(57)【要約】酸化鉄ナノ粒子と、有機分子がそれらの構造に包埋されたナノ複合体とは、例外的に高いＳＡＲ値を有しており、生物学的使用、医学的使用（例えば、薬物送達、ハイパーサーミア等）、および、他の使用のために提供される。温熱療法と呼ばれることもある磁気ハイパーサーミアは、磁性ナノ粒子が、好適な周波数および振幅の交流磁場にかけられたときに熱を生じさせるという原理に基づいて作用し、効果をもたらす。この効果は、例えば、該ナノ粒子が腫瘍に注入された場合に腫瘍の内側の温度を治療的レベルに上昇させ得るものである。
2016511531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）を合成する方法であって、前記方法は、
鉄塩溶液を形成することであって、前記鉄塩は、Ｆｅ（ＩＩ）とＦｅ（ＩＩＩ）との混合物を含む、ことと、
前記溶液中の鉄イオンを沈殿させることにより、酸化鉄および水酸化鉄を形成することと、
前記溶液中で結晶を熱水成長させることであって、前記結晶は、酸化鉄および水酸化鉄を含む、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法により生産される、ＭＮＰ。
【請求項３】
前記結晶は、結晶マトリックス構造を呈し、前記鉄塩溶液は、有機鎖状材料をさらに含み、その結果として、沈殿工程で成長させられた前記結晶は、前記結晶マトリックスと混交されたこの有機鎖状材料を含有する、ナノ複合体を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法により生産されたＭＮＰのナノ複合体。
【請求項５】
Ｅｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｐｔ、および、それらの組み合わせから成る群から選択されるドーパント部分をも伴うフェライトを含む請求項４に記載のナノ複合体。
【請求項６】
ＭＮＰの単結晶は、２〜５ｎｍの平均粒径を有する、請求項５に記載のナノ複合体。
【請求項７】
前記結晶は、１０〜１００ｎｍの平均直径を有する凝集体を形成する、請求項６に記載のナノ複合体。
【請求項８】
前記有機鎖状材料は、炭水化物、少なくとも２の炭素数を有するアルコールおよびグリコール、有機シラン、ならびに、有機シロキサンから成る群から選択される、請求項４に記載のナノ複合体。
【請求項９】
生体活性剤で修飾される、請求項４に記載のナノ複合体。
【請求項１０】
前記生体活性剤は、抗体、薬物、毒素、マーカー、および、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項９に記載のナノ複合体。
【請求項１１】
液体中のコロイドとして分散させられた請求項４に記載のナノ複合体。
【請求項１２】
前記液体は、水、食塩水溶液、血漿、血清、および、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１１に記載のナノ複合体。
【請求項１３】
液体中の前記コロイドは、１年を超える期間にわたり貯蔵可能である、請求項１１に記載のナノ複合体。
【請求項１４】
前記方法の前記熱水成長は、主に７０〜１５０ｎｍである前記複合体粒子のＺサイズを生じさせるように制御される、請求項４に記載のナノ複合体。
【請求項１５】
Ｆｅ（ＩＩ）対Ｆｅ（ＩＩＩ）の比率は、１０〜１５００  Ｏｅの範囲である印加磁場強度における１００Ｈｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲において最大６００．０Ｗ／ｇのＳＡＲを生じさせるように制御される、請求項４に記載のナノ複合体。
【請求項１６】
結晶の熱水成長および沈殿によって磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）を合成する方法においての、鉄塩の溶液を形成することを含む改善であって、前記鉄塩は、１：２よりも大きいＦｅ（ＩＩ）：Ｆｅ（ＩＩＩ）の比率においてＦｅ（ＩＩ）とＦｅ（ＩＩＩ）との混合物を含み、この溶液は、前記結晶の熱水成長で使用される、改善。
【請求項１７】
磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）であって、前記ＭＮＰは、２：１よりも大きいＦｅ（ＩＩ）：Ｆｅ（ＩＩＩ）の比率における鉄の酸化物および水酸化物を含むナノスケール結晶を含み、溶液中のコロイドとして懸濁された場合の前記結晶は、凝集体を形成し、全凝集体は、磁場において応答性であり、１０〜１５００  Ｏｅの範囲である印加磁場強度における１００Ｈｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲において最大６００．０Ｗ／ｇのＳＡＲを示す、ＭＮＰ。
【請求項１８】
前記ＭＮＰは、有機鎖状材料と混交されることによりナノ複合体を形成する結晶構造を呈する、請求項１７に記載のＭＮＰ。
【請求項１９】
前記ナノ複合体は、生体活性材料で修飾される、請求項１８に記載のＭＮＰ。
【請求項２０】
前記生体活性剤は、抗体、薬物、毒素、マーカー、および、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１９に記載のＭＮＰ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスレファレンス
本願は、２０１２年１２月７日出願の仮出願第６１／７３４，８３１号、および、２０１３年１２月３日出願の仮出願第６１／９１１，２６０号からの優先権の利益を主張する。前述の出願の両方は、本明細書で参照によってそれらの全体が援用される。
【０００２】
米国政府の権利
本発明は、国立衛生研究所によって授与された問い合わせ番号５Ｕ５４ＣＡ１５６６２−０３の下における政府の支援を用いてなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００３】
温熱療法と呼ばれることもある磁気ハイパーサーミアは、磁性ナノ粒子が、好適な周波数および振幅の交流磁場にかけられたときに熱を生じさせるという原理に基づいて作用し、効果をもたらす。この効果は、例えば、該ナノ粒子が腫瘍に注入された場合に腫瘍の内側の温度を治療的レベルに上昇させ得るものである。腫瘍に直接注入されて交流磁場により発熱された磁性ナノ粒子は、癌細胞を破壊することが示されている。かかる磁気ハイパーサーミア処置はまた、後続の放射線療法または化学療法の効果を高めることができる。腫瘍に局在化されたナノ粒子で、磁気ハイパーサーミアは、周囲の正常組織に与える損傷は最小限に抑えながら該腫瘍の処置を提供し得る。磁性ナノ粒子に伴う重要な事柄は、特定の組成、サイズおよび形状を有する該磁性ナノ粒子が、高い比吸収率（ＳＡＲ）を有するので、ハイパーサーミア処置に要求されるナノ粒子の用量が最小限に抑えられることだけでなく、また、磁場強度および周波数の積のより低い値が使用されることである。
【背景技術】
【０００４】
これらの磁性ナノ粒子の発熱効果は、周知の磁気ヒステリシス現象を含む幾つかの現象と関連している。これは、時間経過に伴い方向を変える磁場にナノ粒子を置くことから生じるヒステリシスループの形態で実証される。ループの面積は、磁場を循環する結果として、磁場から吸収されて環境中へ散逸され得る熱エネルギーを表す。このエネルギーは、比吸収率（「ＳＡＲ」）：
ＳＡＲ＝Ａｆ
（式中、ｆは磁場の周波数であり、Ａは研究中の材料の特定損であり、ヒステリシスループの面積に対応する）
として表わされる仕事率として定義され得る。
【０００５】
癌処置のためのナノ粒子の選択においては、最高のＳＡＲを有するものが大いに好ましい。大きなＳＡＲ値を有するということは、ハイパーサーミア処置に必要とされるナノ粒子の用量を最小限に抑えられるだけでなく、処置され得る腫瘍のサイズの減少における重要なパラメータでもある。また、細胞が取り込むことができるナノ粒子の濃度に対する限界もある。
【０００６】
Ｓｔｏｎｅｒ−Ｗｏｈｌｆａｒｔｈモデルは、時として、単磁区粒子における磁化反転の効果を見積もるために使用される。Ｓｔｏｎｅｒ，Ｅ．Ｃ．；Ｗｏｈｌｆａｒｔｈ，Ｅ．Ｐ．（１９４８）．“Ａ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ  ｉｎ  ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ａｌｌｏｙｓ”［１］。ナノ粒子のサイズは、磁区の数に影響を及ぼす。より大きな粒子が多磁区を有する場合、モデルはレイリーループのものであることが多い。
【０００７】
