СИНТЕЗ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ИНДИКАТОРНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАМАГНИЧЕННЫХ ЧАСТИЦ (МРI)
SYNTHESIS OF HIGHLY PRODUCTIVE INDICATOR IRON OXIDE PARTICLES FOR VISUALISATION WITH APPLICATION OF MAGNETISED PARTICLES (MPI)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу формирования наночастиц оксида железа, включающему в себя этапы (a) суспендирования оксида/гидроксида железа и олеиновой кислоты или ее производного в первичном органическом растворителе; (b) повышения температуры суспензии с заданной скоростью до максимальной температуры от 340°C до 500°C; (c) выдержки суспензии при максимальной температуре этапа (b) в течение примерно от 0,5 до 6 ч; (d) охлаждения суспензии; (e) добавления вторичного органического растворителя; (f) осаждения наночастиц посредством добавления осадителя и удаления избытка растворителя; (g) диспергирования указанных наночастиц в указанном вторичном органическом растворителе; (h) смешивания дисперсии с этапа (g) с раствором полимера; (i) необязательного удаления указанного вторичного органического растворителя. Настоящее изобретение также относится к наночастице оксида железа, получаемой указанным способом, и к дополнительным изменениям, инкапсулированиям и декорированиям таких наночастиц, а также к применению наночастиц в качестве индикаторов для визуализации с применением намагниченных частиц (MPI) или спектроскопии с применением намагниченных частиц (MPS).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Визуализация с применением намагниченных частиц (MPI) представляет собой методику построения томографических изображений, которая основана на нелинейности кривых намагничивания магнитных наночастиц и том факте, что намагниченность частиц насыщается при некоторой напряженности магнитного поля. В медицинском контексте MPI использует магнитные свойства ферримагнитных наночастиц, инъецированных в организм с целью измерения концентрации наночастиц, например, в крови. Поскольку организм не содержит естественных магнитных веществ, видимых на MPI, то фоновый сигнал отсутствует, тогда как в классических подходах магнитно-резонансной визуализации (MRI) пороги визуализации in vitro и in vivo таковы, что фоновый сигнал из исследуемой ткани является критическим лимитирующим фактором. После инъецирования наночастицы MPI появляются на изображениях как яркие сигналы, по которым могут быть рассчитаны концентрации наночастиц. Путем объединения высокого пространственного разрешения и коротких периодов получения изображений, MPI может собирать данные по динамическим изменениям концентраций в процессе движения наночастиц в кровотоке. Это позволяет MPI-сканерам выполнять широкий диапазон функциональных измерений в одном сканировании.
Спектрометрическим вариантом MPI является спектроскопия с применением намагниченных частиц (MPS), которая представляет собой нульмерный подход по визуализации намагниченных частиц. MPS обеспечивает сигналы перемагничивания без воссоздания изображений и, соответственно, является эффективным способом характеристики абсолютной реакции намагниченных частиц в случае, когда они подвергаются воздействию осциллирующего магнитного поля. Таким образом, MPS тесно связана с MPI, и свойства частиц, измеренные посредством MPS, являются характеристикой продуктивности данных частиц в качестве индикаторов для MPI.
Важный аспект MPI состоит в предоставлении подходящего магнитного материала, то есть индикаторов намагниченных наночастиц, которые могут быть эффективно обнаружены. Однако до настоящего момента на рынке не присутствовало специального материала для индикаторов MPI.
Пригодность магнитного материала непосредственно связана с его характеристиками перемагничивания. Перемагничивание индикаторов намагниченных наночастиц зависит от ряда параметров, больше всего от самого магнитного материала, его объема и анизотропии, а также от распределения размеров его частиц. По токсикологическим причинам и опытным данным по применению магнитно-резонансной визуализации суперпарамагнитные частицы оксида железа (SIPO) оказались выбраны в качестве материала для разработки индикаторов MPI. Поскольку интенсивность сигнала MPS повышается с размером частиц оксида железа, то полезный сигнал получается только для частиц с магнитным сердечником, большим чем около 15 нм.
3
Кроме того, частицы должны быть монодисперсными и должны иметь низкую константу магнитной анизотропии <2 кДж/м для того, чтобы они могли подвергаться быстрому перемагничиванию с частотой около 25 кГц. Таким образом, для того чтобы частицы оксида железа были эффективными в MPI, они должны иметь очень узкое распределение размера, очень хорошее регулирование формы и потенциал для легкого укрупнения. Кроме того, частицы должны быть растворимыми в воде.
Способы получения SIPO известны в технике. Среди них обычно различают четыре стратегии синтеза: способы термического разложения, способы гидротермического синтеза, способы совместного осаждения и микроэмульсионные методики. В целях обеспечения возможности использования SIPO в MPI выбираемым способом синтеза является термическое разложение.

Термическое разложение обычно включает в себя разложение подходящих молекул предшественника в органическом растворителе в присутствии стабилизаторов, покрывающих веществ и других добавок, таких как восстанавливающие и окисляющие вещества. В работе Yu и соавт., Chemical Communications, 2004, 2306-2307 описывается синтез нанокристаллов оксида железа с узким распределением размеров посредством пиролиза солей олеатов железа. Однако наночастицы, синтезированные ранее описанными в технике способами, демонстрируют плохие характеристики в MPI или MPS. В частности, ни один из этих способов не позволил получить наночастицы с характеристиками в MPI или MPS, лучшими, чем контрольная частица визуализации Resovist.

Таким образом, существует потребность в простом и эффективном протоколе синтеза, дающем растворимые в воде наночастицы оксида железа с характеристиками в MPI/MPS, лучшими, чем характеристики Resovist.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность и предоставляет средства и способы, которые позволяют синтезировать растворимые в воде наночастицы оксида железа с превосходящими характеристиками MPI/MPS. Указанная выше цель, в частности, достигается посредством способа, включающего в себя этапы:
(a) суспендирования оксида/гидроксида железа и олеиновой кислоты или ее производного в первичном органическом растворителе;
(b) повышения температуры суспензии с заданной скоростью вплоть до максимума, составляющего от 340°C до 500°C;
(c) выдерживания суспензии при максимальной температуре этапа (b) в течение от 0,5 до 6 ч;
(d) охлаждения суспензии;
(e) добавления вторичного органического растворителя;
(f) осаждения наночастиц посредством добавления осадителя и удаления избытка растворителя;
(g) диспергирования указанных наночастиц в указанном вторичном органическом растворителе;
(h) смешивания дисперсии с этапа (g) с раствором полимера; и
(i) необязательного удаления указанного вторичного органического растворителя.

Преимущества данного способа заключаются в простоте и применении простых, дешевых и удобных в использовании исходных веществ. Полученные наночастицы оксида железа стабильны в водных растворах и обладают существенно лучшими характеристиками в MPI по сравнению с обычно используемыми частицами Resovist.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный оксид/гидроксид железа представляет собой оксид/гидроксид железа (III), оксид/гидроксид железа (II) или смесь оксидов/гидроксидов железа (III) и железа (II).
В еще одном предпочтительном варианте осуществления производная олеиновой кислоты, указанная выше, представляет собой олеат аммония, олеат лития, олеат натрия, олеат калия, олеат магния, олеат кальция, олеат алюминия или олеат железа.
1
2
3
4
+
1
2
3
4
В еще одном особенно предпочтительном варианте осуществления указанный олеат аммония представляет собой олеат алкиламмония, имеющий формулу RRRRN, где R, R, R и R - алкильная, арильная или силильная группа или водород.
В еще одном особенно предпочтительном варианте осуществления указанный олеат алкиламмония представляет собой олеат тетраметиламмония, олеат тетраэтиламмония, олеат тетрапропиламмония, олеат тетрабутиламмония или олеат бензиламмония.
n
2n+m
В еще одном предпочтительном варианте осуществления указанный первичный органический растворитель, упомянутый выше в настоящем документе, представляет собой алкановый растворитель, имеющий формулу CH, где 15≤n≤30 и -2≤m≤2. Дополнительно или в качестве альтернативы, указанный осадитель, упомянутый выше в настоящем документе, представляет собой ацетон, бутанон, пентанон, изопропилметилкетон, диэтиловый эфир, метилпропиловый эфир, метилизопропиловый эфир, этилпропиловый эфир или этилизопропиловый эфир. Дополнительно или в качестве альтернативы, указанный вторичный органический растворитель представляет собой пентан, изопентан, неопентан, гексан, гептан, дихлорметан, хлороформ, тетрахлорметан или дихлорэтан.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления указанная скорость повышения температуры на этапе (b) составляет примерно от 1°C до 10°C в минуту.
