НАНОЧАСТИЦА, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕЕ КОНТРАСТНОЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ И ЛИГАНДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
NANOPARTICLE CONTAINING ITS MAGNETIC RESONANCE IMAGING CONTRAST AGENT AND LIGAND COMPOUND

Область техники настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится к новой наночастице, к содержащему ее контрастному веществу для магнитно-резонансной томографии и к лигандному соединению, используемому для получения наночастицы.
Уровень техники настоящего изобретения
Магнитно-резонансная томография (МРТ), которая играет значительную роль в клинической диагностической визуализации, в последние годы становится важным инструментом также и в области биомедицинских исследований.
Диагностическая визуализация и контрастное вещество, используемое для диагностической визуализации, представляют собой технологию, применяемую для исследования органов, тканей и других частей живого организма. В частности, МРТ представляет собой технологию, которая на основе магнитных свойств атомов создает подробное изображение поперечного сечения и подробное трехмерное изображение тканей и органов живого организма с применением сильного магнитного поля и высокочастотного радиосигнала.
МРТ представляет собой эффективную технологию для получения двух- или трехмерного изображения всех водосодержащих тканей и органов.
Когда сходящиеся импульсы электромагнитной волны воздействуют на атомы водорода, которые ориентированы магнитным полем в исследуемой ткани, атомы водорода производят отраженные сигналы в результате релаксации протонов. На основе слабого различия между сигналами от разнообразных тканей МРТ может идентифицировать орган и определять потенциальный контраст между доброкачественной тканью и злокачественной тканью. МРТ может быть применена для обнаружения опухоли, кровотечения, отека и т.д.
1
2
1
2
Следует отметить, что термин «контрастное вещество для МРТ» означает медикамент, который обеспечивает обнаружение пораженной области или исследование кровообращения в кровеносном сосуде, функции каждого органа и т.п., (i) изменяя времена релаксации (T, Т) воды в живом организме, главным образом, посредством сокращения времен релаксации (T, Т) и, таким образом, (ii) усиливая контраст между различными тканями.
1
1
Контрастное вещество для МРТ должно иметь следующие ожидаемые свойства: контрастное вещество должно быстро проявлять контрастный эффект после введения; контрастное вещество не должно производить неблагоприятное воздействие на живой организм; и контрастное вещество должно на 100% выводиться из живого организма. Контрастное вещество для МРТ может быть распределено в крови и внеклеточной жидкости, например, посредством внутривенного введения. Затем контрастное вещество выводится с током мочи предпочтительно в течение двух часов, предпочтительнее в течение одного часа. Само контрастное вещество, распределенное во внеклеточной жидкости, не визуализируется непосредственно в процессе МРТ. Контрастное вещество активирует релаксацию протонов в тканях в области, в которой распределено контрастное вещество. Это представляет собой, главным образом, так называемый эффект сокращения времени T, который позволяет контрастному веществу проявлять контрастный эффект в T-взвешенном изображении (сигналы усиливаются). Контрастное вещество вызывает изменение времени релаксации в ткани, занимаемой контрастным веществом.
2
2
С другой стороны, в том случае, где концентрация контрастного вещества увеличивается до определенного уровня или выше, сигнал ослабляется за счет эффектов сокращения времен Т и Т*. По существу, оптимальная концентрация, которая обеспечивает увеличение интенсивности сигнала, изменяется в зависимости от цели осуществления контрастной визуализации.
1
2
1
2
1
2
1
1
2
2
1
2
1
2
1
2
Степень эффектов сокращения времен релаксации T и Т в магнитном объекте, которая представляет собой эффективность сокращения времен релаксации протонов, выражена как скорость релаксации (R). Для МРТ скорость релаксации R и скорость релаксации R представляют собой обратные величины, соответственно, по отношению к времени продольной релаксации T и времени поперечной релаксации Т (R=1/T, R=1/T). Скорость релаксации в расчете на единичную концентрацию представляет собой релаксивность (r). Продольная релаксивность представляет собой величину r, и поперечная релаксивность представляет собой величину r. Каждое из соотношения R/R и соотношения r/r используют в качестве параметра для оценки релаксивности контрастного вещества для МРТ.
1
1
1
2
2
2
В частности, контрастное вещество, которое воздействует на время релаксации T и используется для цели усиления сигналов в T-взвешенном изображении, называется термином «сокращающее T контрастное вещество» или «позитивное контрастное вещество». Позитивное контрастное вещество вызывает усиление сигнала в тканях, занимаемых позитивным контрастным веществом. Контрастное вещество, которое воздействует на время релаксации Т и используется для цели ослабления сигналов в Т-взвешенном изображении, называется термином «сокращающее Т контрастное вещество» или «негативное контрастное вещество». Негативное контрастное вещество вызывает ослабление сигнала в тканях, занимаемых негативным контрастным веществом.
1
2
1
1
В последние годы T-взвешенная МРТ привлекает внимание, потому что, по сравнению с Т-взвешенной МРТ, T-взвешенная МРТ производит небольшой ложный сигнал и обеспечивает высокое пространственное разрешение. Для получения T-взвешенного магнитно-резонансного изображения, проявляющего высокую контрастность, необходимо применение позитивного контрастного вещества, которое усиливает контрастность МРТ посредством изменения времен релаксации протонов воды.
1
2
1
2
1
В частности, соотношение r/r контрастного вещества представляет собой важную величину для оценки контрастного вещества. Высокое соотношение r/r позитивного контрастного вещества позволяет получать хорошее T-взвешенное магнитно-резонансное изображение.
1
1
2
1
2
Наночастицы, содержащие хелатный комплекс на основе гадолиния (Gd) и оксид гадолиния, могут находить клиническое применение в качестве позитивного контрастного вещества и проявлять превосходный контраст T вследствие наличия высокой скорости r и низкой скорости r (т.е. высокого соотношения r/r). Однако, как известно, соединения на основе Gd являются токсичными для пожилых людей и пациентов с почечной недостаточностью.
С другой стороны, соединения на основе оксида железа проявляют чрезвычайно низкую токсичность по сравнению с соединениями на основе Gd. По этой причине проводятся исследования и разработки наночастиц на основе оксида железа в качестве альтернативного материала для замены Gd, который в настоящее время господствует на рынке (непатентный документ 1).
До настоящего времени проводились исследования и разработки наночастиц, предназначенных для применения в медицине (например, для диагностики, лечения и других целей). В качестве примера наночастицы, применяемой для живого организма, существует известная наночастица, содержащая (i) сердцевинную частицу, состоящую из металлосодержащего материала, и (ii) молекулы разнообразных типов, представляющие собой, например полимер, которые покрывают поверхность сердцевинной частицы. Например, описаны (i) способ получения содержащих оксид железа наночастиц (ESION) чрезвычайно малого размера, который составляет 4 нм или менее, и (ii) позитивное контрастное вещество для МРТ, причем это позитивное контрастное вещество содержит наночастицы, содержащие (а) частицы ESION и (b) фосфат полиэтиленгликоля (PO-PEG), которым покрыты частицы ESION (непатентный документ 2). Кроме того, описана наночастица, имеющая структуру, в которой цвиттер-ионный сульфонат дофамина (ZDS) связан с поверхностью наночастицы оксида железа, служащей в качестве сердцевинной частицы (непатентный документ 3 и патентный документ 1). Также описаны свойства таких содержащих оксид железа суперпарамагнитных наночастиц (ZDS-SPION), используемых в качестве позитивного контрастного вещества (патентный документ 2 и непатентный документ 4).
Список цитируемой литературы
[Патентные документы]
[Патентный документ 1]
Международная публикация №WO 2013/090601 (дата публикации: 20 июня 2013 года)
[Патентный документ 2]
Международная публикация №WO 2016/044068 (дата публикации: 24 марта 2016 года)
[Непатентные документы]
[Непатентный документ 1]
Corot et al., Advanced Drug Delivery Reviews, 58, 1471-1504, 2006
[Непатентный документ 2]
ByungHyo Kim et al., J. Am. Chem. Soc, 133, 12624-12631, 2011
[Непатентный документ 3]
He Wei et al., Integr. Biol., 5, 108-114, 2013
[Непатентный документ 4]
He Wei et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 114(9), 2325-2330, 2017
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Техническая проблема
В настоящее время требуется (i) новая наночастица, которая в достаточной степени удовлетворяет следующим условиям: проявляет устойчивое поведение в живом организме и при этом обладает превосходной контрастной способностью, является низкотоксичной для живого организма и имеет хорошую устойчивость при хранении; и (ii) лигандное соединение для покрытия наночастицы. Кроме того, необходима разработка содержащего наночастицу контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии.
Решение проблемы
Для решения вышеупомянутой проблемы настоящее изобретение включает в своем объеме каждый из перечисленных ниже аспектов.
<1> Наночастица, содержащая: металлосодержащую частицу, содержащую оксид железа; и лиганд, который связан с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и представлен формулой (3):
где m представляет собой целое число от 1 до 4, и штриховая линия представляет собой координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы.
<2> (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний
Следует отметить, что структурная формула (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммония представляет собой формулу (2). В описании настоящей заявки вышеупомянутое соединение может быть обозначено сокращенным наименованием «DDSA», и описанный далее лиганд, представленный формулой (1), который представляет собой вышеупомянутое соединение в состоянии, в котором вышеупомянутое соединение связано с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы, может быть также обозначен сокращенным наименованием «DDSA».
Полезные эффекты изобретения
Предполагается, что настоящее изобретение позволит получить (i) новую наночастицу, (ii) содержащее ее контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии, в частности, позитивное контрастное вещество, имеющее хорошую релаксивность, и (iii) новое лигандное соединение, используемое для получения наночастицы.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлена наночастица (суперпарамагнитная наночастица (SNP) оксида железа, содержащая лиганд (DDSA)) в соответствии с настоящим изобретением, изображение которой получено посредством просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ).