ハイパーサーミア適用に最も広く使用されているナノ粒子は酸化鉄粒子である。これらは、推定的には生体適合性があり、さらなる酸化に対して安定している。鉄およびコバルト粒子は、有利なことに、より高いＳＡＲ値を有し得るが、毒性および不安定性に関して問題が存在する。利用可能な酸化鉄ナノ粒子のＳＡＲ値は比較的低いので、それらを大量に使用する必要がある。このことは、細胞の取り込み能力が限られており、振幅の高い磁場の使用は一般的に望ましくないかまたは実践上達成できず、これらの制限は、認められている治療適用を抑制するという意味で問題を含む。
【０００８】
周知の汎用されている磁性ナノ粒子合成方法は、ａ）機械的分散［２］、ｂ）酸化鉄の沈殿［３］、ｃ）熱分解［４］、ｄ）マイクロエマルション［５］およびｅ）溶射合成［６］に基づく。得られたナノ粒子は、安定剤または他のタイプの機能性分子でさらに修飾される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｓｔｏｎｅｒ，Ｅ．Ｃ．；Ｗｏｈｌｆａｒｔｈ，Ｅ．Ｐ．（１９４８）．“Ａ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ  ｉｎ  ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ａｌｌｏｙｓ”
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で開示されている手法は、ＳＡＲ値が著しく改善された磁性ナノ粒子を提供することにより技術を進展させる。１つの実施形態では、１つの実施形態、粒子合成は、炭水化物または他の有機鎖状材料の存在下における酸化鉄および水酸化鉄の沈殿、次いで熱水処理を含む。Ｆｅ（ＩＩ）：Ｆｅ（ＩＩＩ）の比率は変わり得るが、１：２より大きい。本明細書記載のものの１つの局面によると、Ｆｅ（ＩＩＩ）に対するＦｅ（ＩＩ）の好適な比率により、酸化が起こり、酸化鉄および水酸化鉄が形成されることが発見されている。ナノスケールでのこれらの材料は、コロイド的にまだ安定している凝集剤（ａｇｇｌｏｍｅｒａｎｔ）を形成する傾向があり、例を挙げると、磁場の作用下で反応を示し、１０〜１５００  Ｏｅの範囲にわたる印加磁場強度で１００Ｈｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲において６００．０Ｗ／ｇに及ぶ代表的ＳＡＲを生じさせる。
【００１１】
本開示の別の局面では、該粒子は、細胞膜および組織を貫通し得る小さなサイズを有する。腫瘍に集積されたナノ粒子により、磁気ハイパーサーミアは、周囲の正常組織に与える損傷は最小限に抑えながら腫瘍の処置を提供する。開示されたものの中でも特定の材料は、３００〜４００  Ｏｅで、市販されているＭＮＰより著しく多い熱を生じさせる。よりいっそう価値があるのは、それらが１００〜２００  Ｏｅ程度の低い磁場強度で治療的処置のために十分な熱を生じさせるが、市販されているＭＮＰはそれを達成しないという事実である。これらの粒子を用いる複合体および分散液は、直接および／または全身注射用に使用され得る。高いＳＡＲ値は、非常に低い磁場強度で発熱するこれらの複合体の能力を改善するので、現代ハイパーサーミア業界において一つの革命を打ち立てる。
【００１２】
本方法の実施形態によると、ＭＮＰ合成方法は、Ｆｅ（ＩＩ）：Ｆｅ（ＩＩＩ）の比率が１：２より大きいＦｅ（ＩＩ）とＦｅ（ＩＩＩ）との混合物を鉄塩が含む鉄塩の溶液を形成することを含む。アルカリ溶液中での鉄塩は、酸化鉄および水酸化鉄を形成する。この後、該溶液中で結晶が熱水作用により成長し、該結晶は溶液から沈殿し得る酸化鉄および水酸化鉄を含む。
【００１３】
１つの局面では、該結晶は、結晶マトリックス構造を呈する。これは、鉄塩の溶液が有機鎖状材料をさらに含むので、沈殿工程で成長させた結晶が結晶マトリックスと混交されるかまたは他の方法で相互作用するこの有機鎖状材料を含む、ナノ複合体を形成し得る。
【００１４】
１つの局面では、例えばＥｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｐｔなどのドーパント（Ｍｅ）を必要に応じて加え得、ＭｅｘＦｅ１−ｘＯ４といった複合体フェライトが形成され、ここでＤｏはドーパント金属であり、ｘは０〜１の数である。
【００１５】
１つの局面では、ＭＮＰ材料は、２〜５ｎｍの平均単結晶径を有し得、これらの結晶は、コロイドとして懸濁されると、１０〜１００ｎｍの平均直径を有する凝集体を形成し得る（ＴＥＭ）。