В еще одном варианте осуществления изобретения указанный максимум температуры на этапе (b) составляет от 340°C до 400°C. Дополнительно или в качестве альтернативы указанная температура суспензии на этапе охлаждения (d) понижается до величины примерно от 40°C до 90°C.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения указанный этап выдерживания (c) проводится в течение примерно от 1 до 5 ч.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный раствор полимера представляет собой, по существу, водный раствор гидрофильного биосовместимого сополимера, включающего в себя полиэтиленгликоль (PEG) и/или полипропиленгликоль (PPG), по существу, водный раствор амфифильного фосфолипида, включающий в себя полиэтиленгликоль (PEG), или, по существу, водный буферный раствор амфифильного блочного сополимера.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления способ, указанный выше в настоящем документе, включает в себя вместо этапа (h) этап, на котором дисперсия с этапа (g) смешивается с гидрофильным или амфифильным стабилизатором, таким как лимонная кислота, винная кислота, молочная кислота, щавелевая кислота и/или произвольная соль данных кислот, декстран, карбоксидекстран, основанный на полиэтиленоксиде полимер или сополимер, или комбинация указанного выше.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап удаления (i) из способа, указанного выше в настоящем документе, производится посредством перемешивания смеси в, по существу, незакрытой системе, посредством чего допускается испарение указанного вторичного органического растворителя до тех пор, пока не будет получен водный раствор гидрофильных наночастиц.
В другом особенно предпочтительном варианте осуществления выполняется один или более дополнительных этапов
(j) очистки наночастицы или раствора наночастиц, получаемых на этапе (i);
(k) обработки наночастицы или раствора наночастиц, получаемых на этапе (i) или (j), окисляющим или восстанавливающим веществом;
(l) модификации поверхности наночастицы, получаемой на этапе (i), (j) или (k), посредством удаления, замены или изменения полимерного или стабилизирующего покрытия;
(m) инкапсулирования или кластеризации наночастицы, получаемой на этапе (i)-(l), с переносчиком, таким как мицелла, липосомы, полимерсомы, клетка крови, полимерная капсула, дендример, полимер или гидрогель; и
(n) декорирования наночастицы, получаемой на этапе (i)-(m), специфическим нацеливающим лигандом.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к наночастице оксида железа, получаемой посредством способа, определенного выше в настоящем документе.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к применению наночастицы оксида железа, описанной выше в настоящем документе, или наночастицы оксида железа, получаемой посредством способа, описанного выше в настоящем документе, в качестве индикатора для визуализации с применением намагниченных частиц (MPI) или спектроскопии с применением намагниченных частиц (MPS).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 изображено распределение размеров твердых молотых образцов FeO(OH), использованных в качестве начального материала в синтезе термическим разложением. В верхней части показано взвешенное по объему распределение размеров, в нижней части показано взвешенное по количеству распределение размеров.

На фиг. 2 показаны спектры спектроскопии с применением намагниченных частиц (MPS) образцов 1.1 и 1.2 (пример 1) и образца 2.2 (пример 2) в сравнении со спектрами для Resovist.

й
На фиг. 3A-G показаны результаты MPS для образцов A-G (пример 3), представленных в растворе гексана, в сравнении с Resovist. Спектры MPS образцов A-D, F и G были нормализованы по содержанию железа (см. фиг. 3A-D, 3F и 3G). Спектр MPS образца E был нормализован по 3 гармонике кривой MPS (см. фиг. 3E).
На фиг. 4A-E показаны изображения просвечивающей электронной микроскопии (TEM) высушенных образцов A (см. фиг. 4A), B (см. фиг. 4B) и C (см. фиг. 4C, 4D и 4E). Изображения на фиг. 4A, B и C представляют собой обычные изображения просвечивающей TEM. Изображение на фиг. 4D представляет собой изображение TEM высокого разрешения (HR-TEM). Изображение на фиг. 4E представляет собой изображение в темном поле при больших углах.
3
4
3
4
2
3
3
4
На фиг. 5 показаны спектры XRD для высушенных образцов A, B и C в сравнении со стандартным образцом FeO (Ref). Теоретические линейный профили для магнетита (FeO) и γ-FeO (гематит) показаны в качестве дополнительных опорных данных. Был сделан вывод о том, что состав оксида железа, образующего сердцевину всех образцов, имел тип FeO (магнетит).
На фиг. 6 показан спектр VSM образца C (в растворе гексана).
-
На фиг. 7 показана структурная формула аниона олеата (oa).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретатели разработали средства и способы, которые позволяют осуществить синтез растворимой в воде наночастицы оксида железа с превосходящими характеристиками MPI/MPS. Данные наночастицы подходят для применения в качестве индикаторов MPI или MPS.
Несмотря на то, что настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления, данное описание не должно интерпретироваться как ограничение.
До подробного описания типовых вариантов осуществления настоящего изобретения будут даны определения, важные для понимания настоящего изобретения.
При использовании в данной спецификации и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа также включают в себя соответствующие формы множественного числа, если контекст явно не указывает обратное.
В контексте настоящего изобретения термины "около" или "приблизительно" обозначают интервал точности, в котором, как будет понятно специалисту в данной области техники, все еще будет обеспечиваться технический эффект рассматриваемого свойства. Термин обычно указывает на отклонение от указанного числового значения на ±20%, предпочтительно на ±15%, предпочтительнее на ±10% и даже предпочтительнее на ±5%.
Следует понимать, что термин "включающий в себя" не является ограничивающим. Для целей настоящего изобретения термин "состоящий из" считается предпочтительным вариантом осуществления термина "включающий в себя". Если ниже в настоящем документе группа определяется, как включающая в себя, по меньшей мере, определенное число вариантов осуществления, то предполагается, что это также охватывает группу, которая предпочтительно состоит только из этих вариантов осуществления.
В случае, когда термины "первый", "второй" или "(a)", "(b)", "(c)", "(d)" и т.д. относятся к этапам способа или применения, не имеется временной связи между этапами, то есть этапы могут выполняться одновременно или могут присутствовать временные интервалы длиной в секунды, минуты, часы, дни между такими этапами, если другое не указано в настоящей заявке выше или ниже.
Следует понимать, что данное изобретение не ограничивается конкретной методологией, протоколами, реагентами и т.д., описанными в настоящем документе, поскольку они могут изменяться. Также следует понимать, что терминология, используемая в настоящем документе, предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления, и не предполагается, чтобы она ограничивала объем изобретения, который будет ограничен только прилагаемой формулой изобретения. Если не определено обратное, то все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют такие же значения, какие обычно понимаются специалистами в данной области техники.
Как было изложено выше, в одном из аспектов настоящего изобретения рассматривается способ формирования наночастицы оксида железа, включающий в себя этапы:
(a) суспендирования оксида/гидроксида железа и олеиновой кислоты или ее производного в первичном органическом растворителе;
(b) повышения температуры суспензии с заданной скоростью вплоть до максимума, составляющего от 340°C до 500°C;
(c) выдерживания суспензии при максимальной температуре этапа (b) в течение от 0,5 до 6 ч;
(d) охлаждения суспензии;
(e) добавления вторичного органического растворителя;
(f) осаждения наночастиц посредством добавления осадителя и удаления избытка растворителя;
(g) диспергирования указанных наночастиц в указанном вторичном органическом растворителе;
(h) смешивания дисперсии с этапа (g) с раствором полимера; и
(i) необязательного удаления указанного вторичного органического растворителя.
Первоначальный этап синтеза включает в себя суспендирование оксида/гидроксида железа и олеиновой кислоты или ее производного в первичном органическом растворителе. Термин "первичный органический растворитель" при использовании в настоящем документе относится к органическому растворителю, который является подходящим для проходящих при более высоких температурах реакций кипения. Предпочтительно, первичный органический растворитель представляет собой алкан. Предпочтительнее, указанный алкан представляет собой насыщенный алкан, даже предпочтительнее, линейный насыщенный алкан. Растворитель может быть использован отдельно или в смеси с другим растворителем, например, в качестве растворителей может быть использована смесь двух алканов. Предпочтительным является использование чистых растворителей, например, алкановых растворителей, поскольку они позволяют лучше осуществлять контроль температуры.
n
2n+m
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первичный органический растворитель представляет собой алкановый растворитель, имеющий формулу CH, где 15≤n≤30 и -2≤m≤2, предпочтительно 18≤n≤22 и 0≤m≤2, предпочтительнее n=20 и m=2. Примеры таких растворителей, которые могут быть использованы, включают в себя октадецен, трикозан и парафиновый воск. Особенно предпочтительным в качестве первичного органического растворителя является эйкозан.