1
2
1
2
На фиг. 2 представлены изображения, иллюстрирующие результаты оценки релаксивности частицы SNP-DDSA в PBS (фосфатно-солевом буферном растворе) в том случае, где использовано устройство МРТ с индукцией магнитного поля, составляющей 1 тесла (Тл), причем частица SNP-DDSA содержит частицу оксида железа диаметром 1,8 нм в качестве сердцевины. На фиг. 2(a) проиллюстрированы результаты измерения времен релаксации при последовательном разбавлении частиц SNP-DDSA фосфатно-солевым буферным раствором (PBS). На фиг. 2(b) представлены изображения, каждое из которых получено посредством построения графика зависимости времени релаксации от концентрации атомов железа в SNP-DDSA. На фиг. 2(c) представлены значения релаксивностей r и r, определенные по наклону линии на графике фиг. 2(b), а также значение r/r.
На фиг. 3(a) представлены изображения мочевого пузыря мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 30 минут после введения (30 мин) и через 3 часа после введения (3 ч). На фиг. 3(b) представлены изображения мочевого пузыря мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 1 час после введения (1 ч) и через 2 часа после введения (2 ч).
На фиг. 4(a) представлены изображения почки мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 30 минут после введения (30 мин) и через 3 часа после введения (3 ч). На фиг. 4(b) представлены изображения почки мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 1 час после введения (1 ч) и через 2 часа после введения (2 ч).
На фиг. 5 представлены изображения печени мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени.
На фиг. 6 представлены изображения кровеносных сосудов мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате магнитно-резонансной ангиографии, осуществляемой с течением времени.
Подробное раскрытие вариантов осуществления настоящего изобретения
В приведенном ниже описании подробно представлен вариант осуществления настоящего изобретения.
[Определения терминов]
Как правило, термин «наночастица» означает частицу, имеющую диаметр частицы порядка нанометров и обычно означает частицу, имеющую диаметр частицы, составляющий менее чем 1 мкм. Диаметр частицы будет подробно обсуждаться в приведенном ниже разделе, посвященном диаметру частицы.
Термин «лиганд» или «лигандное соединение» означает соединение, которое (i) содержит группу, способную образовывать координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы, и (ii) используется в качестве модификатора на поверхности металлосодержащей частицы для обеспечения устойчивого диспергирования металлосодержащей частицы в воде. При использовании в настоящем документе термин «лиганд» или «лигандное соединение» означает (i) случай, в котором соединение не связано координационной связью с поверхностью металлосодержащей частицы, и/или (ii) случай, в котором соединение имеет молекулярную структуру, в которой соединение связано координационной связью с поверхностью металлосодержащей частицы.
При использовании в настоящем документе термином субъект» обозначен данный организм, в который контрастное вещество для МРТ, наночастицу, или композицию, содержащую наночастицу в соответствии с настоящим изобретением, можно вводить, например, для цели эксперимента, диагностики и/или лечения. В качестве примера, субъектом является человек.
В следующем описании будут обсуждены наночастица, контрастное вещество для МРТ и соединение в соответствии с настоящим изобретением.
[1. Наночастица]
Наночастица в соответствии с настоящим изобретением представляет собой наночастицу, содержащую: металлосодержащую частицу, содержащую оксид железа; и лиганд, который связан с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и представлен следующей формулой (3):
В приведенной выше формуле (3) m представляет собой целое число от 1 до 4, и штриховая линия представляет собой координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы,
причем лиганд предпочтительно является лигандом, представленным следующей формулой (1):
В приведенной выше формуле (1) штриховая линия представляет собой координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы.
кроме того, наночастица в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения представляет собой наночастицу, содержащую: металлосодержащую частицу, содержащая оксид железа; и лиганд, который связан с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и представлен приведенной выше формулой (3), где m представляет собой целое число, составляющее 1, 2 или 4.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения наночастица в соответствии с настоящим изобретением представляет собой наночастицу, содержащую: металлосодержащую частицу, содержащую оксид железа; и лиганд, который связан с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и представлен приведенной выше формулой (3), где m составляет 2 или 4, предпочтительнее 4.
Следовательно, наночастица в соответствии с настоящим изобретением представляет собой частицу, которая содержит металлосодержащую частицу в центральной части (сердцевине) частицы, и в которой лигандное соединение связано с наружной поверхностью металлосодержащей частицы таким образом, что оно покрывает металлосодержащую частицу.
1
Наночастица в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает предотвращение агломерации наночастиц и проявляет устойчивые свойства частицы даже, например, в растворе, содержащем наночастицы в высокой концентрации. Можно предполагать, что такая наночастица будет (i) обеспечивать низкую намагниченность насыщения и, таким образом, допускать получение четкого T-взвешенного изображения, а также (ii) упрощать выведение с мочой и, таким образом, обеспечивать хороший почечный клиренс.
(Металлосодержащая частица)
Металлосодержащая частица содержит оксид железа. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения металлосодержащая частица представляет собой частицу оксида железа, содержащую только оксид железа.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения металлосодержащая частица может содержать оксид железа и по меньшей мере одно производное металла, не представляющее собой оксид железа. Кроме того, металлосодержащая частица может содержать по меньшей мере один элемент-металл, не представляющий собой железо (Fe). В качестве другого элемента-металла металлосодержащая частица может дополнительно содержать, если это необходимо, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, которую составляют гадолиний (Gd), марганец (Mn), кобальт (Со), никель (Ni) и цинк (Zn).
2+
2+
2+
2+
2+
3
4
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения металлосодержащая частица может состоять только из оксида железа или может содержать феррит, полученный из оксида железа. Феррит является оксидом, представленным формулой: (Fe, М)O, где М предпочтительно представляет собой ион переходного металла, выбранный из Zn, Со, Mnи Ni.
2
3
x
2
3
1-x
3
4
2
3
2+
2+
2+
2+
Кроме того, может быть соответствующим образом использован материал, известный как суперпарамагнитный оксид железа (SPIO). Такой материал представляет общая формула: [FeO][FeO(MO)] (где х=0 или 1). Ион М может представлять собой двухзарядный ион металла, например, Fe, Mn, Ni, Со, Zn, магния (Mg), меди (Cu) или их комбинацию. Следует отметить, что материал представляет собой магнетит (FeO) в том случае, где ион металла (М) представляет собой двухзарядный ион железа (Fe), х=0, и материал представляет собой маггемит (γ-FeO) в том случае, где х=1.
3
4
2
3
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения оксид железа представляет собой магнитный оксид железа, и это может быть магнетит (FeO), маггемит (γ-FeO) или их смесь. Частица магнитного оксида железа представляет собой суперпарамагнитную наночастицу.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения в том случае, где частица оксида железа содержит производное (производные) одного или нескольких элементов-металлов, не представляющих собой железо, производные одного или нескольких соответствующих элементов-металлов могут различаться по типу. Таким образом, частица оксида железа может содержать оксид, нитрид и т.д. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения сердцевинная частица может содержать производное (например, FePt и FeB) железа, не представляющее собой оксид железа, причем это производное содержит железо в форме, не представляющей собой оксид железа.
Металлосодержащая частица в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения может представлять собой металлосодержащую частицу, полученную хорошо известным способом, таким как способ, раскрытый в патентном документе 1, непатентном документе 2, непатентном документе 3 и т.д., или это может быть имеющаяся в продаже металлосодержащая частица. Например, металлосодержащая частица может представлять собой частицу оксида железа, полученную способом соосаждения или способом восстановления.
(Диаметр частицы в случае металлосодержащей частицы)
При использовании в настоящем документе термин «диаметр частицы» означает «средний диаметр частицы», если не указано иное условие.
При использовании в настоящем документе термин «диаметр частицы» означает диаметр максимального круга, вписанного в двухмерную форму частицы, наблюдаемой с применением просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Например, в том случае, где двухмерная форма частицы является практически круглой, «диаметр частицы» означает диаметр круга. В том случае, где двухмерная форма частицы практически представляет собой эллипс, «диаметр частицы» означает малую ось эллипса. В том случае, где двухмерная форма частицы является практически квадратной, «диаметр частицы» означает длину стороны квадрата. В том случае, где двухмерная форма частицы практически представляет собой прямоугольник, «диаметр частицы» означает длину короткой стороны прямоугольника.
Примеры способа подтверждения того, что значение среднего диаметра частицы находится в заданном диапазоне, включают способ наблюдения 100 частиц с применением просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) для измерения диаметра частицы в случае каждой частицы и нахождения среднего значения диаметра частицы для 100 частиц.
Частица оксида железа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предпочтительно имеет диаметр, составляющий 5 нм или менее, предпочтительнее имеет диаметр, составляющий 4 нм или менее, предпочтительнее имеет диаметр, составляющий 3 нм или менее, еще предпочтительнее имеет диаметр, составляющий 2 нм или менее, и наиболее предпочтительно имеет диаметр частицы, составляющий 1 нм или менее. Наличие диаметра частицы, составляющего 2 нм или менее, делает частицу оксида железа более пригодной для применения в качестве позитивного контрастного вещества для устройства МРТ с более высокой индукцией магнитного поля, составляющей 3 тесла (Тл) или более. Кроме того, частица оксида железа, имеющая диаметр частицы, составляющий 2 нм или менее, предпочтительно 1 нм или менее, обеспечивает достижение более высокого соотношения сигнала и шума в случае применения для устройства МРТ с высокой индукцией магнитного поля, составляющей 7 Тл или более. Это может допускать измерение с более высоким пространственным разрешением и в течение менее продолжительного периода времени.