【００１６】
１つの局面では、該ナノ複合材料は、抗体、薬物、毒素、マーカー、その他およびそれらの組み合わせなどの生体活性剤で修飾され得る。これは、当該分野で公知のプロセスにしたがって商業上の手順で行われ得る。
【００１７】
１つの局面では、合成は、主として７０〜１５０ｎｍである複合体粒子のＺサイズを生じさせるように制御され得る。
【００１８】
本開示の１つの局面では、酸化鉄ナノ粒子は、局所的磁気ハイパーサーミアにより直接的に、または、小胞を介して送達される治療薬用の熱トリガとして使用されるときに、癌性組織の処置のための治療用ツールとして使用される。
【００１９】
１つの実施形態では、該ナノ粒子は、生物学的および他の適用における改善された有用性のために有機分子（例えば、炭水化物）と結合され得る。粒子構造に移植または包埋された有機分子は、粒子がコーティングを失うことを阻止するので、市販されている磁性ナノ粒子の主たる問題のうちの１つが回避される。それによって磁性ナノ粒子の化学的修飾が回避されると共に貯蔵寿命が増加する。
【００２０】
１つの局面では、有利なことに、先行技術では１０００ｂａｒに及び得る［７］、特別の高圧を必要としない合成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、有機分子（例えば、炭水化物）鎖がＭＮＰの結晶構造に包埋された、ＭＮＰ＠有機分子形成の態様を示す。
【００２２】
【図２】図２は、ＭＮＰ＠ＣＭ−Ｄｅｘ−４０の底部画分からとられたＴＥＭ写真（図２（ａ））と共にこの材料についての凝集体サイズ分布（図２（ｃ））を含み、ならびに、ＭＮＰ＠ＣＭ−Ｄｅｘ−４０の上部画分からとられたＴＥＭ写真（図２（ｂ））と共にこの材料についての凝集体サイズ分布（図２（ｄ））を含む。
【００２３】
【図３】図３は、底部画分（図３（ａ）および上方画分（図３（ｂ））からのＭＮＰ＠ＣＭ−ｄｅｘ−４のＺサイズを示す。
【００２４】
【図４】図４は、ＭＮＰ＠ＣＭ−ｄｅｘ−４０の様々な磁化曲線を示す。
【００２５】
【図５】図５は、市販されているＭＮＰ（Ｍｉｃｒｏｍｏｄｅ、ＢＮＦ−澱粉）（図５（ａ））およびこの開示にしたがって生産されたＭＮＰの実際の発熱挙動を示す。この特定の場合において、該図は、ＭＮＰ＠ＣＭ−Ｄｅｘ−４０の上方画分（図５（ｂ））およびＭＮＰ＠ＣＭ−Ｄｅｘ−４０の底部画分（図５（ｃ））を示す。
【００２６】
【図６】図６は、先行技術の最も近似したものによる磁性ナノ粒子から得られたＳＡＲ値に対する、本明細書に開示の手法の使用により得られた磁性ナノ粒子から得られたＳＡＲ値の比較、すなわち、市販されているＭＮＰ（Ｍｉｃｒｏｍｏｄｅ、ＢＮＦ−澱粉）（図６（ａ））と、Ｄａｒｔｍｏｕｔｈ発明のＭＮＰとの間におけるＳＡＲ性能のグラフによる比較を示す。この特定の場合における、ＭＮＰ＠ＣＭ−Ｄｅｘ−４０の上部画分（図６（ｂ））、ＭＮＰ＠ＣＭ−Ｄｅｘ−４０の底部画分（図６（ｃ））。
【００２７】
【図７】図７は、１つの実施形態によるＭＮＰの合成を示すプロセスダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
詳しい説明
図１は、酸化鉄および水酸化鉄材料で形成された結晶構造に有機鎖状分子（例えば、炭水化物）鎖が包埋された磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）の形成を示す。この結晶構造はフェライトの場合、体心立方格子（ｂ．ｃ．ｃ．）である（逆スピネル）。
【００２９】
ＳＡＲが高いＭＮＰは、本明細書に開示の手法にしたがって合成され得る。図７は、１つの実施形態によるＭＮＰの生産工程７００を示す。図２は、それについて検討したこの記載と共に、限定としてではなく、例として教示しているものとする。
【００３０】
工程７０２は、有機鎖状材料を水または別の極性溶媒に溶解することによる溶液の形成を必要とする。有機鎖状材料は、異なるクラスの材料から選択され得る。該有機鎖状材料としては、糖類、例えばグルコース、マンノース等を含む単糖類、スクロース、マルトース等の二糖類、デキストラン、澱粉等の多糖類、特にアミノ−、アミノデキストラン等、カルボキシ−、カルボキシメチル−  等を含む糖誘導体、および他の糖類材料などを挙げることができるが、これらに限定される訳ではない。有機鎖状材料はまた、ポリエチレングリコールなど、２以上の炭素数を有するアルコール、ジオールまたはポリオールであり得る。有機鎖状材料は、オルトケイ酸テトラエチルなどの有機シリケート、３−アミノプロピル）トリメトキシシランなどの有機シロキサン、またはこれらの材料の誘導体化バージョンであり得る。例を挙げると、有機鎖状材料は、６ｋ、９．３ｋ、４０ｋ、７０ｋにおけるデキストラン、グルコース、スクロースおよび澱粉、カルボキシメチル−デキストラン（ＣＭ−ＤＥＸ）４ｋ、４０ｋ、７０ｋなどのデキストラン誘導体を個々に、または任意の組み合わせで含み得る。
