またはピーク値といった、測定可能な信号強度の増加を生成することができる。いくつかの実施形態では、磁気共鳴ピークの推移または変化は、事前較正することができ、特徴的推移におけるピークの信号強度は、例えば体系中に存在する成分の濃度といった、標的化された成分に関する定量的情報を与えることができる。事前較正の試行は、周知の標的化された成分の濃度の関数として、粒子の共鳴ピークの推移または変化を測定するように実行することができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、標的化された成分に対する官能化されたＮＭＲ活性粒子の結合は、粒子のＴ１および／またはＴ２時間に影響を及ぼし得る。これらの変化は、標的化された成分の存在を決定するように、ＮＭＲ測定を介して検出することができる。いくつかの磁気共鳴撮像法の実施形態では、付加的な情報を提供するように、ＮＭＲ活性粒子によって提供される複数の様相または特徴が、検出または測定される。例えば、以下の様相および／またはそれらの変化の任意の組み合わせまたは全てを、ＮＭＲ撮像測定で検出することができる。信号強度、信号周波数、共鳴ピークのスペクトル特徴、Ｔ１時間、およびＴ２時間。結果として生じる画像は、１つ以上の測定された様相および／またはそれらの変化のうちのいずれかによって加重するか、またはそれと関連付けることができる。一実施例として、信号強度に基づく画像は、Ｔ２時間の変化に基づく画像を伴うことができる。さらなる一実施例として、共鳴周波数データによって加重される空間的撮像は、体系の空間的スペクトル画像を提供することができる。
【００４９】
背景または雑音信号を実質的に含まない周波数帯域にある信号を提供するＮＭＲ活性粒子は、上述したＮＭＲ測定のうちのいずれかで高い信号対雑音比を得ることができることを理解されるであろう。種々の実施形態では、発明的ＮＭＲ活性粒子によって実行されるあらゆるタイプのＮＭＲ測定は、従来のＮＭＲ測定技術に必要とされる期間よりも短い期間でデータを得ることができる。種々の実施形態では、上述の様相および／またはそれらの変化のうちのいずれかについてＮＭＲ信号を検出する測定は、約１０分〜約２０分、約５分〜約１０分、約２．５分〜約５分、約１分〜約２．５分の期間を必要とし得る。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ測定のためのデータ収集時間は、約１０秒〜約１分である。
【００５０】
さらなる一実施例として、化学的に官能化されたＮＭＲ活性粒子は、ＮＭＲ遠隔測定に適合される多重粒子凝集検定で、例えば、酸化鉄粒子、ガドリニウム粒子、または同様の特性を伴う粒子といった、官能化された常磁性または超常磁性粒子と組み合わせて使用することができる。ある実施形態では、発明的方法は、化学的に官能化することができ、かつ超常磁性または常磁性粒子であり得るＮＭＲ活性粒子を検定が含む、凝集検定に採用される。いくつかの実施形態では、常磁性または超常磁性粒子は、酸化鉄またはガドリニウムであり、そして、それらの表面も官能化することができる。ＮＭＲ活性粒子は、超常磁性または常磁性粒子を含有する検定体系内に導入することができる。種々の実施形態では、検体のさらなる追加は、ＮＭＲ活性粒子、検体および、超常磁性または常磁性粒子の凝集を生じさせる。凝集は、ＮＭＲ活性粒子の核磁気共鳴ピークの正味の推移をもたらし得る。例えば、凝集によりＮＭＲ活性粒子の近傍にある超常磁性または常磁性粒子の濃度は、ＮＭＲ活性粒子の局所磁場を変化させ得、かつ粒子の共鳴周波数、Ｔ１時間、Ｔ２時間の様相または特徴のうちのいずれかまたは全てに影響を及ぼし得る。ある実施形態では、共鳴周波数の推移は、検出することができ、かつ検体濃度に関する定量的情報を提供することができる。
【００５１】
さらなる一実施例として、常磁性または超常磁性粒子、およびＮＭＲ活性粒子を含む多重粒子凝集を採用した検定の一実施形態を、図６に示す。示される実施形態では、標的化された成分６５０は、２つの機能的に異なる受容体６３０および６６０を有する。標的リガンド４２０は、ＮＭＲ活性粒子４１０の表面に配置され得、リガンド４２０は、受容体６６０と選択的に結合し得る。第２の標的リガンド６２０は、常磁性粒子６１０の表面に配置され得、標的リガンド６２０は、受容体６３０と選択的に結合し得る。常磁性または超常磁性粒子のサイズは、約５０ナノメートル（ｎｍ）未満、いくつかの実施形態では、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約２５０〜約５００ｎｍ、またいくつかの実施形態では、約５００ｎｍ〜１ミクロンになり得る。凝集６００を形成する時に、常磁性粒子６１０は、ＮＭＲ活性粒子４１０の近傍のマトリクス中で結合することができ、かつ任意の印加された磁場を局所的に変化させることができる。凝集は、ＮＭＲ活性粒子４１０に関連付けられたＮＭＲ共鳴ピークの推移を生じさせることができる。いくつかの実施形態では、推移の量、形状の変化、および／またはＮＭＲ信号の強度は、例えば検体といった、検定中に存在する標的化された成分の量および／または濃度に関する定量的情報を提供することができる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、官能化されたＮＭＲ活性粒子および、常磁性または超常磁性粒子はどちらも、例えばヒトまたは動物の対象患者または生物学的試料といった、体系内に導入される。ＮＭＲ活性粒子および磁性粒子は、例えば癌腫といった、体系内の特異的成分を標的化するように、同様に官能化することができる。局所部位におけるＮＭＲ活性粒子および磁性粒子の蓄積は、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークのスペクトル推移をもたらし得、かつ体系内の癌腫の存在を示し得る。