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения используемый первичный органический растворитель может выбираться в соответствии с температурой этапа (b) синтеза наночастицы. Например, точка кипения эйкозана составляет около 343°C; следовательно, эйкозан может быть предпочтительно использован для реакций при температуре около 340°C. В качестве альтернативы, могут быть использованы высшие алкановые растворители с указанными в скобках точками кипения, предпочтительно при более высоких температурах, предпочтительнее при температурах около указанных точек кипения: генэйкозан (357°C), докозан (366°C), трикозан (380°C), тетракозан (391°C), пентакозан (402°C), гексакозан (412°C), гептакозан (422°C), октакозан (432°C), нонакозан (441°C), триакозан (450°C), гентриаконтан (458°C), дотриаконтан (467°C), тритриаконтан (475°C), тетратриаконтан (483°C), пентатриаконтан (490°C), гексатриаконтан (497°C). Кроме того, может быть использована любая комбинация или подгруппа из двух и более указанных растворителей.
В качестве альтернативы, может быть настроен режим давления для реакции, например, давление может быть повышено, что позволит использовать указанные в настоящем документе первичные органические растворители при температурах выше указанных точек кипения.
Термин "оксид/гидроксид железа" при использовании в настоящем документе относится к оксиду железа в различных степенях окисления, например в степени окисления 0, +2, +3 или +4, предпочтительно в степени окисления +2 или +3, или к гидроксиду железа в различных степенях окисления, например в степени окисления 0, +2, +3 или +4, предпочтительно в степени окисления +2 или +3. Предпочтительно, термин относится к оксиду железа(II), оксиду железа(III), оксиду железа(II) железа(III), гидроксиду железа(II), гидроксиду железа(III), гидроксиду железа(II) железа(III), гидроксиду оксида железа(II), гидроксиду оксида железа(III) и т.д., или к произвольному гидрату указанного выше, или к комбинации указанного выше.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный оксид/гидроксид железа представляет собой оксид/гидроксид железа(III), оксид/гидроксид железа(II) или смесь оксида/гидроксида железа(III) и железа(II).
Используемая олеиновая кислота может представлять собой, например, такую олеиновую кислоту, как показана на фиг. 7, или ее производную. Предпочтительными являются производные олеиновой кислоты, которые при повышенных температурах являются, по меньшей мере, частично растворимыми в используемом растворителе.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения производная олеиновой кислоты, указанная выше, может представлять собой олеат аммония, олеат лития, олеат натрия, олеат калия, олеат магния, олеат кальция, олеат алюминия или олеат железа, или любую производную, или смесь указанного выше.
1
2
3
4
+
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
3
1
4
1
3
2
3
2
4
В еще одном особенно предпочтительном варианте осуществления указанный олеат аммония может представлять собой олеат алкиламмония, имеющий формулу RRRRN, где R, R, R и R - алкильная, арильная или силильная группа или водород. R, R, R, R могут быть идентичными или независимо отличающимися. Кроме того, R и R могут быть идентичными или независимо отличающимися, R и R могут быть идентичными или независимо отличающимися, R и R могут быть идентичными или независимо отличающимися или R и R могут быть идентичными или независимо отличающимися, R и R могут быть идентичными или независимо отличающимися, R и R могут быть идентичными или независимо отличающимися или R и R могут быть идентичными или независимо отличающимися.
В еще одном особенно предпочтительном варианте осуществления указанный олеат алкиламмония может представлять собой олеат тетраметиламмония, олеат тетраэтиламмония, олеат тетрапропиламмония, олеат тетрабутиламмония или олеат бензиламмония, или любую производную, или смесь указанного выше.
В другом варианте осуществления комбинация олеиламина и олеиновой кислоты или производная указанного, определенная выше в настоящем документе, суспендируется в первичном органическом растворителе, определенном выше в настоящем документе. В качестве альтернативы, комбинация олеиламина и оксида/гидроксида железа, определенного выше в настоящем документе, или комбинация олеиламина и оксида/гидроксида железа, определенного выше в настоящем документе, и олеиновой кислоты или ее производного, определенной выше в настоящем документе, может быть суспендирована в первичном органическом растворителе, определенном выше в настоящем документе.
Объем растворителя для этапа суспендирования может быть настроен по объему ингредиентов, предназначенных для суспендирования. Например, может быть использован объем растворителя, равный объему или весу ингредиентов или превышающий их объем или вес в 2 раза, 3 раза, 4 раза, 5 раз, 6 раз, 7 раз, 8 раз, 9 раз, 10 раз, 15 раз, 20 раз, 30 раз, 50 раз или 100 раз.
Этап суспендирования может проводиться в соответствии с подходящей методикой, например, путем перемешивания ингредиентов в растворителе, встряхивания реакционной смеси, посредством вращательных движений и т.д. Этап суспендирования может выполняться до тех пор, пока оксид/гидроксид железа и/или олеиновая кислота или ее производная не будут полностью суспендированы, например, до тех пор, пока нельзя будет оптически определить наличие осадка оксида/гидроксида железа. Этап суспендирования может проводиться, например, в течение 1 мин, 2 мин, 5 мин, 10 мин, 20 мин, 30 мин, 45 мин или 60 мин, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч, 6 ч, 7 ч, 8 ч, 9 ч, l0 ч, 11 ч, 12 ч, 13 ч, 14 ч, 15 ч, 16 ч, 17 ч, 18 ч, 19 ч, 20 ч, 21 ч, 22 ч, 23 ч или 24 ч или в течение произвольного периода времени между данными значениями.
Этап суспендирования может проводиться при любой подходящей температуре, предпочтительно при температуре примерно от 35°C до 65°C, например при температуре около 35°C, 36°C, 37°C, 38°C, 39°C, 40°C, 41°C, 42°C, 43°C, 44°c, 45°C, 46°C, 47°C, 48°C, 49°C, 50°C, 51°C, 52°C, 53°C, 54°C, 55°C, 56°C, 57°C, 58°C, 59°C, 60°C, 61°C, 62°C, 63°C, 64°C или 65°C. Температура также может быть понижена до около 25°C или повышена до около 75°C. В течение этапа суспендирования температура может поддерживаться постоянной, например, на любом из указанных выше уровней или может изменяться. Например, температура может быть сначала установлена на более низкий уровень, например, около 35°C и может последовательно повышаться, например, до около 50°C, 55°C, 60°C или 65°C. В качестве альтернативы, температура может быть установлена на более высокий уровень, например, на около 50°C, 55°C, 60°C или 65°C и может последовательно понижаться, например, до 35°C, 40°C или 45°C. Кроме того, могут быть использованы профили температуры, объединяющие в себе повышения и понижения в различной последовательность, например первоначальное понижение, затем повышение и в конце - понижение и т.д.
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения оксид/гидроксид железа, указанный выше, и олеиновая кислота или ее производная могут быть использованы в заданном молярном или массовом соотношении. Например, может быть использовано молярное соотношение около 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 1:11, 1:12, 1:13, 1:14, 1:15, 1:16, 1:17, 1:18, 1:19 или 1:20 оксид/гидроксид железа:олеиновая кислота. В особенно предпочтительном варианте осуществления может быть использовано соотношение масс 1:4, 1:8 или 1:12 оксид/гидроксид железа:олеиновая кислота.
На следующем этапе синтеза температура суспензии может быть повышена до максимума, составляющего от 340°C до 500°C. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения температура суспензии может быть повышена до максимума, составляющего от 340°C до 400°C. Максимальная температура может составлять, например, 340°C, 341°C, 342°C, 343°C, 344°C, 345°C, 350°C, 360°C, 370°C, 380°C, 390°C, 400°C, 410°C, 420°C, 430°C, 440°C, 450°C, 460°C, 470°C, 480°C, 490°C или 500°C. Настоящим изобретением также предусматриваются более высокие температуры, превышающие 500°C.
В особенно предпочтительном варианте осуществления указанная максимальная температура может выбираться в соответствии с точкой кипения используемого первичного органического растворителя, например для эйкозана около 340-343°C, для генэйкозана около 357°C, для докозана около 366°C, для трикозана около 380°C, для тетракозана около 391°C, для пентакозана около 402°C, для гексакозана около 412°C, для гептакозана около 422°C, для октакозана около 432°C, для нонакозана около 441°C, для триакозана около 450°C, для гентриаконтана около 458°C, для дотриаконтана около 467°C, для тритриаконтана около 475°C, для тетратриаконтана около 483°C, для пентатриаконтана около 490°C или для гексатриаконтана около 497°C.