Частица оксида железа в соответствии с настоящим изобретением имеет средний диаметр частицы, составляющий предпочтительно 5 нм или менее, предпочтительнее 4 нм или менее, предпочтительнее 3 нм или менее, еще предпочтительнее 2 нм или менее. В качестве примера, средний диаметр частицы составляет 1,8 нм. Оказывается предпочтительным, что средний диаметр частицы для частицы оксида железа является минимально возможным. В качестве примера, средний диаметр частицы составляет 0,5 нм или более, или 0,6 нм или более.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения оказывается предпочтительным, что свойства наночастицы, содержащейся в контрастном веществе для МРТ, являются максимально однородными, насколько это возможно, среди индивидуальных наночастиц. Соответственно, оказывается предпочтительным, что металлосодержащая частица, служащая в качестве сердцевины наночастицы, является однородной по размеру и форме. В качестве примера, однородность металлосодержащей частицы в отношении диаметра частицы находится в пределах диапазона ±1 нм от среднего диаметра частицы в случае металлосодержащей частицы. В качестве другого примера, однородность металлосодержащей частицы в отношении диаметра частицы находится в пределах диапазона ±0,5 нм от среднего диаметра частицы в случае металлосодержащей частицы. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения оказывается предпочтительным, что содержится максимально возможное число мелких частиц, каждая из которых представляет собой металлосодержащую частицу, которая служит в качестве сердцевины наночастицы, содержащейся в контрастном веществе для МРТ. В качестве примера, соотношение числа металлосодержащих частиц, имеющих размер частицы, составляющий 5 нм или более, и числа всех металлосодержащих частиц составляет 30% или менее, предпочтительно 10% или менее, предпочтительнее 5% или менее. В качестве другого примера, соотношение числа металлосодержащих частиц, имеющих размер частицы, составляющий 4 нм или более, и числа всех металлосодержащих частиц составляет 30% или менее, предпочтительно 10% или менее, предпочтительнее 5% или менее. В качестве следующего примера, соотношение числа металлосодержащих частиц, имеющих размер частицы, составляющий 3 нм или более, и числа всех металлосодержащих частиц составляет 30% или менее, предпочтительно 10% или менее, предпочтительнее 5% или менее.
(Диаметр частицы в случае наночастицы)
Диаметр частицы в случае наночастицы увеличивается при увеличении толщины слоя лиганда, которым покрыта металлосодержащая частица. Однако измерение диаметра частицы в случае наночастицы является затруднительным. Обычно гидродинамический диаметр (HD) наночастицы при измерении в растворе наночастиц рассматривают в качестве показателя размера наночастицы. В качестве примера, наночастица имеет средний HD, составляющий 30 нм или менее, предпочтительно 10 нм или менее. В качестве другого примера, наночастица имеет средний HD, составляющий 7 нм или менее, предпочтительно 6 нм или менее, предпочтительно 5 нм или менее, предпочтительно 4 нм или менее, предпочтительнее 3 нм или менее.
Следует отметить подтверждение того, что на контрастную способность контрастного вещества для МРТ влияет диаметр частицы в случае металлосодержащей частицы, служащей в качестве сердцевины.
(Лиганд)
Лигандное соединение в соответствии с настоящим изобретением является соединением, представленным следующей формулой (4):
где n представляет собой целое число от 1 до 4.
Согласно аспекту настоящего изобретения лигандное соединение в соответствии с настоящим изобретением представляет собой (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний (DDSA), выраженный формулой (2), приведенной ниже. В описанной далее реакции замещения лигандов, ионы водорода отщепляются от двух гидроксильных групп соединения, и каждый оставшийся атом кислорода образует координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы. Таким образом, получается наночастица в соответствии с настоящим изобретением. Лиганд, связанный координационной связью с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы, имеет структуру, представленную приведенной выше формулой (1).
Следует отметить, что атом металла, с которым образует координационную связь атом кислорода лиганда в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой атом, расположенный на поверхности металлосодержащей частицы, служащей в качестве сердцевины. Например, атом металла представляет собой атом железа.
Лиганд в соответствии с настоящим изобретением имеет структуру, в которой группа аммония непосредственно связана с бензольным кольцом. Это позволяет лиганду в соответствии с настоящим изобретением иметь молекулярную цепь меньшей длины, чем цепь традиционно известного лиганда, и, соответственно, позволяет слою лиганда иметь меньшую толщину. Кроме того, характеристическое свойство лиганда в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что лиганд имеет положительный заряд на стороне металлосодержащей частицы и отрицательный заряд на наружной поверхности сердцевинной частицы. Таким образом, можно предполагать, что наночастица в соответствии с настоящим изобретением с меньшей вероятностью претерпевает агломерацию сердцевинных частиц в текучей среде организма и, следовательно, обладает высокой устойчивостью. Кроме того, малая толщина слоя лиганда в соответствии с настоящим изобретением уменьшает расстояние от атома металла. Соответственно, можно предполагать, что наночастица в соответствии с настоящим изобретением проявляет превосходную контрастную способность, возникающую в результате увеличения числа молекул воды, на которые воздействует сердцевинная частица и т.д.
Число молекул лигандов (число лигандов), координированных на поверхности металлосодержащей частицы, изменяется в зависимости от размера, площади поверхности и других параметров металлосодержащей частицы. Например, в том случае, где металлосодержащая частица имеет диаметр частицы, составляющий 1,8 нм, число лигандов в расчете на металлосодержащую частицу составляет предпочтительно от 5 до 200, предпочтительнее от 10 до 50.
(Способ получения лиганда)
Способ получения лиганда не ограничен определенным образом. Лиганд может быть легко получен из хорошо известного исходного материала (соединения) посредством реакции, хорошо известной специалисту в данной области техники. Например, лиганд может быть получен с применением способа, описанного в статье Wei Н. et al., Nano Lett. 12, 22-25,2012.
В качестве примера, может быть соответствующим образом использован способ синтеза, описанный в примерах.
(Соединение, связанное с металлосодержащей частицей и не представляющее собой лиганд)
Наночастица в соответствии с настоящим изобретением может содержать компонент, не представляющий собой лиганд в соответствии с настоящим изобретением. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения наночастица может представлять собой (i) наночастицу, в которой сама сердцевинная частица имеет флуоресцентное свойство, или (ii) наночастица, которая дополнительно содержит молекулу, такую как флуоресцентная молекула, молекула красителя или другая молекула, связанную с поверхностью сердцевинной частицы. В том случае, где сама сердцевинная частица имеет флуоресцентное свойство, или в том случае, где флуоресцентная молекула или молекула красителя введена в наночастицу, наночастица может быть использована не только в качестве контрастного вещества для МРТ, но также в качестве контрастного вещества для оптической визуализации. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения наночастица в соответствии с настоящим изобретением может содержать флуоресцентную молекулу или молекулу красителя, которая связана ковалентной связью с лигандом в соответствии с настоящим изобретением и соединена с частицей оксида железа посредством лиганда. После введения наночастицы в организм флуоресцентная молекула присутствует на поверхности частицы оксида железа. Таким образом, флуоресцентная молекула может быть использована для микроскопической визуализации и исследования локализации наночастицы. Примеры флуоресцентной молекулы и молекулы красителя представляют собой родамин, флуоресцеин, нитробензоксадиазол (NBD), цианин, зеленый флуоресцентный белок (GFP), кумарин и соответствующие производные.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения наночастица в соответствии с настоящим изобретением может содержать по меньшей мере одно вещество, связанное с поверхностью металлосодержащей частицы. Примеры такого вещества представляют собой, без ограничения, пептид, нуклеиновая кислота, низкомолекулярное вещество и т.д.
Кроме того, с поверхностью наночастицы может быть связан другой лиганд, не представляющий собой лиганд в соответствии с настоящим изобретением. Например, в том случае, где лиганд имеющий свойство специфического накопления в опухоли, связан с наночастицей в соответствии с настоящим изобретением, наночастица может иметь свойство селективного связывания с опухолью.
Придание такой тканевой специфичности контрастному веществу является предпочтительным, чтобы (i) усиливать сигнал в части, которая является предметом измерения МРТ, и (ii) в результате этого получать информацию о конкретном патологическом состоянии и т.д. Распределение контрастного вещества в живом организме зависит от диаметра частицы, заряда, химического состава поверхности, пути введения и пути выведения.
Кроме того, наночастица в соответствии с настоящим изобретением имеет чрезвычайно низкую токсичность для живого организма. Соответственно, наночастица обеспечивает высокую степень безопасности, и на нее распространяются лишь немногочисленные ограничения в целях ее введения в разнообразные приложения.
[2. Способ получения наночастицы]
В следующем описании будет обсуждаться способ получения наночастицы. Способ получения наночастицы не ограничен определенным образом и может представлять собой хорошо известный способ.
Например, наночастица может быть получена с применением способа, раскрытого в статьях Kim et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12624-12631 и Kim et al., J. Am. Chem. Soc, 2013, 135, 2407-2410, а также способа, раскрытого в статье Hyeon et al., J. Am. Chem. Soc, 2011, 133, 12624.
Способ получения наночастицы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включает следующие стадии: (а) реакция соли металла с солью щелочного металла и карбоновой кислоты, имеющей 18 атомов углерода, с образованием комплекса металла и карбоновой кислоты, (b) нагревание комплекса металла и карбоновой кислоты для синтеза металлосодержащей частицы, которая служит в качестве сердцевины наночастицы, и поверхность которой покрыта гидрофобным лигандом, (с) превращение гидрофобного лиганда на поверхности металлосодержащей частицы, служащей в качестве сердцевины, в гидрофильный лиганд, имеющий карбоксильную группу, с образованием частицы, диспергируемой в высокополярном растворителе, и (d) реакция металлосодержащей частицы, покрытой гидрофильным лигандом, с лигандным соединением в соответствии с настоящим изобретением для замещения гидрофильного лиганда на поверхности металлосодержащей частицы лигандом в соответствии с настоящим изобретением. Далее каждая стадия будет описана подробно.