【００３１】
有機鎖状材料の量は、混合物全体の重量パーセンテージとして変わり得るが、温度での溶媒中における該鎖状材料の溶解度限界に近い量を使用するのが好ましい。例えば、これは、溶解度限界における材料の重量に基づいたパーセント差異として測定される、溶解度限界における同有機鎖状材料の量の５％、１０％、１５％、２０％、２５％、または３０％未満の量であり得る。これらの有機鎖状材料はまた任意の組み合わせでも使用され得、その場合、このパーセンテージ差異は溶解度が最も低い有機鎖状材料に基づいて決定される。このパーセンテージは、必ずという訳ではないが、好ましくは約５０％未満の温度を用いて決定される。温度は、より好ましくは約３０℃未満である。１つの例では、これは、脱イオン水または他の化学物質を含む水溶液中で実施される。周囲温度または室温が最も好ましく、温度はさらに低い場合さえあり得、脱イオン水については０℃まで下がる場合さえあり得る。
【００３２】
工程７０４では、Ｆｅ（ＩＩ）の鉄塩またはＦｅ（ＩＩ）：Ｆｅ（ＩＩＩ）モル比率が１：２より大きいＦｅ（ＩＩ）およびＦｅ（ＩＩＩ）塩の組み合わせを含有する鉄塩溶液を、工程７０２の該有機鎖状材料溶液と、好ましくは激しく撹拌または混合することで組み合わせる。１：２を超える比率は、磁鉄鉱とフェライトとの組み合わせの生成を意図するものであり、１：２またはそれより低い比率は、主としてフェライトをもたらすことになる。多くの適用性のためには少なくとも２：１の比率が好ましく、３：１がより好ましく、５：１がさらにいっそう好ましく、さらに高い比率さえ使用されることがある。
【００３３】
前記鉄塩は、沈殿して酸化鉄および水酸化鉄を形成するが、本明細書では以下、これらをＭＮＰと称す。該鉄塩は、酸化反応の実質的完了時、好適には１：０．１〜１：２０の範囲で変動するＭＮＰ  対  鎖状材料の重量比率としてのＭＮＰの量を提供するために十分な量で提供されるが、さらに高いかまたは低い重量比率も使用され得る。必要ならば、１種以上のドーパント金属（Ｍｅ）、特にＥｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｐｔ等の塩（およびそれらの組み合わせ）もまた、必要に応じて、鉄の総量に基づいた原子パーセントとして決定される０〜１００％の量で該鉄溶液と混合され得る。原子パーセント量は、構造ＭｅｘＦｅ１−ｘＦｅ２Ｏ３におけるＭｅ／（Ｍｅ＋Ｆｅ（ＩＩ））として決定された好ましくは０．１％〜３％の量である。１重量％ドーパントの量が多くの適用について好ましい。
【００３４】
材料の混合順序は混合の順序と同様、重要ではなく、したがって、工程７０２記載の溶液は、工程７０４記載のタイプの予め混合された鉄塩溶液に添加され得、逆もまた同様であり得る。また、予め混合せずに鉄塩を工程７０２の溶液に直接添加することも可能であり、または有機鎖状材料を鉄塩溶液に直接添加することなどもあり得る。
【００３５】
工程７０６は、工程７０２および７０４で組み合わせた材料のうちの全てが溶解しているわけではないという場合でない限り、実施される必要のない任意の工程である。加熱は、該材料を可溶化するために必要とされる任意の温度になるように行われ得る。
【００３６】
工程７０８は、任意選択で、酸化剤を添加して、溶液中の鉄（ＩＩ）を酸化鉄（ＩＩＩ）および水酸化鉄（ＩＩＩ）に完全または部分的に変換する酸化反応を開始させることにより進められる。何らかの酸化形態は欠くことができないものであり、この工程は、任意選択という意味で化学物質の添加を伴わずとも、溶液または大気中における周囲酸素への曝露という簡単な手段により進行し得る。溶液を通して酸素、オゾンまたは亜酸化窒素をバブリングすることによるなど、酸化ガスが添加され得る。該反応は、より制御可能な形であるが但し完了するまで、ナイトレート、ニトライト、過酸化物、パークロレート、過マンガン酸塩、過硫酸塩、ハイポクロライト、硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウムなどの化学的酸化剤、トリメチルアミンＮ−オキシドなどの有機酸化剤または別の酸化剤の添加により進行する。