Повышение температуры может, предпочтительно, достигаться путем увеличения температуры с заданной скоростью. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения скорость повышения температуры на этапе (b) может составлять примерно от 1°C до 10°C в минуту.
В качестве альтернативы, скорость повышения температуры на этапе (b) может составлять примерно от 1°C до 10°C за 2 минуты, 3 минуты или 5 минут. Например, температура может увеличиваться со скоростью 1°C, 2°C, 2,5°C, 3°C, 3,5°C, 4°C, 4,5°C, 5°C, 6°C, 7°C, 8°C, 9°C или 10°C в минуту, 2 минуты, 3 минуты или 5 минут. Предпочтительно, температура может повышаться со скоростью 3,3°C в минуту.
На следующем этапе синтеза суспензия с этапа (b) выдерживается или кипятится при максимальной температуре с этапа (b) в течение примерно от 0,5 до 6 ч. В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный этап выдерживания или кипячения может проводиться в течение примерно от 1 ч до 5 ч. Выдерживание или кипячение могут проводиться, например, в течение 0,5 ч, 0,75 ч, 1 ч, 1,5 ч, 2 ч, 2,5 ч, 3 ч, 3,5 ч, 4 ч, 4,5 ч, 5 ч, 5,5 ч или 6 ч. Кроме того, более продолжительные периоды выдерживания/кипячения >6 ч также предусматриваются настоящим изобретением. В течение этапа выдерживания/кипячения этапа синтеза температура может, предпочтительно, сохраняться на уровне максимальной температуры с предыдущего этапа, например на уровне 340°C. В качестве альтернативы, температура может изменяться в диапазоне максимальных температур от 340°C до 500°C. В еще одном варианте осуществления температура также может быть снижена до значений около 200°C, 250°C, 300°C, 310°C, 320°С или 330°C. Такие изменения температур могут производиться один раз или более одного раза с возвращением после каждого изменения к максимальной температуре, использованной на этапе (b). Изменения температуры, то есть периоды повышенных или пониженных температур в сравнении с максимальной температурой этапа (b), могут быть короткими, например в диапазоне от 10 до 20 мин, или продолжительными, например более 30 мин, более 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч. Период может зависеть от периода этапа выдерживания.
На следующем этапе синтеза суспензия с этапа (c) охлаждается. Охлаждение может проводиться путем использования подходящего охлаждающего оборудования или путем переноса в соответствующим образом охлажденную окружающую среду. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения суспензия охлаждается до температуры примерно от 40°C до 90°C, предпочтительнее примерно от 50°C до 80°C. Реакционная смесь может быть, например, охлаждена до температуры около 40°C, 45°C, 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C, 80°C, 85°C или 90°C.
Охлаждение может выполняться путем немедленного изменения температуры, например, до любой из указанных выше температур. В качестве альтернативы, охлаждение может производиться постепенно, например, путем понижения температуры реакционной смеси с этапа (d) на 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15 или 20°C в минуту, 2 минуты, 5 минут, 10 минут или 20 минут.
На следующем этапе синтеза к суспензии с этапа (d) добавляется вторичный органический растворитель. Термин "вторичный органический растворитель" при использовании в настоящем документе относится к органическому растворителю, который подходит для реакций при более низких температурах, например для реакций в диапазоне температур от 40°C до 90°C или диапазоне от 40°C до 80°C. Предпочтительно, указанный вторичный органический растворитель имеет более низкую точку кипения, чем первичный органический растворитель, например в диапазоне от 20°C до 90°C, и/или более низкую вязкость. Вторичные органические растворители, предпочтительно, могут представлять собой алканы с короткой цепью.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанные вторичные органические растворители, предназначенные для использования в контексте данного этапа синтеза, представляют собой пентан, изопентан, неопентан, гексан, гептан, дихлорметан, хлороформ, тетрахлорметан и дихлорэтан. Особенно предпочтительным является использование пентана или гексана. Вторичный органический растворитель может быть использован отдельно или в смеси с другим растворителем, например, в качестве растворителей может быть использована смесь двух алканов с короткой цепью. Предпочтительным является использование чистых растворителей.
На следующем этапе синтеза к реакционной смеси с этапа (e) добавляется осадитель, что приводит к осаждению наночастиц. Термин "осадитель" при использовании в настоящем документе означает органическое соединение с низкой точкой кипения, которое, по существу, не растворяет продукт реакции, то есть наночастицы, сформированные на этапе термического разложения.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный осадитель представляет собой ацетон, бутанон, 2-бутанон, пентанон, 2-пентанон, изопропилметилкетон, сложный диэтиловый эфир, изобутилметилкетон, метилпропиловый эфир, метилизопропиловый эфир, этилпропиловый эфир, этилизопропилэфиртетрагидрофуран, диэтиловый эфир или диизопропиловый эфир.
Добавление осадителя может проводиться, в конкретном варианте осуществления, посредством взбалтывания реакционной смеси, например, посредством способа перемешивания, определенного выше в настоящем документе. Добавляемое количество или объем осадителя может быть настроено по количеству или объему продукта этапа (f).
Осаждение может быть усилено посредством центрифугирования, например, в течение периода от 10 мин до 60 мин. Центрифугирование может быть выполнено на любой подходящей скорости, например, от 3000 до 10000 об/мин, предпочтительно при около 4900 об/мин.
После этого удаляется излишний растворитель или надосадочная жидкость. Осажденные наночастицы могут быть получены и сохранены для следующего этапа синтеза.
На следующем этапе синтеза наночастицы, полученные на этапе (f), растворяются во вторичном органическом растворителе, определенном выше в настоящем документе. В качестве вторичного органического растворителя может быть использован тот же растворитель, что и на этапе (e) или может быть использован другой растворитель. Предпочтительно, может быть использован пентан или гексан. Количество растворителя для этапа диспергирования может быть настроено по количеству осажденного продукта с шага (f). Например, используемое количество вторичного органического растворителя может быть равно объему или весу продукта этапа (f) или может превышать его объем или вес в 2 раза, 3 раза, 4 раза, 5 раз, 6 раз, 7 раз, 8 раз, 9 раз, 10 раз, 15 раз, 20 раз, 30 раз, 50 раз или 100 раз. Смешивание может выполняться в течение любого подходящего периода времени, например примерно от 30 мин до 24 ч, предпочтительно примерно от 45 мин до 18 ч, предпочтительнее примерно от 1 ч до 14 ч.
Осаждение и последующее диспергирование наночастиц может проводиться однократно или может повторяться 1 раз, 2 раза, 3 раза, 4 раза, 5 раз, 6 раз или более. Предполагается, что повторение данных этапов повысит степень чистоты наночастиц.
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения наночастицы, синтезированные в соответствии с описанными выше этапами, могут быть диспергированы или растворены в заданном объеме вторичного органического растворителя, предпочтительно в гексане, например в гексане объемом 10 мл. Соответственно, диспергированные наночастицы могут быть после этого использованы в аналитических подходах, например, в экспериментах и анализах, описанных в разделе "примеры", или для этапов альтернативного синтеза или внесения изменений.
Соответственно, полученные наночастицы могут быть представлены в монодисперсной форме или могут быть представлены в полидисперсной форме. Термин "монодисперсный" при использовании в настоящем документе относится к узкому распределению размера наночастиц. Монодисперсные наночастицы в соответствии с настоящим изобретением могут иметь размер, который отличается только на величину от 0,1 до 3 нм от среднего размера большей группы наночастиц, например группы из 1000, 10000 или 50000 наночастиц, полученных в соответствии с описываемым способом. "Полидисперсные" формы могут иметь размер, который отличается на величину, большую 3 нм, от среднего размера большей группы наночастиц, например группы из 1000, 10000 или 50000 наночастиц, полученных в соответствии с описываемым способом. Такие наночастицы могут быть представлены в группах разного размера, каждая из которых является монодисперсной, или могут быть представлены в статистическом или более широком распределении размеров.
Монодисперсные наночастицы могут быть использованы непосредственно в дополнительных этапах синтеза или могут быть объединены с группами других размеров. Полидисперсные наночастицы могут быть использованы непосредственно или, в качестве альтернативы, могут подвергаться процедуре фракционирования размеров или разделения с целью получения монодисперсных наночастиц или с целью снижения степени полидисперсности группы наночастиц. Например, фракционирование размеров или разделение может выполняться в соответствии с подходами или на основании применения устройств или систем, описанных в WO 2008/099346 или WO 2009/057022. В качестве альтернативы или в дополнение может проводиться фракционирование или разделение по форме частиц.