(Стадия (а))
Стадия (а) представляет собой стадию, на которой соль металла реагирует с солью щелочного металла и карбоновой кислоты, имеющей 18 атомов углерода, с образованием комплекса металла и карбоновой кислоты.
3
2
Сначала соль металла и соль щелочного металла и карбоновой кислоты, имеющей 18 атомов углерода, диспергируют в растворителе. Примеры соли металла, используемой для получения комплекса металла и карбоновой кислоты, включают гексагидрат хлорида железа(III) [FeCl⋅6HO]. Примеры соли щелочного металла и карбоновой кислоты, имеющей 18 атомов углерода, включают олеат натрия. Примеры растворителя включают этанол, воду, гексан и их смесь. В качестве примера, гексагидрат хлорида железа(III) и олеат натрия диспергируют в смеси этанола, воды и гексана. После этого получаемый в результате раствор перемешивают в процессе нагревания, предпочтительно при 70°С, в течение от 1 часа до 10 часов, предпочтительно в течение 4 часов, и собирают органический слой. Органический слой промывают водой один или несколько раз, предпочтительнее 3 раза или 4 раза. Получаемый органический слой необязательно высушивают.
(Стадия (b))
Стадия (b) представляет собой стадию, на которой комплекс, получаемый на стадии (а), реагирует с гидрофобным лигандом для синтеза наночастицы, в которой поверхность металлосодержащей частицы, служащей в качестве сердцевины, покрыта гидрофобным лигандом.
Например, в атмосфере газа, выбранного из аргона (Ar) и азот, следующие вещества (i) и (ii) добавляют в комплекс, получаемый на стадии (a): (i) по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, которую составляют жирная кислота, имеющая 18 атомов углерода, алифатический спирт, имеющий 18 атомов углерода, и алифатический амин, имеющий 18 атомов углерода, и (ii) растворитель, выбранный из дифенилового эфира и фенилоктилового эфира. В качестве примера, поверхностно-активное вещество может представлять собой олеиловый спирт, и растворитель может представлять собой дифениловый эфир. После этого смесь, получаемую таким способом, нагревают от комнатной температуры до температуры, составляющей от 180°С до 300°С, и затем необязательно перемешивают в этом состоянии в течение от 10 минут до нескольких часов. В качестве примера, смесь нагревают от 30°С до 250°С со скоростью 10°С/мин и перемешивают при 250°С в течение 30 минут. В качестве другого примера, смесь нагревают от 30°С до 200°С со скоростью 10°С/мин и перемешивают при 200°С в течение 30 минут.
Получаемый в результате реакционный раствор охлаждают до комнатной температуры. Затем добавляют ацетон, получаемую в результате смесь подвергают центрифугированию и удаляют надосадочный раствор. Эту операцию повторяют 2 раза или 3 раза, предпочтительно 4 раза или 5 раз. Раствор, получаемый таким способом, необязательно высушивают. В качестве примера, операцию добавления ацетона, осуществления центрифугирования и удаления надосадочного раствора повторяют 3 раза.
(Стадия (с))
Стадия (с) представляет собой стадию, на которой гидрофобный лиганд, которым покрыта поверхность наночастицы, получаемой на стадии (b), замещают гидрофильным лигандом, имеющим карбоксильную группу, с образованием частицы, диспергируемой в высокополярном растворителе.
Например, в атмосфере газа, выбранного из аргона и азота, наночастицу, покрытую гидрофобным лигандом диспергируют в растворителе, и затем добавляют гидрофильный лиганд, имеющий карбоксильную группу. Примеры гидрофильного лиганда, имеющего карбоксильную группу, включают 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусную кислоту (МЕЕА). Метанол является подходящим в качестве растворителя.
Реакционный раствор реагирует при комнатной температуре или в процессе нагревания, предпочтительно при температуре от 25°С до 80°С в течение приблизительно от 1 часа до 15 часов, предпочтительно от 5 часов до 10 часов. В качестве примера, реакцию осуществляют посредством перемешивания реакционного раствора при 50°С в течение 7 часов. В качестве примера, реакцию осуществляют посредством перемешивания реакционного раствора при 70°С в течение 10 часов. В качестве следующего примера, реакцию осуществляют посредством перемешивания реакционного раствора при 70°С в течение 5 часов.
Реакционный раствор охлаждают до комнатной температуры. Затем добавляют растворитель, выбранный из ацетона и гексана, получаемую в результате смесь подвергают центрифугированию и удаляют надосадочный раствор. Эту операцию можно повторять 2 раза или 3 раза, предпочтительно 4 раза или 5 раз. Раствор, получаемый таким способом, может быть необязательно высушен. В качестве примера, описанную выше операцию повторяют 3 раза.
(Стадия (d))
Стадия (d) представляет собой стадию, на которой металлосодержащая частица, получаемая на стадии (с) и покрытая гидрофильным лигандом, реагирует с лигандным соединением в соответствии с настоящим изобретением для получения наночастицы, в которой поверхность металлосодержащей частицы покрыта лигандным соединением в соответствии с настоящим изобретением.
Следует отметить, что металлосодержащая частица, покрытая гидрофильным лигандом, реагирует с лигандным соединением в соответствии с настоящим изобретением в процессе перемешивания в течение от одного часа до нескольких десятков часов в атмосфере газа, выбранного из аргона и азота, при комнатной температуре или в процессе нагревания. В качестве примера, описанную выше реакцию осуществляют в аргоновой атмосфере. Температура реакции составляет от 25°С до 80°С в качестве примера и от 50°С до 70°С в качестве другого примера. Продолжительность перемешивания составляет от 5 часов до 7 часов в качестве примера и 24 часа в качестве другого примера. В качестве примера, перемешивание осуществляют при 70°С в течение 12 часов. После этого получаемый в результате реакционный раствор охлаждают до комнатной температуры и добавляют растворитель. Получаемую в результате смесь подвергают центрифугированию и удаляют надосадочный раствор. Растворитель не ограничен определенным образом и может быть выбран из ацетона, гексана и т.д. В качестве примера, растворитель представляет собой ацетон. Операцию добавления растворителя, осуществления центрифугирования и удаления надосадочного раствора можно повторять множество раз. Например, операцию можно повторять 4 раза или 5 раз. В качестве примера, эту операцию повторяют 3 раза. После этого получаемый в результате раствор, содержащий наночастицу, покрытую лигандным соединением в соответствии с настоящим изобретением, можно концентрировать с применением концентрирующей колонки или аналогичного устройства, центрифужного ультрафильтра и т.д. Эту операцию концентрирования можно повторять множество раз, и при этом в некоторый момент времени может быть добавлен раствор, такой как PBS, а затем можно повторять операцию концентрирования.
В качестве аспекта настоящего изобретения, в следующем описании будет обсуждаться другой способ получения наночастицы, содержащей частицу оксида железа в качестве сердцевины.
Покрытую олеиновой кислотой частицу оксида железа (SNP-OA) суспендируют в гексановом растворе. Получаемую в результате суспензию смешивают с водным раствором 1,7% гидроксида тетраметиламмония (ТМА(ОН)) и интенсивно встряхивают. Получаемый в результате раствор подвергают центрифугированию для отделения водного слоя и добавляют ацетон. Получаемую в результате смесь подвергают центрифугированию при скорости от 8000 об/мин до 12000 об/мин в течение от 5 минут до 10 минут, надосадочный раствор удаляют и получают осадок. Добавляют 2 мл раствора 0,1% ТМА(ОН), осадок диспергируют, снова добавляют ацетон в количестве 10 мл, и получаемую в результате смесь оставляют для осаждения. Эту операцию можно повторять множество раз, и ее повторяют предпочтительно 3 раза или 4 раза. Раствор, получаемый таким способом, диспергируют в растворе 0,1% ТМА(ОН) и хранят.
В раствор 0,1% ТМА(ОН), полученный в соответствии с описанной выше процедурой, добавляют раствор лигандного соединения, причем этот раствор получают с применением раствора, содержащего от 0,1% до 2% ТМА(ОН), таким образом, чтобы обеспечить значение рН, составляющее приблизительно 8 до 12. Получаемый в результате раствор перемешивают комнатной температуре в течение от 6 часов до 24 часов и добавляют ацетон. Получаемую в результате смесь оставляют для осаждения и подвергают центрифугированию при скорости от 8000 об/мин до 12000 об/мин в течение от 3 минут до 10 минут и удаляют надосадочный раствор. Осадок, получаемый таким способом, диспергируют в фосфатном буферном растворе, и получаемый в результате раствор подвергают центрифугированию при скорости от 7000 об/мин до 12000 об/мин с применением концентрирующей колонки для уменьшения количества раствора. Снова добавляют фосфатный буферный раствор, и получаемую в результате смесь подвергают центрифугированию при скорости от 7000 об/мин до 12000 об/мин в течение от 10 минут до 20 минут для концентрирования. Эту операцию можно повторять множество раз, и ее повторяют предпочтительно 3 раза или 4 раза, предпочтительнее от 5 раз до 10 раз. Таким способом получают раствор частицы оксида железа, покрытой лигандом. Этот раствор можно разбавлять раствором PBS и хранить.
[3. Контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии (контрастное вещество для МРТ)]
Настоящее изобретение также предлагает контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии, причем это контрастное вещество содержит описанную выше наночастицу.
В следующем описании будет подробно обсуждаться контрастное вещество дляМРТ.