【００５３】
ある実施形態では、体系内のＮＭＲ活性粒子の蓄積は、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）等の空間分解測定技術を使用して検出することができる。この文脈における撮像は、体系の少なくとも一部のＭＲＩ画像を形成するように、粒子に由来する信号の分光学的強度を体系内の空間的場所にマップすることができる、ＮＭＲ検出であることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークの推移は、ＭＲＩ画像を形成するように、空間的場所にマップすることができる。撮像技術は、１つ以上の磁場勾配の使用を含むことができる。種々の領域中の画像の強度は、体系のある領域内の粒子または標的化された成分の相対濃度に関する情報をもたらし、かつ、いくつかの実施形態では、領域内の粒子または成分の絶対濃度を定量化するために使用することもできる。濃度の定量化は、測定された結果を、事前較正の試行による結果と比較することによって得ることができる。
【００５４】
種々の実施形態では、本発明のＮＭＲ遠隔測定方法で、従来のＭＲＩ技術によって得られる空間分解能を上回る値が得られる。ある実施形態では、撮像について得られる空間分解能は、約５ミリリットル〜約１０ミリリットル、約２．５ミリリットル〜約５ミリリットル、さらにいくつかの実施形態では、約１ミリリットル〜約１．５ミリリットルである。ＮＭＲ活性粒子に由来する信号から構築される画像は、ＮＭＲ活性粒子が導入された体系の少なくとも一部の二次元的または三次元的表現とすることができる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ＭＲＩ用途の官能化された粒子に由来する画像強度は、体系の分析、診断、および／または処理に有用な情報を提供することができる。一実施例として、体内、体外、原位置の粒子の動力学は、例えば粒子の比重、サイズ、および表面組成といった、あるパラメータに影響を及ぼされ得る。例えば選択された均一のサイズおよび比重の粒子を使用することによって、これらのパラメータのうちの２つが一定に保たれる時に、例えば生理学的分布、分解速度等といった、動力学の変動は、本実施例では表面化学である第３のパラメータに関する、体系内の特徴的相互作用に関する情報を提供することができる。多くの生物学的プロセスは、細胞外の生体分子と細胞表面の受容体との間の接触相互作用を介したものであり、これらの相互作用は、広義に「細胞機能」と称される多数のプロセスを引き起こすことができる。細胞機能には、例えば、遺伝子発現の変化、細胞のライフサイクルの変化、および細胞外の刺激に対する適応反応が挙げられるが、これに限定されない。種々の事例では、細胞の表面に存在する表面受容体のタイプは、例えば膵島細胞を生成するインスリン、悪性の癌細胞、または免疫系の細胞といった、細胞の種別の特徴とすることができ、かつ細胞外刺激に対する適応反応を示すことができる。種々の実施形態では、体系の種々の領域中の官能化された粒子の蓄積は、それらの受容体の存在を示し、かつ細胞のタイプおよび細胞機能に関する有用な情報を提供することができる。蓄積は、標的リガンドと、標的化された受容体、または脈管構造を含むより大きい生理学的構造との相互作用に起因する、それらの領域中の粒子の変更された動力学的特性によって生じる。官能化された粒子の蓄積は、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）中のＮＭＲ信号強度の増加として明らかになり得る。いくつかの実施形態では、官能化された粒子の検出された蓄積は、例えば、異なる組織中に存在する細胞のタイプに関する情報、または、化学療法の場合は、投与された薬物が、標的化される組織中に沈積するかどうかに関する情報を医師に提供することができる。
【００５６】
ＮＭＲ活性粒子を使用したＮＭＲ遠隔測定のための方法の種々の実施形態を、図７Ａ−７Ｂのフローチャートに示す。これらの方法は、化学的に官能化されたＮＭＲ活性粒子、および化学的に官能化された常磁性または超常磁性粒子の使用を含むことができる。本方法は、長いＴ１緩和時間を伴うＮＭＲ活性粒子の使用を含むことができる。
【００５７】
種々の実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、７１０で選択され、得られ、または提供される。いくつかの実施形態では、選択されたＮＭＲ活性粒子は、化学的に官能化されている。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ活性粒子は、粒子が導入される体系から発生するＮＭＲ信号を実質的に含まないスペクトル領域中でＮＭＲ共鳴ピークを有する。ＮＭＲ活性粒子を提供するステップは、粒子の核磁気モーメントの少なくとも一部を分極するステップを含むことができる。
【００５８】