На еще одном шаге синтеза дисперсия этапа (g) или любая производная, фракционированная, разделенная или измененная другим способом смесь наночастицы по настоящему изобретению смешивается с раствором полимера.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный раствор полимера может представлять собой, по существу, водный буферный раствор гидрофильного биосовместимого сополимера, содержащего полиэтиленгликоль (PEG) и/или полипропиленгликоль (PPG).
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный раствор полимера может представлять собой, по существу, водный раствор амфифильного фосфолипида, содержащего PEG.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный раствор полимера может представлять собой, по существу, водный буферный раствор амфифильного блочного сополимера.
2
Термин "по существу, водный" при использовании в настоящем документе относится к наличию, по меньшей мере, от 51% до 99,999% молекул HO в растворе или буфере.
Особенно предпочтительным является использование поли(этиленгликоль)-блок-поли(пропиленгликоль)-блок-поли(этиленгликоль) (PEG-PPG-PEG), например, Pluronic. Еще более предпочтительным является использование Pluronic F68, Pluronic F108 или Pluronic F127. Наиболее предпочтительным является использование Pluronic F127.
3
2
3
Далее, подходящие полимеры, предназначенные для использования на данном этапе синтеза, представляют собой амфифильные PEG-лизированные фосполипиды или липиды. Предпочтительным примером данных фосфолипидов является DSPE-PEGx-Y, в котором Y=OH, OCH, OCHCH, x=200-5000, или DSPE=1,2-дистеарил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин. Предпочтительным примером липида является 1,2-дистеарил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин-N-[метокси(полиэтиленгликоль)-2000] (соль аммония) (DSPE-PEG2000(OMe)).
Количество раствора полимера для этапа смешивания может быть настроено по количеству осажденного продукта на этапе (f) или по объему на этапе (g). Например, используемое количество раствора полимера может быть равно объему реакционной смеси этапа (g) или может превышать ее объем в 2 раза, 3 раза, 4 раза, 5 раз, 6 раз, 7 раз, 8 раз, 9 раз, 10 раз, 15 раз, 20 раз, 30 раз. Смешивание может выполняться в течение любого подходящего периода времени, например примерно от 5 мин до 24 ч, предпочтительно примерно от 45 мин до 18 ч, предпочтительнее примерно от 1 ч до 14 ч.
В предпочтительном варианте осуществления этап смешивания может выполняться посредством перемешивания двухфазной смеси, например, в, по существу, незакрытой системе.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения дисперсия этапа (g) может быть, в качестве альтернативы, смешана с гидрофильным или амфифильным стабилизатором. Предпочтительными примерами такого стабилизатора являются лимонная кислота, винная кислота, молочная кислота, щавелевая кислота и/или произвольная соль данных кислот, декстран, карбоксидекстран, основанный на полиэтиленоксиде полимер или сополимер или комбинация указанного выше. Количество стабилизатора может быть настроено по количеству осажденного продукта на этапе (f) или по объему на этапе (g). Например, используемое количество стабилизатора может быть равно объему реакционной смеси этапа (g) или может превышать ее объем в 2 раза, 3 раза, 4 раза, 5 раз, 6 раз, 7 раз, 8 раз, 9 раз, 10 раз, 15 раз, 20 раз, 30 раз. Смешивание может выполняться в течение любого подходящего периода времени, например примерно от 5 мин до 5 дней, предпочтительно примерно от 45 мин до 48 ч, предпочтительнее примерно от 1 ч до 24 ч.
В предпочтительном варианте осуществления этап смешивания может выполняться посредством перемешивания двухфазной смеси, например, в, по существу, незакрытой системе.
На последнем необязательном этапе синтеза из раствора наночастиц, полученных на предыдущем этапе, может быть удален указанный вторичный органический растворитель путем смешивания с раствором полимера или путем смешивания с гидрофильным или амфифильным стабилизатором. Данное удаление может быть осуществлено путем обеспечения возможности испарения вторичного органического растворителя, предпочтительно, в течение процедуры смешивания этапа (h). Соответственно, этап испарения может быть выполнен посредством увеличения поверхности реакционной смеси, например, путем использования подходящих реакционных сосудов или путем взбалтывания реакционной смеси. Дополнительно или в качестве альтернативы, газовое пространство или область, находящаяся во взаимодействии с жидкой реакционной смесью, может быть изменена посредством этапа вентиляции или газового обмена в целях снижения концентрации летучих веществ в указанном пространстве или области.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный этап удаления проводится посредством перемешивания смеси в, по существу, незакрытой системе, посредством чего допускается испарение указанного вторичного органического растворителя до тех пор, пока не будет получен водный раствор гидрофильных наночастиц.
Таким образом, результатом синтеза является водный раствор гидрофильных наночастиц.
Полученные соответствующим образом наночастицы могут быть представлены в монодисперсной форме или могут быть представлены в полидисперсной форме, в соответствии с определенным выше в настоящем документе, например, в зависимости от производительности любого этапа разделения или фракционирования, проводимого во время процедуры синтеза, в соответствии с указанным выше. Соответственно, монодисперсные наночастицы могут быть использованы непосредственно или могут быть объединены с группами других размеров. Полидисперсные наночастицы могут быть использованы непосредственно или, в качестве альтернативы, могут подвергаться процедуре фракционирования размеров или разделения с целью получения монодисперсных наночастиц или с целью снижения степени полидисперсности группы наночастиц, в соответствии с описанным выше в настоящем документе.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения указанные наночастицы или раствор наночастиц, полученные в соответствии с определенными выше этапами или их вариантами, могут быть дополнительно обработаны, модифицированы или изменены в соответствии с дополнительными этапами:
(j) очистки наночастицы или раствора наночастиц, получаемых на этапе (i);
(k) обработки наночастицы или раствора наночастиц, получаемых на этапе (i) или (j), окисляющим или восстанавливающим веществом;
(l) модификации поверхности наночастицы, получаемой на этапе (i), (j) или (k), посредством удаления, замены или изменения покрытия;
(m) инкапсулирования или кластеризации наночастицы, получаемой на этапе (i)-(l), с переносчиком, таким как мицелла, липосомы, полимерсомы, клетка крови, полимерная капсула, дендример, полимер или гидрогель; и
(n) декорирования наночастицы, получаемой на этапе (i)-(m), специфическим нацеливающим лигандом.
Очистка наночастиц или раствора наночастиц, получаемых на этапе (i) или на любом из его вариантов, может проводиться, например, посредством фильтрования раствора. Фильтрование может проводиться в соответствии с любым подходящим способом, например, путем применения динамической фильтрации, такой как микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос или путем применения статической фильтрации, такой как вакуумная фильтрация, напорная фильтрация или мембранная фильтрация и т.д. Также могут использоваться молекулярные микрофильтры.
На еще одном необязательном этапе наночастица или раствор наночастиц, получаемые на этапе (i) или (j), или в любом их варианте, могут обрабатываться с применением окисляющего или восстанавливающего вещества. Примерами таких веществ являются триметиламин-N-оксид, пиридин-N-оксид, гексафторфосфат ферроцения и тетрафторборат ферроцения. Предпочтительным является использование триметиламин-N-оксида.
Кроме того, поверхность наночастицы, получаемой на этапе (i), (j) или (k), или любом их варианте, может быть модифицирована путем удаления, замещения или изменения покрытия. Такие модификации могут производиться в соответствии с подходящими химическими реакциями, известными специалистам в данной области техники, например, реакциями, указанными в работах F. Herranz et al., Chemistry - A European Journal, 2008, 14, 9126-9130; F. Herranz et al. Contrast Media & Molecular Imaging, 2008, 3, 215-222; J. Liu et al. Journal of the American Chemical Society, 2009, 131, 1354-1355; W. J. M. Mulder et al, NMR in Biomedicine, 2006, 19, 142-164; или E. V. Shtykova et al, Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 16809-16817.
На еще одном необязательном, дополнительном или альтернативном этапе наночастица, получаемая на этапе (i)-(l) или любом их варианте, может подвергаться инкапсулированию или кластеризации с переносчиком. Предпочтительно, может быть использована структура переносчика, включающая в себя или состоящая из одной или более подходящих амфипатических молекул, таких как липиды, фосфолипиды, основанные на углеводородах поверхностно-активные вещества, холестерин, гликолипиды, желчные кислоты, сапонины, жирные кислоты, синтетические амфипатические блочные сополимеры или натуральные продукты, такие как фосфолипиды яичного желтка и т.д. Особенно предпочтительными являются фосфолипиды и синтетические блочные сополимеры. Особенно предпочтительными примерами подходящих переносчиков являются мицелла, липосома, полимерсома, клетка крови, полимерная капсула, дендример, полимер или гидрогель, или произвольные смеси указанного выше.