(Разнообразные компоненты, содержащиеся в контрастном веществе для МРТ)
=Наночастица=
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением характеризуется содержанием описанной выше наночастицы по меньшей мере одного типа. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением может содержать комбинацию описанных выше наночастиц двух или более типов.
Кроме того, контрастное вещество для МРТ может содержать, если это необходимо, растворитель и фармакологически приемлемую добавку помимо наночастицы. Согласно варианту осуществления контрастного вещества для МРТ в соответствии с настоящим изобретением контрастное вещество может дополнительно содержать подходящий растворитель и/или по меньшей мере одно вещество, выбранное из добавок, таких как носитель, наполнитель, комплексообразователь и т.д.
=Растворитель=
Примеры растворителя, содержащегося в контрастном веществе для МРТ, включают воду, буферный раствор и т.д. Кроме того, примеры буферного раствора включают физиологический раствор, фосфатный буферный раствор, трис-буфер, буферный раствор на основе борной кислоты, раствор Рингера и т.д. В том случае, где лекарственная форма предназначена для инъекции, примеры предпочтительного растворителя включают воду, раствор Рингера, физиологический раствор и т.д.
Таким образом, контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением может представлять собой раствор, получаемый посредством суспендирования наночастицы в соответствии с настоящим изобретением в растворе, имеющем желательный состав. В частности, контрастное вещество может присутствовать в форме буферного раствора, такого как фосфатный буферный раствор, трис-буфер или буферный раствор на основе борной кислоты, в котором суспендирована наночастица.
=Добавка=
Примеры добавки, такой как носитель, комплексообразователь и наполнитель, содержащейся в контрастном веществе для МРТ, представляют собой носитель, наполнитель, и другие вещества, которые обычно используют в областях фармацевтики и биотехнологии. Примеры носителя включают полимер, такой как полиэтиленгликоль, мелкие частицы металла и т.д. Примеры комплекса представляют собой диэтилентриаминпентауксусная кислота (DTPA), 1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетрауксусная кислота (DOTA) и т.д. Примеры наполнителя представляют собой известь, карбонат натрия, силикат натрия, крахмал, клей, желатин, таннин, экстракт из коры дерева квебрахо и т.д.
Кроме того, контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно содержать вспомогательное вещество, смазочный материал, смачивающее вещество, эмульгатор, суспензию, консервант, регулирующее рН вещество, регулирующее осмотическое давление вещество и т.д.
(Лекарственная форма)
Лекарственная форма контрастного вещества для МРТ в соответствии с настоящим изобретением не ограничена определенным образом и может быть жидкой, твердой, полутвердой или полужидкой. Указанные лекарственные формы могут быть легко получены в соответствии со способом, хорошо известным специалисту в данной области техники. В том случае, где лекарственная форма быть жидкой, эта жидкость может представлять собой жидкость, которую получают посредством диспергирования, суспендирования или растворения наночастицы в соответствии с настоящим изобретением, например, в водном растворителе, таким образом, что жидкость содержит наночастицу. Кроме того, контрастное вещество может присутствовать в форме лиофилизированного вещества, которое диспергируют, суспендируют или растворяют перед применением.
(Концентрация наночастицы)
Концентрацию наночастицы в контрастном веществе для МРТ определяют надлежащим образом в соответствии с целью, визуализируемой тканью и т.д. Например, концентрацию выбирают таким образом, чтобы выбранная концентрация находилась в диапазоне, в пределах которого (i) проявляется достаточная контрастная способность, и (ii) оказывается допустимой степень воздействия на живой организм.
Даже когда наночастица в соответствии с настоящим изобретением содержится в высокой концентрации, она является менее склонной к агломерации и, таким образом, способна сохранять устойчивость. Соответственно, наночастица в соответствии с настоящим изобретением может устойчиво сохранять в течение продолжительного период времени более высокую контрастную способность, чем хорошо известная наночастица для МРТ.
Например, в том случае, где контрастное вещество для МРТ является жидким и представляет собой водный раствор, примерная концентрация наночастицы в жидкости, когда, например, жидкость используют для обычной инъекции, составляет от 0,1 мМ Fe/мл до 1000 мМ Fe/мл, предпочтительно от 1,0 мМ Fe/мл до 500 мМ Fe/мл, предпочтительнее от 5,0 мМ Fe/мл до 100 мМ Fe/мл, согласно аспекту от 10 мМ Fe/мл до 500 мМ Fe/мл и согласно другому аспекту от 5,0 мМ Fe/мл до 50 мМ Fe/мл.
(Цель введения)
Цель введения, для которой предназначено контрастное вещество в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой, например, данный организм, который не является человеком или является человеком. Примерные организмы, которые не являются человеком, представляют собой, без ограничения, млекопитающие (например, грызуны, мыши, крысы, кролики, обезьяны, собаки, кошки, овцы, коровы, приматы, свиньи и т.д.), птицы, пресмыкающиеся, земноводные, рыбы, насекомые и растения. Согласно аспекту животное может представлять собой трансгенное животное, генетически модифицированное животное или клонированное животное. Кроме того, цель введения может представлять собой не живой организм, а, например, образец ткани или биологический материал, который содержит клетку.
(Применения, в которых используют контрастное вещество для МРТ)
Как описано выше, существуют два типа контрастных веществ для МРТ, а именно, позитивное контрастное вещество и негативное контрастное вещество.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением представляет собой позитивное контрастное вещество. Согласно другому варианту осуществления контрастное вещество представляет собой негативное контрастное вещество.
Контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением используют, например, для диагностики поражения, опухоли и т.д. с применением устройства МРТ. Например, контрастное вещество может быть соответствующим образом использовано для исследования функции почек, обнаружения опухолей печени, ангиографии печени и т.д. Следует отметить, что устройство МРТ может представлять собой данное устройство, и может быть использовано хорошо известное устройство МРТ. Индукция применяемого магнитного поля может составлять, например, 1 Тл, 1,5 Тл, 3 Тл и 7 Тл. Примерный способ диагностики с применением контрастного вещества в соответствии с настоящим изобретением включает следующие стадии: введение позитивного контрастного вещества живому субъекту, такому как человек, в условиях in vivo или in vitro; и последующее формирование изображения субъекта с применением устройства МРТ.
1
2
2
2
1
2
1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Среди традиционно известных контрастных веществ для МРТ парамагнитное соединение используют в качестве позитивного контрастного вещества, и суперпарамагнитную наночастицу используют в качестве негативного контрастного вещества. Наночастица в соответствии с настоящим изобретением является суперпарамагнитной, но она также может быть использована в качестве позитивного контрастного вещества. Суперпарамагнетизм возникает, когда область, содержащая кристалл, имеющий неспаренные спины, является достаточно большой, чтобы ее можно было рассматривать в качестве единой термодинамически независимой доменной частицы, называемой термином «магнитный домен». Магнитный домен представляет собой результирующий магнитный диполь, который составляет более чем сумма индивидуальных неспаренных электронов в магнитном домене. Пока не приложено магнитное поле, все магнитные домены имеют случайную ориентацию, и, соответственно, отсутствует результирующая намагниченность. Когда приложено внешнее магнитное поле, дипольные моменты во всех магнитных доменах перестраиваются. Это приводит к созданию результирующего магнитного момента. Времена T, Т и Т* процессов релаксации сокращаются под действием магнитных частиц. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения контрастное вещество в соответствии с настоящим изобретением имеет контрастную способность, которую представляют собой релаксивность r от 15 мМ⋅с до 19 мМ⋅с и релаксивность r от 9 мМ⋅с до 12 мМ⋅с при комнатной температуре и индукции магнитного поля, составляющей 1 Тл. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения контрастное вещество в соответствии с настоящим изобретением имеет контрастную способность, которую представляют собой релаксивность r от 5 мМ⋅с до 7 мМ⋅с и релаксивность r от 3 мМ⋅с до 5 мМ⋅с при комнатной температуре и индукции магнитного поля, составляющей 1 Тл.
1
2
Релаксивность зависит от разнообразных факторов, таких как (i) диаметр частицы в случае металлосодержащей частицы в наночастице контрастного вещества для МРТ, (ii) состав металлосодержащей частицы, (iii) заряд и свойства поверхности частицы, (iv) устойчивость частицы и (v) агломерация и способность соединяться с тканями в живом организме. Соотношение релаксивностей r/r обычно используют для количественного определения типа контраста, создаваемого в МРТ, и оно может служить в качестве показателя эффективности контрастного вещества.
1
2
1
2
1
2
1
1
2
Оказывается предпочтительным, что значение r/r позитивного контрастного вещества для МРТ в соответствии с настоящим изобретением в том случае, где приложено внешнее магнитное поле с индукцией 1 Тл, является максимальным, насколько это возможным. Например, в том случае, где индукция магнитного поля составляет 1 Тл, значение r/r составляет предпочтительно 0,5 или более, предпочтительнее 0,6 или более и еще предпочтительнее 0,7 или более. В том случае, где значение r/r составляет 0,5 или более, позитивное контрастное вещество производит превосходное (положительное) воздействие на T, и даже при измерении МРТ в условиях более сильного магнитного поля проявляется высокий контрастный эффект с высоким разрешением. С точки зрения значительного увеличения контрастного эффекта и уменьшения вводимого количества позитивного контрастного вещества для МРТ, значение r/r предпочтительно составляет 0,7 или более.
В наночастице в соответствии с настоящим изобретением, длина молекулярной цепи лиганда является короче, чем в случае традиционного лиганда, и лигандная оболочка, которой покрыта сердцевина, имеет меньшую толщину. Уменьшение толщины лигандной оболочки уменьшает расстояние между металлосодержащей частицей, служащей в качестве сердцевины, и внешней молекулой воды и обеспечивает эффективное проявление релаксивности.