核磁気共鳴のための遠隔測定方法は、体系内にＮＭＲ活性粒子を導入するステップ７２０をさらに含むことができる。導入するステップは、粒子または粒子を含有する溶液を体系内に導入するステップを含むことができる。体系は、体系内に存在することが分かっている、または推測される成分を含有することができる。いくつかの実施形態では、体系は、凝集検定である。粒子は、粉末として、溶解性の錠剤として、またはカプセル化された組成として溶液中の体系に導入することができる。様々な形態の粒子は、点滴、注射、摂取、吸入、静脈内送達、経口、経肛門、経皮送達等、または移植によって導入することができる。ある実施形態では、ＮＭＲ活性粒子の体系内への導入後に、選択された期間を経過させることができる。選択された期間は、体系の全体を通してＮＭＲ活性粒子の分散を提供することができる。いくつかの実施形態では、体系の全体を通してＮＭＲ活性粒子の分散を速めるように、混合技術が採用される。ある実施形態では、選択された期間は、標的となる目標に粒子が到達するための時間を提供する。粒子の混合または分散は、機械的な攪拌、振盪、転動、超音波撹拌、または、粒子の自然拡散および分散を含む、様々な手法、ならびにいくつかの事例では標的化された成分で達成することができる。種々の実施形態では、混合は、約３０秒〜１分、約１分〜約１０分、約１０分〜約３０分、および約３０分〜約１時間にわたる、予め選択された時間量が提供される。導入するステップ７２０は、原位置または原位置外で実行され得る動的核偏極の技術を使用して、粒子によって提供されるＮＭＲ信号を増大させるステップをさらに含むことができる。動的核偏極は、粒子内の原子の核磁気モーメントを分極するように作用する。
【００５９】
核磁気共鳴のための遠隔測定方法は、体系に対してＮＭＲ測定を実行するステップ７３０をさらに含むことができる。測定は、いくつかの実施形態では、空間分解とすることができ、付加的な実施形態では、非空間分解とすることができる。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ測定は、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークの推移を検出する。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ測定は、ＮＭＲ活性粒子の共鳴ピークの強度値を検出する。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ測定は、共鳴ピークの強度値および推移の両方を検出する。上述のように、撮像測定のために得ることができる空間分解能は、従来の磁気共鳴画像法技術によって得られる値を上回ることができる。いくつかの実施形態では、例えばＮＭＲ活性粒子から共鳴信号の代表的なデータを得るために必要とされる時間といった、ＮＭＲ測定を実行するステップ７３０に必要とされる時間は、従来のＮＭＲ測定技術に必要とされる時間未満になり得る。いくつかの実施形態では、ＮＭＲ測定は、約１０分〜約２０分、約５分〜約１０分、約２．５分〜約５分、さらにいくつかの実装例では、約１分〜約２．５分を必要とする。
【００６０】
図７Ｂは、検体を体系内に導入するステップ７２５と、濃度を、例えば共鳴ピークの推移といった、ＮＭＲ測定の結果と関連付けるステップ７４０とをさらに含む、核磁気共鳴のための遠隔測定方法の一実施形態を示す。図７Ｂに示される方法は、ＮＭＲ凝集検定に利用することができる。ある実施形態では、ＮＭＲ活性粒子を導入するステップが省略される。例えば、ＮＭＲ活性粒子は、試験管、バイアル、小皿またはウエル、マイクロタイタプレート、マルチウェル検定プレート等の、凝集検定体系中に提供することができる。関連付けるステップ７４０は、任意選択とすることができ、種々の形態を取ることができる。例えば、ある実施形態では、関連付けるステップ７４０は、体系内に導入される検体の濃度の近似値を決定するステップを含むことができる。決定は、事前較正の試行中に予め得られたデータから行うことができる。ある実施形態では、関連付けるステップ７４０は、閾値決定手順を含むことができる。例えば、共鳴ピークの検出された推移または閾値を越えた強度レベルの変化は、標的化された成分の存在の肯定的な、またはいくつかの実施形態では否定的な指標を提供する。
【００６１】
特許、特許出願、記事、書籍、論文、およびウェブページが挙げられるが、これに限定されない、本出願に引用される全ての文献および類似する資料は、そのような文献および類似する資料の形式に関わらず、参照することによりそれらの全てが明示的に引用される。定義された用語、用語の用法、説明される技術等が挙げられるが、これに限定されない、援用される文献および類似する資料が、本出願と異なる、または矛盾する場合は、本出願がこれを統制する。
【００６２】
本明細書で使用される節の見出しは、構成目的だけのためのものであり、いかなる形であれ、説明される主題を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００６３】
本教示は、様々な実施形態および実施例とともに記述されているが、本教示を本実施形態または実施例に限定することを意図したものではない。逆に、本教示は、当業者には理解されるように、様々な代替物、変形物、および均等物を包含する。
【００６４】
請求項は、そのような趣旨で述べられたものでない限り、記述された順序または要素に限定するものであると読み取るべきではない。添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、種々の形態および細部の変更が当業者によって行われてもよいことを理解されたい。以下の特許請求の範囲およびその均等物の精神および範囲に含まれる全ての実施形態が、特許請求される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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