Термин "мицелла" при использовании в настоящем документе относится к типу везикул, которые обычно сделаны из липидов, в частности, фосфолипидов, которые организованы в однослойную структуру. Мицеллы обычно включают в себя гидрофобную внутреннюю часть или полость.
Термин "липосома" при использовании в настоящем документе относится к типу везикул, которые обычно сделаны из липидов, в частности, фосфолипидов, то есть молекул, формирующих мембраноподобную структуру с двойным слоем в водной окружающей среде. Предпочтительные фосфолипиды, которые могут быть использованы в контексте липосом, включают в себя фосфатидилэтаноламин, фосфатидилхолин, яичный фосфатидилэтаноламин, диолеоилфосфатидилэтаноламин. Особенно предпочтительными являются фосфолипиды MPPC, DPPC, DPPE-PEG2000 или Liss Rhod PE.
Термин "полимерсома" при использовании в настоящем документе означает тип везикулы, которая обычно состоит из блок-сополимерных амфифилов, то есть синтетических амфифилов, которые обладают амфифильностью, аналогичной липидам. Вследствие своей амфифильной природы (имеют более гидрофильную "голову" и более гидрофильный "хвост") блочные сополимеры способны самостоятельно собираться в двухслойные структуры "голова-к-хвосту" или "хвост-к-голове", аналогичные липосомам. По сравнению с липосомами, полимерсомы имеют намного больший молекулярный вес со среднечисленными молекулярными весами, обычно находящимися в диапазоне от 1000 до 100000, предпочтительно от 2500 до 50000 и предпочтительнее от 5000 до 25000, обычно являются более стабильными химически, более герметичными, менее склонными к созданию помех для биологических мембран и менее динамичными по причине низкой критической концентрации агрегации. Данные свойства в результате обеспечивают меньшую опсонизацию и большие периоды циркуляции.
Термин "дендример" при использовании в настоящем документе означает большой синтетически полученный полимер, в котором атомы организованы в группу ветвей и подветвей, исходящих из центрального ядра. Синтез и использование дендримеров известны специалисту в данной области техники.
Термин "гидрогель" при использовании в настоящем документе означает коллоидный гель, в котором дисперсионной средой является вода. Гидрогель демонстрирует отсутствие текучести в стабилизированном состоянии по причине наличия трехмерных сшитых сеток внутри геля. Гидрогели могут быть сформированы из естественных или синтетических полимеров. Получение и применение гидрогелей известно специалисту в данной области техники.
В другом необязательном, дополнительном или альтернативном этапе наночастица, получаемая на этапах (i)-(m) или любом их варианте, может быть декорирована нацеливающим лигандом.
Термин "нацеливающий лиганд" при использовании в настоящем документе относится к нацеливающему веществу, которое позволяет осуществлять взаимодействие и/или распознавание декорированной наночастицы совместимыми элементами или стабилизирующими или дестабилизирующими элементами, которые модифицируют химические, физические и/или биологические свойства наночастицы. Данные элементы обычно присутствуют на внешней или наружной поверхности наночастицы. Особенно предпочтительными являются элементы, которые позволяют нацеливать наночастицу на конкретные типы тканей, конкретные органы, клетки или типы клеток, или конкретные части тела, в частности тела животного или человека. Например, присутствие нацеливающих лигандов может привести к нацеливанию наночастицы на такие органы, как печень, почки, легкие, сердце, поджелудочная железа, желчный пузырь, селезенка, лимфатические структуры, кожа, мозг, мускулы и т.д.
В качестве альтернативы, присутствие нацеливающих лигандов может привести к нацеливанию на конкретные типы клеток, например раковых клеток, которые экспрессируют взаимодействующий или распознаваемый белок на своей поверхности. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения наночастица может содержать белки или пептиды, или их фрагменты, которые формируют поверхность взаимодействия снаружи наночастицы. Примерами таких белковых или пептидных элементов являются лиганды, которые способны связываться с рецепторными молекулами, рецепторные молекулы, которые способны взаимодействовать с лигандами или другими рецепторами, или другие рецепторы, антитела или фрагменты антител, или производные указанного, которые способны взаимодействовать со своими антигенами, а также авидин, стрептавидин, нейтравидин, лектины. Также настоящим изобретением предусматривается наличие компонентов связывающего взаимодействия, таких как биотин, которые могут присутствовать, например, в форме биотинилированных компонентов, таких как белки или пептиды и т.д. Наночастица также может содержать витамины или антигены, способные к взаимодействию с совместимыми интеграторами, например, связывающими витамин белками или антителами и т.д.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к наночастице оксида железа, получаемой или полученной любым способом или вариантом способа, определенными выше в настоящем документе. Наночастица оксида железа может находиться в любой подходящей форме, агрегатном состоянии или условии, например, может быть представлена как твердая наночастица оксида железа, как растворенная наночастица оксида железа, например, растворенная в любом подходящем растворителе или буфере. Кроме того, наночастица оксида железа может быть представлена в монодисперсной форме или полидисперсной форме, в соответствии с определенным выше в настоящем документе.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к применению наночастицы оксида железа, определенной выше в настоящем документе, или наночастицы оксида железа, получаемой или полученной любым способом или вариантом способа, определенными выше в настоящем документе, в качестве индикатора для визуализации с применением намагниченных частиц (MPI) или спектроскопии с применением намагниченных частиц (MPS), или для комбинации MPI и MPS, например, в качестве контрастного вещества. В еще одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения указанные наночастицы оксида железа также могут быть использованы для классической магнитно-резонансной визуализации (MRI), например, в качестве контрастного вещества.
Соответственно, наночастицы оксида железа, получаемые или полученные любым способом или вариантом способа, определенными выше в настоящем документе, могут быть применены в способах диагностики или лечения заболевания или патологического состояния, или в качестве ингредиента диагностической или фармацевтической композиции, например, для лечения или диагностики заболеваний или патологических состояний, в частности, заболевания, нарушения, дисфункции ткани или органа и т.д., на которые можно нацелить наночастицу, определенную выше в настоящем документе.