В контрастном веществе для МРТ в соответствии с настоящим изобретением металлосодержащая частица может иметь диаметр частицы, составляющий 2 нм или менее, или в примере 1 нм или менее. Таким образом, контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано в качестве позитивного контрастного вещества с устройством МРТ, где индукция магнитного поля составляет 7 Тл или более. В качестве примера, контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением может также представлять собой позитивное контрастное вещество для МРТ, используемое с устройством МРТ, где индукция магнитного поля составляет 7 Тл или менее. В качестве примера, контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением может также представлять собой позитивное контрастное вещество для МРТ, используемое с устройством МРТ, где индукция магнитного поля составляет 3 Тл или менее.
(Токсичность и устойчивость)
Контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением проявляет высокую устойчивость наночастицы. Как представлено в примере 4, описанном далее, было подтверждено, что контрастное вещество можно хранить в растворе в течение продолжительного периода времени при комнатной температуре или при 4°С, и оно не претерпевает агломерацию. Кроме того, контрастное вещество проявляет низкую токсичность для организмов. Это допускает долгосрочное и непрерывное воздействие контрастного вещества на живой организм.
[4. Лигандное соединение]
Настоящее изобретение также предлагает (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний, представленный приведенной выше формулой (2), и применение (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммония для получения наночастицы.
Вышеупомянутое соединение может быть использовано в качестве лиганда для получения наночастицы в соответствии с настоящим изобретением. В частности, соединение реагирует с металлосодержащей частицей, покрытой гидрофильным лигандом или аналогичным веществом, вызывая реакцию замещения лиганда. Так получают наночастицу, в которой металлосодержащая частица покрыта лигандом в соответствии с настоящим изобретением, причем этот лиганд имеет структуру, представленную следующей формулой (1):
где штриховая линия представляет собой координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения соединение в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано в качестве лиганда, который связан с металлосодержащей частицей, служащей в качестве сердцевины в наночастице, которую составляют (i) металл, выбранный из Fe, Gd и Mn, (ii) производное указанного металла и (iii) комбинация (i) и (ii). Примеры производного металла включают оксид, нитрид, карбид и сульфид. Например, металлосодержащая частица и соединение связаны друг с другом координационной связью между атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и атомом кислорода.
Согласно другому аспекту лигандного соединения в соответствии с настоящим изобретением лигандное соединение является соединением, представленным следующей формулой (4). В вышеупомянутой реакции замещения лиганда ионы водорода отщепляются от двух гидроксильных групп соединения, и каждый оставшийся атом кислорода образует координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы. Таким образом, получают наночастицу согласно другому аспекту настоящего изобретения.
где n представляет собой целое число от 1 до 4.
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения соединение в соответствии с настоящим изобретением является соединением, которое представлено приведенной выше формулой (4), где n составляет 1, 2 или 4, предпочтительно 2 или 4, и предпочтительнее 4.
Соединение, представленное приведенной выше формулой (4), соответствующим образом используют в качестве материала для получения наночастицы согласно другому аспекту настоящего изобретения, причем эта наночастица содержит (i) металлосодержащую частицу, содержащую оксид железа, и (ii) лиганд, который связан с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и представлен приведенной выше формулой (3).
[5. Примеры конкретных аспектов в соответствии с настоящим изобретением]
Для решения вышеупомянутой проблемы настоящее изобретение содержит в своем объеме каждый из перечисленных ниже аспектов.
<1> Наночастица, содержащая: металлосодержащую частицу, содержащую оксид железа; и лиганд, который связан с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и представлен формулой (3):
где m представляет собой целое число от 1 до 4, и штриховая линия представляет собой координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы.
<2> Наночастица по предшествующему пункту <1>, в которой лиганд, связанный с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы, является лигандом, представленным следующей формулой (1):
где штриховая линия представляет собой координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы.
<3> Наночастица по предшествующему пункту <1>, в которой m составляет 1, 2 или 4 в приведенной выше формуле (3).
<4> Наночастица по любому из предшествующих пунктов <1>-<3>, в которой металлосодержащая частица, содержащая оксид железа, представляет собой частицу оксида железа.
<5> Наночастица по любому из предшествующих пунктов <1>-<4>, в которой металлосодержащая частица имеет средний диаметр частицы, составляющий 5 нм или менее.
<6> Наночастица по предшествующему пункту <5>, в которой металлосодержащая частица имеет средний диаметр частицы, составляющий 4 нм или менее.
<7> Наночастица по предшествующему пункту <5>, в которой металлосодержащая частица имеет средний диаметр частицы, составляющий 3 нм или менее.
<8> Контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии, содержащее наночастицу по любому из предшествующих пунктов <1>-<7>.
<9> Контрастное вещество по предшествующему пункту <8>, причем контрастное вещество представляет собой позитивное контрастное вещество.
<10> Применение (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммония для получения наночастицы по предшествующему пункту <2>.
<11> (3,4-Дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний.
Кроме того, настоящее изобретение содержит в своем объеме следующие аспекты в качестве дополнительных аспектов настоящего изобретения.
<12> Наночастица, содержащая: металлосодержащую частицу, содержащую оксид железа; и лиганд, который связан с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы и представлен формулой (1):
где штриховая линия представляет собой координационную связь с атомом металла на поверхности металлосодержащей частицы.
<13> Наночастица по предшествующему пункту <12>, в которой металлосодержащая частица, содержащая оксид железа, представляет собой частицу оксида железа.
<14> Наночастица по предшествующему пункту <12> или <13>, в которой металлосодержащая частица имеет средний диаметр частицы, составляющий 5 нм или менее.
<15> Контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии, содержащее наночастицу по любому из предшествующих пунктов <12>-<14> выше.
<16> Контрастное вещество по предшествующему пункту <15>, причем контрастное вещество представляет собой позитивное контрастное вещество.
<17> Применение (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммония для получения наночастицы по любому из предшествующих пунктов <12>-<14>.
<18> (3,4-Дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний.
Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, но может быть изменено специалистом в данной области техники в технике в пределах объема формулы изобретения. Настоящее изобретение также охватывает в своем техническом объеме любой вариант осуществления, произведенный посредством комбинации технических средств, раскрытых в различных вариантах осуществления. Кроме того, оказывается возможным образование нового технического признака посредством комбинации технических средств, раскрытых в соответствующих вариантах осуществления.
Примеры
Далее представлены примеры, которые более подробно описывают настоящее изобретение.
[Пример 1. Синтез 1 лигандного соединения]
Приведенную ниже схему 1 осуществляли, чтобы синтезировать (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний (DDSA; соединение 3 на схеме 1), который представляет собой лигандное соединение в соответствии с настоящим изобретением.
Схема 1
Далее каждая стадия будет подробно описана.
Добавляли 1,3-пропансультон (5,98 г, 49,0 ммоль) в раствор 3,4-диметоксианилина (5,00 г, 32,6 ммоль) в ацетонитриле (100 мл) и полученную в результате смесь перемешивали при комнатной температуре в аргоновой атмосфере в течение 48 часов. Реакционную смесь фильтровали, осадок промывали ацетонитрилом и затем высушивали. Таким способом был получен 3-(3,4-диметоксианилино)пропан-1-сульфонат (соединение 1) в форме серого порошка (4,97 г, выход: 55%).
Полученное таким способом соединение 1 (2,00 г, 7,26 ммоль), карбонат калия (2,01 г, 14,5 ммоль) и йодметан (8,25 г, 58,1 ммоль) растворяли в метаноле (50 мл) и полученную в результате смесь нагревали с обратным холодильником в аргоновой атмосфере в течение 12 часов. Реакционную смесь концентрировали и очищали посредством колоночной хроматографии с обращенными фазами (вода/ацетонитрил). Таким способом был получен (3,4-диметокси фенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний (соединение 2) (2,16 г, выход: 98%).
Полученное таким способом соединение 2 (1,34 г, 4,42 ммоль) растворяли в йодистоводородной кислоте (10 мл) и полученную в результате смесь нагревали с обратным холодильником в аргоновой атмосфере в течение 12 часов. Реакционную смесь высушивали посредством нагревания в вакууме и затем добавляли воду (10 мл). Полученный таким способом раствор снова высушивали посредством нагревания в вакууме. После этого получаемый в результате остаток снова растворяли в воде (5 мл) и добавляли ацетон (300 мл). Полученную в результате смесь оставляли для осаждения и затем отфильтровывали осадок. Таким способом был получен (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний (DDSA, соединение 3) в форме белого порошка (420 мг, выход: 35%).
[Пример 2. Получение 1 наночастицы]
Процедуру, представленную на схеме 2, осуществляли для получения наночастицы (SNP-DDSA), которая (i) содержала наночастицу оксида железа (SNP), имеющую средний диаметр частицы 1,8 нм и служащую в качестве сердцевинной частицы, и (ii) была покрыта лигандом DDSA.
Схема 2
Далее подробно описаны стадии (a)-(d) на схеме
2. Стадия (а)
2
3
Стадия (а) представляет собой стадию, на которой олеиновую кислоту (OA) добавляют к хлориду железа(III), чтобы получить комплекс (FeOA), состоящий из олеиновой кислоты и иона железа
3
Гексагидрат хлорида железа(III) (2,16 г, 8 ммоль), олеат натрия (7,3 г, 24 ммоль), 16 мл этанола, 12 мл воды и 28 мл гексана смешивали в колбе объемом 100 мл и полученную в результате смесь перемешивали при 70°С в течение 4 часов. Органический слой собирали и переносили в делительную воронку, добавляли 30 мл воды, делительную воронку интенсивно встряхивали и собирали органический слой. Эту операцию повторяли 3 раза и полученный органический слой высушивали. Таким способом был получен комплекс (FeOA), состоящий из олеиновой кислоты и иона железа
Стадия (b)
3
Стадия (b) представляет собой стадию, на которой FeOA реагирует с олеиловым спиртом для получения частицы оксида железа (SNP-OA), поверхность которой покрыта олеиновой кислотой.