【００３７】
十分な量の酸化剤を加えることにより、酸化反応を実質的に完了させる。硝酸ナトリウムに代表されるナイトレートの場合、Ｆｅ（ＩＩ）：ＮａＮＯ３の５：１モル比率が好ましい。この時点で、必要に応じてアルカリ性材料を加えてｐＨを上昇させる。これは、好適には水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化物または他の化学物質であり得る。塩基性ｐＨの維持は、酸化鉄および水酸化鉄が良好な結晶構造を形成するのを助ける。１０以上のｐＨが好ましい。
【００３８】
工程７１０は、結果としての粒子形成を伴う酸化反応を促進するために加熱することを含む。図１に示された結晶は、例えば、２０〜１００℃またはそれより高い温度で形成され得る。この時間は、例えば５分間から３時間の範囲またはそれより長時間であり得る。沈殿温度は、好適には０〜１００℃であり得る。加熱速度は、主として粒子サイズ分布および結晶度に影響を及ぼす。概言すれば、温度は予め定められた期間にわたって目標最高点まで高められる。結晶の成長は、この温度範囲で即座に行われ得るかまたは３時間またはそれより長時間まで延長され得る。これは、好適には、例えば１時間あたり１℃から３０℃のランプ、または別のランプ速度であり得る。この後、冷却についての目標温度まで一定期間ゆっくりと温度を下げる。沈殿は、普通、通常の大気圧に近い圧力下で行われる。しかしながら、他の圧力（陰または陽）も、特に最高目標温度範囲を増すために同様に適用され得る。沈殿用媒質は、磁性ナノ粒子構造中に埋め込まれるべき有機分子を含有する。例として、速さ１０℃／時の速度で室温から上昇させられた１００℃の目標最高温度を用いると、通常、優れた結果が得られる。次いで、熱溶液を加熱せずに放置することにより、室温まで冷却する。
【００３９】
工程７１２では、必要に応じて、例えば、磁場印加および／または遠心分離を介して画分分離を行い、大きな凝集体の除去もしながら、粒子サイズのバンドを異なる画分に分離する。
【００４０】
工程７１４は、不純物および過剰の反応物を排除することによる粒子の精製を含む。精製は、全ての場合に行われる必要はなく、粒子の使用目的によっては省略され得る。精製は、例えば、１ＬのＰＢＳ緩衝液（１ｘ）、次いで１ＬのＤＩ水で粒子を洗浄することにより、ＳｐｅｃｔｒｕｍｌａｂＴＭ透析システムで実施され得る。粒子の精製は、例えば、磁力デカンテーション、濾過、遠心分離、透析、磁気カラムなどを含む技術により実施され得る。
【００４１】
滅菌（工程７１６）は、必要ならば、アルカリおよび滅菌およびエンドトキシン不含有水、および、食塩水溶液で洗浄することにより実施され得る。当該分野で公知の他の滅菌技術も同様に使用することができる。
【００４２】
合成は、反復的に制御可能であり、１０〜１００ｎｍの凝集体と共に２〜５ｎｍの範囲の結晶サイズを有するナノ粒子を提供する。Ｚサイズ範囲は、典型的には７０〜１５０ｎｍである。
【００４３】
形成されたナノ複合体は、限定されることなく、抗体、薬物等を含む広範な機能性分子によりさらに修飾され得る。得られた材料は、粉末、懸濁液またはコロイド溶液の形態で提供され得る。磁性ナノ粉末を水に再懸濁させることにより、望ましい濃度を得ることができる。コロイド溶液の濃度は、５０％ｗ／ｗ以上に及び得る。コロイド溶液は、１年を超える貯蔵寿命を有する。
【００４４】
該複合体は、広い周波数および磁場強度範囲で高いＳＡＲ値（６００Ｗ／ｇに及ぶ）を有する。例えば、好適な周波数としては、限定される訳ではないが、１００Ｈｚ〜２００ｋＨｚなどの範囲がある。好適な磁場強度には、制限は無いが、１０〜１５００  Ｏｅなどの強度がある。沈殿したナノ複合体は、液体、例えば水、食塩水溶液、血漿、血清および他の適合可能液体に再分散させられ得る。
【実施例】
【００４５】
実施例１
磁性ナノ粒子合成
有機分子（この実施例では単糖類、多糖類またはそれらの誘導体）がそれらの構造中に包埋された磁性ナノ粒子を、上記に記載されたように得ることができる。
【００４６】