Например, патологическое состояние может быть объектом нацеливания, если пораженный участок, или зона, или зона дисфункции соединена с сердечно-сосудистой системой. В качестве альтернативы, патологическое состояние может быть объектом нацеливания, если пораженный участок, или зона, или зона дисфункции соединена с лимфатической системой. В еще одной альтернативе патологическое состояние может быть объектом нацеливания, если пораженный участок, или зона, или зона дисфункции соединена с системой спинномозговой жидкости. Другие патологические состояния, на которые можно произвести нацеливание, то есть которые можно диагностировать или лечить с применением наночастиц по настоящему изобретению, включают в себя, но не ограничиваются указанным, недостаточности или нарушения иммунной системы, например, пролиферации, дифференциации или мобилизации (хемотаксис) иммунных клеток. Также это относится к дефектам или недостаточностям кроветворных клеток. Примеры синдромов иммунологической недостаточности включают в себя недостаточность белков крови (например, агаммаглобулинемия, дисгаммаглобулинемия), телеангиоэктатическую атаксию, вариабельный неклассифицируемый иммунодефицит, синдром Ди Георга, тромбоцитопению или гемоглобинурию. Также это относится к сердечно-сосудистым заболеваниям, нарушениям или состояниям и/или сердечно-сосудистым патологиям, таким как артериоартериальная фистула, артериовенозная фистула, церебральные артериовенозные врожденные пороки, врожденные пороки сердца, атрезия легочной артерии и синдром ятагана. Врожденные пороки сердца включают в себя стеноз перешейка аорты, трехпредсердное сердце, аномалии коронарных сосудов, перекрещивающиеся сосуды сердца, декстрокардия, открытый артериальный проток, аномалию Эбштейна, синдром Эйзенменгера, синдром гипоплазии левых отделов сердца, левокардию, тетраду Фалло, транспозицию магистральных сосудов, двойное отхождение магистральных сосудов от правого желудочка, атрезию трехстворчатого клапана, персистирующий артериальный ствол, а также дефекты перегородки сердца, такие как дефект аортолегочной перегородки, открытый предсердно-желудочковый канал, болезнь Лаутембахера, триада Фалло, дефекты межжелудочковой перегородки сердца. Сердечно-сосудистые заболевания, нарушения и/или состояния также включают в себя сердечную недостаточность, такую как аритмии, карциноидная сердечная недостаточность, высокий систолический объем крови, низкий систолический объем крови, тампонада сердца, эндокардит (включая бактериальный), аневризма сосудов сердца, остановка сердечной деятельности, сердечная недостаточность с застойными явлениями, застойная кардиомиопатия, сердечная астма, сердечный отек, гипертрофия сердца, застойная кардиомиопатия, гипертрофия левого желудочка, гипертрофия правого желудочка, послеинфарктный разрыв сердца, разрыв межжелудочковой перегородки, болезни сердечного клапана, болезни миокарда, ишемия миокарда, перикардиальный выпот, перикардит, пневмоперикард, постперикардиотомный синдром, легочно-сердечная недостаточность, ревматическая болезнь сердца, дисфункция желудочка, гиперемия, сердечнососудистые осложнения при беременности, синдром ятагана, сердечнососудистый сифилис и сердечнососудистый туберкулез. Аритмии включают в себя синусовую аритмию, мерцательную аритмию, трепетание предсердий, брадикардию, экстрасистолию, синдром Адамса-Стокса, блокаду ножки пучка Гиса, синоаурикулярную блокаду, синдром удлиненного интервала QT, парасистолию, синдром Лауна-Ганонга-Левина, синдром преждевременного возбуждения желудочков, синдром Вольфа-Паркинсона-Уайта, синдром дисфункции синусового узла, тахикардии и фибрилляцию желудочков. Тахикардии включают в себя пароксизмальную тахикардию, наджелудочковую тахикардию, ускоренный идиовентрикулярный ритм, атриовентрикулярную узловую реципрокную тахикардию, эктопическую предсердную тахикардию, эктопическую узловую тахикардию, синоатриальную узловую реципрокную тахикардию, синусовую тахикардию, двунаправленную желудочковую тахикардию и желудочковую тахикардию. Болезни сердечного клапана включают в себя недостаточность аортального клапана, стеноз аортального клапана, сердечные шумы, пролапс аортального клапана, пролапс митрального клапана, пролапс трехстворчатого клапана, недостаточность митрального клапана, стеноз митрального клапана, атрезию легочной артерии, недостаточность клапана легочной артерии, стеноз клапана легочной артерии, атрезию трехстворчатого клапана, недостаточность трехстворчатого клапана и стеноз трехстворчатого клапана. Заболевания миокарда включают в себя алкогольную кардиомиопатию, гипертрофическую кардиомиопатию, стеноз аортального подклапана, стеноз подклапана легочной артерии, рестриктивную кардиомиопатию, кардиомиопатию Чагаса, фиброэластоз эндокарда, эндомиокардиальный фиброз, синдром Кернса, реперфузионное повреждение миокарда и миокардит. Ишемии миокарда включают в себя заболевания коронарной артерии, такие как болезнь Гебердена, аневризма коронарной артерии, коронарный артериосклероз, тромбоз коронарной артерии, коронароспазм, инфаркт миокарда и постишемическое нарушение сократительной функции миокарда.
Сердечно-сосудистые заболевания также включают в себя болезни сосудов, такие как аневризмы, ангиодисплазия, ангиоматоз, бациллярный ангиоматоз, болезнь Гиппеля-Линдау, синдром Клиппеля-Треноне-Вебера, синдром Стерджа-Вебера, ангионевротический отек, аортальные заболевания, синдром Такаясу, аортит, синдром Лериша, окклюзионное поражение артерии, воспаление артерии, эндартерит, нодозный полиартериит, цереброваскулярные заболевания, нарушения и/или состояния, диабетическая ангиопатия, диабетическая ретинопатия, эмболии, тробмоз, эритромелалгия, геморрой, веноокклюзионная болезнь печени, гипертензия, гипотензия, ишемия, болезни периферических сосудов, флебиты, окклюзионное поражение легочных вен, болезнь Рейно, CREST-синдром, окклюзия вены сетчатки, синдром ятагана, синдром верхней полой вены, телеангиэктазия, телеангиоэктатическая атаксия, наследственная геморрагическая телеангиэктазия, варикоцеле, варикозное расширение вен, варикозная язва, васкулит и венозная недостаточность. Аневризмы включают в себя расслаивающие аневризмы, ложные аневризмы, инфекционные аневризмы, разорванные аневризмы, аневризмы аорты, аневризмы сосудов головного мозга, коронарные аневризмы, сердечные аневризмы и подвздошные аневризмы. Окклюзионные поражения артерии включают в себя артериосклероз, перемежающуюся хромоту, стеноз сонной артерии, фиброзно-мышечную дисплазию, окклюзию мезентериальных сосудов, болезнь мойя-мойя, окклюзию почечной артерии, окклюзию артерии сетчатки и облитерирующий тромбангиит. Цереброваскулярные заболевания, нарушения и/или состояния включают в себя заболевания сонной артерии, церебральную амилоидную ангиопатию, аневризму сосудов головного мозга, церебральную гипоксию, церебральный артериосклероз, церебральный артериовенозный врожденный порок, заболевания мозговых артерий, церебральная эмболия и тромбоз, тромбоз сонной артерии, тромбоз пазухи, синдром Валленберга, кровоизлияние в мозг, эпидуральную гематому, субдуральную гематому, субарахноидальное кровоизлияние, церебральный инфаркт, ишемию головного мозга (включая преходящую), синдром подключичного обкрадывания, перивентрикулярную лейкомаляцию, сосудистую головную боль, кластерную головную боль, мигрень и вертебрально-базилярную недостаточность. Также включаются аутоиммунные заболевания, такие как болезнь Аддисона, гемолитическая анемия, антифосфолипидный синдром, ревматоидный артрит, дерматит, аллергический энцефаломиелит, гломерулонефрит, синдром Гудпасчера, тиреотоксикоз, множественный склероз, тяжелая миастения, неврит, офтальмит, буллезный пемфигоид, пемфигус, полиэндокринопатии, геморрагическая сыпь, синдром Рейтера, синдром мышечной скованности, аутоиммунный тиреоидит, системная красная волчанка, аутоиммунное воспаление легких, синдром Гийена-Барре, мелит при инсулинозависимом диабете или аутоиммунное воспалительное заболевание глаз. Также включаются аллергические реакции и состояния, такие как астма (особенно, аллергическая астма) или другие респираторные проблемы; а также гиперпролиферативные заболевания, включая неоплазмы, рак или опухоли, такие как неоплазмы, рак или опухоли, расположенные в брюшной полости, костях, груди, пищеварительной системе, печени, поджелудочной железе, перитонеальной полости, эндокринных железах (надпочечной, паращитовидной, гипофизной, железах семенника, яичника, вилочковой, щитовидной), глазах, голове и шее, нервной системе (центральной и периферической), лимфатической системе, тазе, коже, мягких тканях, селезенке, торакальной области и мочеполовых путях. Другими примерами гиперпролиферативных заболеваний являются гипергаммаглобулинемия, лимфопролиферативные заболевания, парапротеинемия, геморрагическая сыпь, саркоидоз, синдром Сезари, макроглобулинемия Вальденстрема, синдром Гоше, гистиоцитоз и любые другие гиперпролиферативные заболевания, локализованные в системах органов, приведенных выше. Также включаются нейродегенеративные заболевания, поведенческие нарушения или состояния воспаления, которые включают в себя болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона, энцефалит, демиелинизирующие заболевания, периферийные невропатии, шок, врожденный порок развития, повреждения спинного мозга, ишемия, аневризмы или кровоизлияния.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения наночастицы оксида железа, получаемые или полученные любым способом или вариантом способа, определенными выше в настоящем документе, могут быть применены для транспортного назначения, например, совместно с лекарством. Например, такое лекарство может высвобождаться в заданном положении в теле человека или животного.
Приведенные ниже примеры и чертежи представлены в целях иллюстрирования. Таким образом, понимается, что примеры и чертежи не считаются ограничивающими. Специалисту в данной области техники будут очевидны другие модификации принципов, изложенных в настоящем документе.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
В первом блоке синтеза FeO(OH) (200 мг, 2,25 ммоль), олеиновая кислота (HOA) (2,54 г, 9,0 ммоль) и икозан (1,2 г) были помещены в трехгорлую колбу (50 мл). Колба была помещена в нагреватель колб и оборудована мешалкой, термодатчиком, который был соединен с термопарой, и обратным конденсатором, имеющим пузырьковый уровнемер. Термопара была настроена на 360°C со скоростью нагревания 3,3°C/мин в течение 2 часов. Во время разложения цвет реакционной смеси изменился с красно-коричневого на черный, что указывало на образование наночастиц оксида железа. Колба охлаждалась до 50°C. Был добавлен гексан (10 мл), и смесь была помещена в колбу для центрифугирования. Наночастицы были осаждены из раствора гексана посредством добавления ацетона (20 мл). Колба центрифугировалась в течение 30 мин на 4900 об/мин (4671 - относительная центробежная сила). Черная надосадочная жидкость сливалась, и оставшиеся наночастицы повторно диспергировались в гексане (5 мл) и осаждались ацетоном (10 мл). Данная процедура промывания повторялась один раз. Полученные в результате очищенные наночастицы повторно диспергировались и хранились в 10 мл гексана (полученный образец был обозначен как образец 1.1).