3
В аргоновой атмосфере в FeOA (1,8 г, 2 ммоль), полученный на стадии (а), добавляли олеиловый спирт (3,22 г, 12 ммоль) и 10 г дифенилового эфира. Полученную в результате смесь дегазировали при 90°С в процессе перемешивания и затем нагревали до 200°С со скоростью 10°С/мин. Перемешивание продолжали при 200°С в течение 30 минут. Затем смесь охлаждали до комнатной температуры и добавляли 50 мл ацетона. Полученную в результате смесь подвергали центрифугированию при 8000 об/мин в течение 20 минут и надосадочный раствор удаляли. До тех пор, пока полученный осадок не диспергировался полностью, добавляли хлороформ (приблизительно 0,5 мл). Кроме того, добавляли 10 мл ацетона, затем полученную в результате смесь подвергали центрифугированию при 8000 об/мин в течение 20 минут и удаляли надосадочный раствор. Эту операцию повторяли 3 раза и высушивали полученный надосадочный раствор.
<Стадия (с)>
Стадия (с) представляет собой стадию, на которой олеиновую кислоту, которой покрыта поверхность частицы SNP-OA, полученной на стадии (b), замещают 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусной кислотой (МЕЕА), чтобы получить наночастицу (SNP-МЕЕА), покрытую гидрофильным лигандом.
В аргоновой атмосфере 10 мг SNP-OA диспергировали в 0,9 мл метанола и добавляли 0,1 мл МЕЕА. Полученную в результате смесь перемешивали при 70°С в течение 4 часов. Полученный в результате раствор охлаждали до комнатной температуры и затем добавляли 8 мл ацетона и 2 мл гексана. Полученную в результате смесь подвергали центрифугированию при 5800 об/мин в течение 3 минут и удаляли надосадочный раствор. Эту операцию повторяли 3 раза и высушивали полученный надосадочный раствор. Таким способом был получен SNP-MEEA. Кроме того, 300 мкл воды и 600 мкл диметилформамида (DMF) добавляли в SNP-MEEA. Далее в настоящем документе полученный в результате раствор называется термином «раствор SNP-МЕЕА».
<Стадия (d)>
Стадия (d) представляет собой стадию, на которой с частицей SNP-MEEA, полученной на стадии (с), реагирует (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(3-сульфонатпропил)аммоний (DDSA) для получения наночастицы (SNP-DDSA), в которой частица оксида железа покрыта лигандом DDSA. Следует отметить, что лиганд DDSA, которым покрыта поверхность частицы оксида железа в наночастице (SNP-DDSA), имеет структуру, представленную следующей формулой (1).
где штриховая линия представляет собой координационную связь между атомом железа на поверхности частицы оксида железа и атомом кислорода.
В аргоновой атмосфере 85 мг DDSA добавляли в качестве лигандного соединения в 1 мл раствора SNP-MEEA и получаемый в результате смесь перемешивали при 50°С в течение 12 часов. Затем смесь охлаждали до комнатной температуры и добавляли 20 мл ацетона. Полученную в результате смесь подвергали центрифугированию при 5800 об/мин в течение 3 минут и удаляли надосадочный раствор. Полученный осадок диспергировали в 2 мл фосфатно-солевого буферного раствора (PBS). Полученный раствор подвергали центрифугированию при 8000 об/мин в течение приблизительно 30 минут с применением центрифужного фильтра 3K Amicon Ultra от компании Merck Millipore (далее в настоящем документе сокращенно называется «фильтр 3K») для уменьшения объема раствора приблизительно до 1/5. PBS добавляли в таком количестве, что полный объем получаемого в результате раствора составлял приблизительно 2 мл, и раствор подвергали центрифугированию. Эту операцию повторяли приблизительно от 5 раз до 8 раз до тех пор, пока капающий из фильтра раствор не становился полностью бесцветным. Полученный раствор разбавляли раствором PBS в такой степени, что получаемый в результате раствор имел объем от 1 мл до 1,5 мл. Таким способом был получен раствор SNP-DDSA.
Раствор SNP-DDSA, полученный на стадии (d), хранили при 4°С. Кроме того, концентрация железа в растворе SNP-DDSA определяли посредством атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП). На фиг. 1 представлено изображение частицы SNP-DDSA, наблюдаемой с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). По результатам наблюдений с помощью ПЭМ было оценено, что, на основании среднего значения диаметров сердцевины 100 частиц полученная наночастица SNP-DDSA имела средний диаметр частицы оксида железа, которая служит в качестве сердцевины, составляющий 1,8 нм.
[Пример 3. Оценочное измерение магнитно-резонансной релаксивности наночастицы]
В описанном ниже эксперимента была использована наночастица SNP-DDSA, полученная в примере 2, которая содержала в качестве сердцевины частицу оксида железа, имеющую 1,8 нм в диаметре.
Сначала SNP-DDSA разбавляли раствором PBS таким образом, чтобы последовательно изменять концентрацию SNP-DDSA. Растворы, получаемые таким способом, использовали в качестве исследуемых образцов. Для каждого образца релаксивность оценивали с помощью МРТ при индукции магнитного поля, составляющей 1 Тл.
1
2
Сначала Ti-взвешенное изображение получали с помощью МРТ при 1 Тл. Измерения T и Т осуществляли в следующих условиях.
<МРТ при 1 Тл>
1
T-взвешенное изображение
2
Последовательность импульсов: мульти-спин-мульти-эхо (MSME), время повторения импульса (TR) = 400 мс, время эхо (ТЕ) = 10 мс, толщина среза=2 мм, число срезов=1, размер матрицы = 256 × 256, поле зрения (FOV)=38,4 × 38,4 мм, время сканирования = 1 мин 42 с.
2
Измерение Т (технология мульти-эхо-спин-эхо)
2
Последовательность импульсов: MSME, TR=15000 мс, ТЕ=20 мс (цикл TR и ТЕ повторяли 256 раз (с применением импульсов Мао)), толщина среза = 2 мм, число срезов = 1, FOV = 38,4 × 38,4 мм, размер матрицы = 64 × 64, время сканирования = 16 мин 00 с.
1
Измерение T (восстановление инверсии)
2
Импульс: спин-эхо с быстрой регистрацией и усилением релаксации (SE-RARE), TR=20000 с, ТЕ=17 мс, число возбуждений (NEX) = 1, фактор RARE = 4, число срезов = 1, толщина среза = 2 мм, FOV = 38,4 × 38,4 мм, размер матрицы = 64 × 64. Время сканирования в расчете на 1 скан = 21 мин 20 с, время инверсии = 45, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 8000, 10000, 12000 (11 измерений)
1
2
1
2
1
2
Результаты представлены на фиг. 2. На фиг. 2(a) проиллюстрирован результат измерения времен релаксации в растворах PBS, содержащих SNP-DDSA и полученных посредством последовательного разбавления SNP-DDSA. На фиг. 2(b) представлены изображения, каждое из которых получено посредством построения графика зависимости времени релаксации от концентрации атомов железа в SNP-DDSA. На основании фиг. 2(b) было подтверждено, что каждое из значений T и Т находится в линейной корреляции с концентрацией SNP. На фиг. 2(c) представлены значения релаксивностей r и r, определенные по наклону линии на графике фиг. 2(b) и значение r/r.
1
2
1
2
Согласно вышеупомянутым результатам значение r/r при 1 Тл составляло 0,71. Это значение является наиболее высоким среди значений r/r, полученных с традиционными описанными частицами SNP, содержащими частицу оксида железа в качестве сердцевины, после внесения поправки на воздействие напряженности магнитного поля. Это показывает, что частица SNP-DDSA является перспективной для применения в качестве позитивного контрастного вещества.
[Пример 4. Оценочное исследование устойчивости]
Чтобы контрастное вещество, содержащее наночастицу, могло проявлять ожидаемые эксплуатационные характеристики, необходимо, чтобы наночастица была устойчиво диспергирована в растворе. Кроме того, желательно, чтобы дисперсия наночастицы сохранялась в течение продолжительного период времени даже в состоянии, в котором наночастица содержится в высокой концентрации.
Как правило, устойчивость дисперсии наночастицы оценивают посредством эксклюзионной хроматографии (ЭХ) или динамического рассеяния света (ДРС).
Эксклюзионная хроматография представляет собой аналитическую технологию, в которой (i) образец заставляют проходить через колонку, наполненную имеющим поры носителем, и (ii) размер частиц образца оценивают на основе времени, которое занимает выведение образца из колонки. Крупные агрегаты не могут входить в поры носителя и, таким образом, быстро выводятся из колонки. Мелкие наночастицы проходят через поры носителя и, таким образом, медленно выводятся из колонки, поскольку они проходят по более длинному пути, прежде чем они выводятся из колонки. Таким образом, оказывается возможным исследование агломерационного поведения на основе изменения времени, которое занимает выведение образца.
Динамическое рассеяние света представляет собой способ оценки гидродинамического радиуса объекта в растворе на основе скоростей изменения во времени интенсивности и направления света, рассеиваемого объектом в растворе. Оказывается возможным исследование агломерационного поведения на основе распределения и среднего значения гидродинамического радиуса, получаемого в результате этого измерения.
Чтобы исследовать устойчивость наночастицы SNP-DDSA, полученной в представленном выше примере 2, подвергали лиофилизации и затем диспергировали в PBS таким образом, чтобы получить концентрацию ионов Fe, составляющую 100 мМ. Таким способом был получен раствор, используемый в качестве исследуемого образца.