合成されたＭＮＰを生産するため、市販されている塩化鉄（ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）、２５重量％水酸化アンモニウム溶液、ＮａＮＯ３、ＮａＯＨ、澱粉、グルコースおよびスクロースをＶＷＲから購入した。異なる分子質量のＣＭ−デキストラン（ＣＭ−Ｄｅｘ）をＴｄＢ  Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｃｙ  ＡＢから購入した。異なる分子量のヒドロキシエチル澱粉（ＨＥＳ）をＳｅｒｕｍｗｅｒｋ  Ｂｅｒｎｂｕｒｇ  ＡＧから購入した。反応物は全て、それ以上精製せずに受け取った状態で使用した。以下の合成について、上記でも検討したとおり、図７からのプロセスステップと関連付けて報告する。
【００４７】
工程７０２。脱イオン（ＤＩ）水に単糖類、多糖類またはそれらの誘導体を溶かすことにより糖溶液を形成し、１５ｗ％糖溶液を生産する。この実施例において、我々はカルボキシメチルデキストラン４０ｋを使用した。
【００４８】
工程７０４では、Ｆｅ（ＩＩ）：Ｆｅ（ＩＩＩ）のモル比率が５：１である１０ｗ％鉄塩を含有する鉄溶液を、激しい撹拌下で該糖溶液に迅速に加える。この実施例では、Ｅｕ／（Ｅｕ＋Ｆｅ）の１％Ｅｕのドーパントを添加した。
【００４９】
工程７０６は、生成した混合物を約７０℃に加熱することを必要とする。
【００５０】
工程７０８では、硝酸ナトリウムを、５：１のＦｅ（ＩＩ）：ＮａＮＯ３のモル比率で、加熱した溶液に加えた。また、水酸化ナトリウムを加えることにより、ｐＨを１０より高く維持する。
【００５１】
工程７１０は、加熱することにより、スピード１０℃／時間の率で１００℃まで温度を上昇させ、次いで室温に冷却するため加熱せずに放置することを含む。
【００５２】
工程７１２では、磁場印加を介して画分分離を実施した。底部画分に「ａ」と印をつけ、上方画分に「ｃ」と印をつける。この後、５０００ｒｐｍで１５分間遠心分離を行って、大きな凝集体を除去した。
【００５３】
工程７１４。１ＬのＰＢＳ緩衝液（１ｘ）、次いで１ＬのＤＩ水で粒子を洗浄することにより、ＳｐｅｃｔｒｕｍｌａｂＴＭ透析システムで精製を実施した。アルカリおよび滅菌およびエンドトキシン不含有水および食塩水溶液で洗浄することにより、滅菌（工程７１６）を実施した。このプロセスにより、図１および図２に示すナノ粒子が生産される。得られた材料は、粉末、懸濁液またはコロイド溶液の形態で提供され得る。磁性ナノ粉末を水に再懸濁して、所望の濃度を得ることができる。コロイド溶液の濃度は５０％ｗ／ｗ以上に及び得る。コロイド溶液は、１年を超える貯蔵寿命を有する。
【００５４】
実施例２
合成されたナノ粒子の特性評価
サイズの特性評価
生産工程２００にしたがって合成されたナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）を撮影した。これは、２００ｋＶで動作させられるＦＥＩ  Ｔｅｃｈｎａｉ  Ｆ２０ＳＴ電界放出型電子銃透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて実施した。Ｌａｋｅｓｈｏｒｅモデル７３００振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、ヒステリシスループ測定値から磁気飽和（Ｍｓ）、残留磁気（Ｍｒ）および保磁度（Ｈｃ）を含むナノ粒子の準静的磁気特性を決定した。交流磁場での合成された試料の処理中に記録された発熱効果に基づいて比吸収率（ＳＡＲ）を計算した。
【００５５】
発電機と、増幅器と、コイルを２０℃に冷却するための冷却システムとを備えた自社製のデバイスを用いて、１３４．５ＫＨｚの周波数で５０、１００、２００、３００および４００  Ｏｅの磁場振幅を印加した。水冷銅製ソレノイドコイルは、内径３２ｍｍを有し、長さ８０ｍｍであった。試料における温度を測定するため、光ファイバー温度プローブを配置した。該試料を、磁場強度が最大であるコイルの中間部に置いた。実験期間全体を通して温度を１秒間隔で記録し、温度監視システムにより供給されたソフトウェアを介してリアルタイムでモニターした。
【００５６】
ＴＥＭの結果は、該合成が反復的に制御可能であって、糖の性質とは関係無く、２〜５ｎｍの範囲の結晶サイズを有するナノ粒子が提供されることを示す。底部画分については、凝集体の平均サイズ（図２（ａ）、２（ｃ））は４０ｎｍであり、上方画分（図２（ｂ）、２（ｄ））については、平均サイズは２０ｎｍである。