Во втором блоке синтеза 10 мл раствора наночастиц, полученного в первом блоке синтеза, было разбавлено 10 мл гексана (раствор A). Pluronic F127 (1,09 г) был растворен в физиологическом растворе с фосфатным буфером (PBS, 20 мл) (раствор B). Раствор A (1,5 мл) и раствор B (1,5 мл) смешивались и перемешивались в открытом лабораторном стакане, и ожидалось испарение растворителей. После 43 часов был получен гомогенный черный водный раствор PBS; по существу, весь гексан испарился. Данный раствор был стабилен в течение, по меньшей мере, четырех недель, поскольку осадка не наблюдалось (полученный образец был обозначен как образец 1.2).
Суммарная концентрация железа в полученных буферных растворах была определена в основанном на берлинской лазури колориметрическом анализе и составила 3,33 мг(Fe)/г.
Пример 2
В первом блоке синтеза FeO(OH) (200 мг, 2,25 ммоль), олеиновая кислота (HOA) (2,54 г, 9,0 ммоль) и икозан (1,2 г) были помещены в трехгорлую колбу (50 мл). Колба была помещена в нагреватель колб и оборудована мешалкой, термодатчиком, который был соединен с термопарой, и обратным конденсатором, имеющим пузырьковый уровнемер. Термопара была настроена на 360°C со скоростью нагревания 3,3°C/мин в течение 2 часов. Во время разложения цвет реакционной смеси изменился с красно-коричневого на черный, что указывало на образование наночастиц оксида железа. Колба охлаждалась до 50°C. Был добавлен гексан (10 мл), и смесь была помещена в колбу для центрифугирования. Наночастицы были осаждены из раствора гексана посредством добавления ацетона (20 мл). Колба центрифугировалась в течение 30 мин на 4900 об/мин (4671 - относительная центробежная сила). Черная надосадочная жидкость сливалась, и оставшиеся наночастицы повторно диспергировались в гексане (5 мл) и осаждались ацетоном (10 мл). Данная процедура промывания повторялась один раз. Полученные в результате очищенные наночастицы повторно диспергировались и хранились в 10 мл гексана (полученный образец был обозначен как образец 2.1).
Во втором блоке синтеза 10 мл раствора наночастиц, полученного в первом блоке синтеза, было разбавлено 10 мл гексана (раствор A). Pluronic F127 (0,31 г) был растворен в физиологическом растворе с фосфатным буфером (PBS, 20 мл) (раствор B). Раствор A (1,5 мл) и раствор B (1,5 мл) смешивались и перемешивались в открытом лабораторном стакане, и ожидалось испарение растворителей. После 43 часов был получен гомогенный черный водный раствор PBS; по существу, весь гексан испарился. Данный раствор был стабилен в течение, по меньшей мере, нескольких недель, поскольку осадка не наблюдалось (полученный образец был обозначен как образец 2.2).
Суммарная концентрация железа в полученных буферных растворах была определена в основанном на берлинской лазури колориметрическом анализе и составила 2,53 мг(Fe)/г.
Пример 3

Характеристики полученных образцов тестировались в анализах спектроскопии с применением намагниченных частиц (MPS). Характеристики MPS образца 1.1 при 1 МГц были на два порядка величины лучше, чем характеристики Resovist, и превосходство даже возрастало при больших частотах (см. фиг. 2). Образцы 2.1 и 2.2 были лучше Resovist при 1 МГц на значение вплоть до 1 порядка величины, и превосходство возрастало при больших частотах (см. фиг. 2). Различие в характеристиках MPS в гексане и в воде на данный момент не полностью понятно, и может являться следствием химической модификации, необходимой для гидрофилизации наночастиц.
Пример 4
В первом блоке синтеза FeO(OH), олеиновая кислота (HOA) и икозан (1,2 г) были помещены в трехгорлую колбу (50 мл). Подробности относительно использованного количества FeO(OH) и олеиновой кислоты, а также стехиометрия компонентов приведены ниже в таблице 1. Колба была помещена в нагреватель колб и оборудована мешалкой, термодатчиком, который был соединен с термопарой, и обратным конденсатором, имеющим пузырьковый уровнемер. Термопара была настроена на 360°C со скоростью нагревания 3,3°C/мин в течение 2 часов. Во время разложения цвет реакционной смеси изменился с красно-коричневого на черный, что указывало на образование наночастиц оксида железа. Колба охлаждалась до 50°C. Был добавлен гексан (10 мл), и смесь была помещена в колбу для центрифугирования. Наночастицы были осаждены из раствора гексана посредством добавления ацетона (20 мл). Колба центрифугировалась в течение 30 мин на 4900 об/мин (4671 - относительная центробежная сила). Черная надосадочная жидкость сливалась, и оставшиеся наночастицы повторно диспергировались в гексане (5 мл) и осаждались ацетоном (10 мл). Данная процедура промывания повторялась один раз. Полученные в результате очищенные наночастицы повторно диспергировались и хранились в 10 мл гексана (полученные образцы были обозначены как образцы A-H).
Характеристики полученных образцов тестировались в анализах спектроскопии с применением намагниченных частиц (MPS). Все анализы образцов проводились с использованием данных гексановых растворов.
Таблица 1Состав реакционной смеси в различных экспериментах примера 4, приводящих к образованию образцов A-H
Образец
Масса (FeO(OH))/мг
Масса (HOA)/г
Стехиометрия (моль/моль) (FeO(OH):HOA)
Время реакции/ч
А
200
2,54
1:4
2
В
200
5,08
1:8
2
С
100
3,81
1:12
2
D
100
5,08
1:16
2
Е
300
3,81
1:4
2
F
50
2,543
1:16
2
G
50
1,91
1:12
2
Изменение условий реакции:
Образцы A, B, C и F продемонстрировали усиление сигнала MPS при более высоких частотах, когда увеличивалось соотношение FeO(OH):HOA, что можно вывести из фиг. 3A, B, C и F. Образцы D, E и G иллюстрируют, что, в дополнение к относительной концентрации FeO(OH) и HOA, также является важной их абсолютная концентрация, оптимальный диапазон для которой описывается образцами A, B, C и F. Кроме того, образец G показывает важность времени реакции. В описанных здесь условиях проведение реакции в течение 2 ч давало лучшие результаты, чем проведение реакции в течение 6 ч.
Просвечивающая электронная микроскопия:
TEM-анализ проводился для образцов A, B и C. Как можно заключить на основании фиг. 4, сигнал MPS улучшался от образца A (см. фиг. 4A) до образца B (см. фиг. 4B). Однако изображения TEM для образцов не показали значимых различий в морфологии наночастиц. Оба образца A и B содержали монодисперсные частицы, которые имели средний диаметр 16,3±1,7 нм (образец A) и 16,7±1,1 нм (образец B). Для образца C (см. фиг. 4 C), который показал самый сильный MPS-сигнал в данной последовательности, были обнаружены частицы с фасеточными сердцевинами (см. фиг. 4D). Кроме того, было получено, что данный образец демонстрировал более широкое распределение размеров (средний диаметр: 18,0±3,5 нм), чем образцы A и B. Следовательно, ожидается дальнейшее улучшение характеристик MPS после фракционирования данного не являющегося монодисперсным образца.
Рентгеноструктурный анализ (XRD):
3
4
3
4
XRD является методикой с очень высокой чувствительностью для анализа кристаллической структуры частиц оксида железа и, следовательно, является мощным инструментом для различения различных типов веществ с оксидом железа. Образы A, B и C изучались посредством XRD, и полученные спектры сравнивались с теоретическими профилями дифракции, а также с контрольным образцом FeO (см. фиг. 5). На основании данного анализа было определено, что все протестированные образцы (A, B и C) содержат сердцевины, состоящие в основном из оксида железа FeO.
Вибрационная сканирующая магнитометрия (VSM):
2
3
4
Высокая нелинейность кривой намагничивания индикаторных веществ на основе наночастиц является ключевой для хорошей производительности MPS. Результат анализа вибрационной сканирующей магнитометрии для образца C показан на фиг. 6. Как можно заключить на основании фиг. 6, образец демонстрирует очень резкую кривую перемагничивания, а также высокую намагниченность насыщения 107 мА/кг, что согласуется с описанием магнитного ядра FeO.