【００５７】
ｚ−サイズは１０〜８００ｎｍの範囲である。ＭＮＰ＠ＣＭ−Ｄｅｘ−４０についての典型的なＺ−サイズ分布は図３に示されており、図４ａは、底部画分について、図４ｂは上方画分についてこれを示す。
【００５８】
磁気特性
図４の磁化曲線は、試料についての超常磁性挙動を示す。低飽和磁化は、小さなＭＮＰサイズが原因であり、文献データ［８］と非常に良好な相関を示す。
【００５９】
発熱特性
単糖材料で調製されたＭＮＰには、発熱特性が欠如している。同時に、二糖類および多糖類で調製されたＭＮＰは非常に良好な発熱特性を示し、場合によっては３４４．０Ｗ／ｇもの高いＳＡＲを有することもある。したがって、全身および直接注射によるハイパーサーミアの実施を可能にするため、また、ＭＮＰの細胞取り込みを改善するためには、ＣＭ−ｄｅｘおよびＨＥＳなどの多糖類誘導体によるＭＮＰを使用するのが好ましい。これらの場合では、ＭＮＰは官能基を有し、抗体は容易にそれらに付着し得る。
【００６０】
ＭＮＰ＠ＨＥＳのＳＡＲ値は、澱粉の分子量が減少することにより、ＳＡＲが増すことを示す。底部画分「ａ」は、上方画分「ｃ」より良好に発熱する（３００倍に及ぶ）。この改善は、底部画分における凝集体サイズがより大きいためであるだろう。
【００６１】
該底部画分は非常に良好に発熱する（図５）が、これは、時間とともに沈降する比較的大きい凝集体を有する。上方画分は、コロイド状で安定しており、中程度の量の熱を生じさせる。ＣＭ−ｄｅｘによるＭＮＰの上方画分は、市販されている類似物より著しく多い熱、例えば４００  Ｏｅで３倍超に至るほど、３００  Ｏｅでは７倍超に至るほど、そして２００  Ｏｅでは９００倍超に至るほどの熱を生じ、また、２００  Ｏｅ未満の磁場でハイパーサーミアの実施に必要とされる一定水準量の熱を生じさせるが、市販されている類似物は、その磁場強度範囲では全く熱を生じない（図６）。
【００６２】
実施例３
粒子比較
本願で開示されている手法に関して最も近いプロトタイプは、Ｒａｖｉｋｕｍａｒら［９］に記載されている。本開示の作業との差異としては、限定される訳ではないが、沈殿物の化学組成（最終材料の異なる物理化学特性につながる）、鉄塩比率（得られる材料の異なる化学組成につながる）、使用される有機分子のタイプ（異なる物理化学および生物学的特性）、異質金属注入（得られた材料の使用を精巧にし、特性を改善し、分析をやり易くする）が挙げられ、反応物混合の順序、温度処理およびｐＨが異なれば、発熱特性および磁気特性、単結晶および凝集体のサイズなど、得られる材料の異なる化学的および構造的組成がもたらされ、異なる合成後処理（洗浄、エンドトキシン精製および滅菌）により、本発明の粒子を均一なサイズ分布にし、技術的適用に加えてバイオメディカル適用で使用できる態勢にする。プロトタイプ材料の全般的目的は基礎研究である（モンテカルロシミュレーション）。本発明材料の全般的目的は、応用科学（ハイパーサーミアおよび他のバイオメディカル適用、材料科学、ナノテクノロジー）である。
【００６３】
表１および図６は、Ｍｉｃｒｏｍｏｄｅ  Ｐａｒｔｉｋｅｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ  ＧｍｂＨから購入された「ＢＮＦ−澱粉」から商業的手順で得られた他のナノ粒子に対する、本明細書に開示の手法にしたがって合成された２セットのナノ粒子、すなわちＤａｒｔ  １６３ａｐ２およびＤａｒｔ  １６３ｃｐ２として示されるものについてのＳＡＲ値の好都合な比較を提供する［１０］。該「Ｄａｒｔ」ナノ粒子は、どの磁場強度でもはるかに優れたＳＡＲ値を示し、より高い磁場強度で市販のナノ粒子から得られた値に匹敵する、より低い磁場強度でのＳＡＲ値を示す。図６は、これらの結果をグラフによる比較として示す。
【表１】
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【００６４】
参考文献
以下の参考文献は上記で引用されており、本明細書では完全なる複写によるのと同程度に参照によって援用される。
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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