Исследуемый образец выдерживали в состоянии покоя при 4°С и при комнатной температуре (20°С), соответственно. Через 1 сутки, 7 суток и 28 суток каждый исследуемый образец исследовали методами ЭХ и ДРС для определения степени агломерации. Далее представлены условия измерения ЭХ и условия измерения ДРС.
<Условия ЭХ>
Скорость потока: 0,3 мл/мин
Элюент: PBS
Колонка: Shodex KW403-4F
Детектор: УФ 280 нм, фотодиодная матрица (PDA) от 200 нм до 650 нм
<Условия ДРС>
Устройство: Malvern Zetasizer Nano
Раствор разбавляли таким образом, чтобы получить концентрацию ионов Fe, составляющую приблизительно 1 мМ, и подвергали измерению.
Наблюдение субъекта методами ЭХ и ДРС в течение 28 суток показало, что как при 4°С, так и при комнатной температуре (i) никакое появление нового пика или смещение пика не происходило при измерении методом ЭХ, и (ii) распределение и среднее значение гидродинамического радиуса практически не изменялось при измерении методом ДРС. Таким образом, не наблюдали никакой агломерации SNP-DDSA, и было подтверждено, что наночастица обладает превосходной устойчивостью.
[Пример 5. Измерение мышей с применением МРТ]
1
Полученное в примере 2 контрастное вещество, в котором присутствовала наночастица SNP-DDSA (содержащая в качестве сердцевины частицу оксида железа диаметром 1,8 нм), вводили в организм мыши и получали T-взвешенные изображения с применением устройства МРТ с индукцией магнитного поля 1 Тл. Измерения осуществляли в следующих условиях.
Животное: самец мыши C57BL/6j jms, имеющий массу тела 27,8 г
Концентрация вводимой наночастицы: 40 мМ
Дозировка: 200 мкл
Индукция магнитного поля: 1 Тл
1
Режим визуализации: T-взвешенный (фиг. 3-5), магнитно-резонансная ангиография (фиг. 6)
1
Используемое устройство: система МРТ с полем 1 Тл (производитель Bruker Biospin, ICON, соленоидная катушка)<МРТ при 1 Тл>T-взвешенные изображения
2
Последовательность импульсов: MSME, ориентация среза = аксиальная, TE/TR=10,464/400 мс, поле зрения = 40 × 40 мм, размер матрицы = 256 × 256, число срезов = 15, толщина среза = 1 мм, зазор между срезами = 2 мм, число средних значений=8, время сканирования = 13 мин 39 с
<Магнитно-резонансная ангиография>
2
Последовательность импульсов: быстрая экспозиция с малым углом отклонения (FLASH), ориентация среза = аксиальная, TE/TR=5,954/15 мс, поле зрения = 28,8 × 28,8 мм, размер матрицы = 192 × 192, число срезов = 1, толщина среза = 1 мм, число средних значений = 32, время сканирования = 1 мин 32 с
Следует отметить, что один срез изображения получали в трех частях раздельно, поскольку единовременное осуществление визуализации ослабило бы сигналы от крови.
Визуализацию осуществляли до введения контрастного вещества, а затем внутривенно вводили 200 мкл раствора 40 мМ SNP-DDSA. После этого визуализацию осуществляли в различные моменты времени для проведения последующего наблюдения в течение вплоть до 3 часов после введения.
Результаты представлены на фиг. 3-6.
На фиг. 3(a) представлены изображения мочевого пузыря мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 30 минут после введения (30 мин) и через 3 часа после введения (3 ч). На фиг. 3(b) представлены изображения мочевого пузыря мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 1 час после введения (1 ч) и через 2 часа после введения (2 ч). На основании того, что накопление контрастного вещества в мочи наблюдали немедленно после введения, сделано предположение, что оно было выведено в мочу из почек.
На фиг. 4(a) представлены изображения почки мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 30 минут после введения (30 мин) и через 3 часа после введения (3 ч). На фиг. 4(b) представлены изображения почки мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени, соответственно, в следующие моменты времени: до введения (до), немедленно после введения (после), через 1 час после введения (1 ч) и через 2 часа после введения (2 ч). На основании того, что сигналы от почечной лоханки и сигналы от коры почки увеличивались немедленно после введения, сделано предположение, что контрастное вещество было выведено в мочу из почек. Кроме того, на основании наблюдения указанных изменений сигналов сделано предположение, что контрастное вещество может быть потенциально использовано в исследовании функции почек.
На фиг. 5 представлены изображения печени мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате осуществления измерений МРТ с течением времени. Сигналы от печени начинали постепенно уменьшаться немедленно после введения (на изображениях части, которые первоначально выглядели беловатыми, начинали постепенно темнеть немедленно после введения). Авторы считают, что это уменьшение сигналов вызвано сокращением времени релаксации Т2 вследствие концентрирования и агломерации контрастного вещества в ретикулоэндотелиальной системе печени. Поскольку это явление не происходило в случае гепатомы, было сделано предположение, что контрастное вещество является пригодным для применения в целях обнаружения опухоли печени.
Кроме того, увеличивались сигналы от многочисленных кровеносных сосудов печени. Авторы сделали предположение, что контрастное вещество обеспечивает высококонтрастную визуализацию кровеносных сосудов печени.
На фиг. 6 представлены изображения кровеносных сосудов мыши, которой было введено контрастное вещество, содержащее SNP-DDSA согласно примеру 2, причем изображения были получены в результате магнитно-резонансной ангиографии, осуществляемой с течением времени.
В процессе ангиографии, как показывают поперечные сечения на фиг. 6, сигналы от вен начинали увеличиваться немедленно после введения, и это состояние увеличения сигналов продолжалось в течение не менее чем 30 минут.
[Пример 6. Синтез 2 лигандного соединения]
Согласно проведенной ниже схеме 3, синтезировали (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(4-сульфонат бутил)аммоний (C4-DDSA; соединение 6), который представляет собой лигандное соединение согласно другому аспекту настоящего изобретения, причем в этом аспекте п=4 в приведенной выше формуле (4).
Схема 3
Далее каждая стадия будет описана подробно.
Добавляли 1,4-бутансультон (1,60 мл) в смесь 3,4-диметоксианилина (2,00 г) и ацетонитрила (50 мл) и полученную в результате смесь перемешивали при 115°С. В процессе перемешивания 1,4-бутансультон (1,33 мл) добавляли дважды. Полное время перемешивания составляло 24 часа. После того, как смесь охлаждали до комнатной температуры, твердое вещество отфильтровывали, промывали ацетонитрилом и затем высушивали при температуре 50°С и пониженном давлении, чтобы 4-(3,4-диметоксианилино)бутан-1-сульфонат (2,97 г).
Масс-спектр с электрораспылительной ионизацией (ESI+): 290
В полученную таким способом смесь добавляли соединение 4 (2,97 г), карбонат калия (3,40 г), метанол (45 мл) и йодметан (5,76 мл). Полученную в результате смесь перемешивали при 50°С в течение 3 суток. Смесь охлаждали до комнатной температуры и затем концентрировали. Полученный остаток очищали методом хроматографии с обращенными фазами на колонке с гелем диоксида кремния в системе ацетонитрил/вода. Таким способом был получен (3,4-диметокси фенил)(диметил)(4-сульфонат бутил)аммоний (3,12 г).
Масс-спектр с электрораспылительной ионизацией (ESI+): 318
Смесь полученного таким способом соединения 5 (3,12 г) и 57% йодистоводородной кислоты (13 мл) перемешивали при 110°С. В процессе перемешивания добавляли 57% йодистоводородную кислоту (13 мл). Полное время перемешивания составляло 16 часов. После того, как полученную в результате смесь охлаждали до комнатной температуры, добавляли воду (20 мл) и концентрировали полученную смесь. Снова добавляли воду (20 мл) и концентрировали полученную смесь. В полученный остаток добавляли воду (2 мл) и ацетон (35 мл). Полученную в результате смесь поддерживали в холодном состоянии с помощью льда и перемешивали в течение 30 минут, а затем удаляли надосадочный раствор. После этого в полученный остаток добавляли воду (2 мл) и ацетон (25 мл), и полученную в результате смесь, которую поддерживали в холодном состоянии с помощью льда, перемешивали в течение 30 минут, а затем удаляли надосадочный раствор. Эту операцию повторяли еще один раз и полученный в результате продукт высушивали при температуре 50°С и пониженном давлении, чтобы получить (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(4-сульфонат бутил)аммоний (C4-DDSA, соединение 6) (2,50 г).
Масс-спектр с электрораспылительной ионизацией (ESI+): 290 Спектр ЯМР 1H (DMSO-d6) δ м. д.: 1,36-1,57 (4Н, м), 2,32-2,41 (2Н, м), 3,41-3,48 (6Н, м), 3,69-3,86 (2Н, м), 6,86 (1H, д, J=8,8 Гц), 7,07 (1H, дд, J=8,8, 3,1 Гц) 7,23 (1H, д, J=3,1 Гц), 9,57 (1H, ш.с), 9,80 (1H, ш.с)
[Пример 7. Получение 2 наночастицы]
Процедуру, представленную ниже на схеме 4, осуществляли, чтобы получить наночастицу (SNP-C4-DDSA), которая содержала наночастицу оксида железа (SNP), служащую в качестве сердцевинной частицы и покрытие из C4-DDSA.
Схема 4
Далее будут подробно описаны стадии (a)-(d) на приведенной выше схеме 4.
<Стадия (а)>
3
Стадия (а) представляет собой стадию, на которой олеиновую кислоту (OA) добавляют к хлориду железа(III), чтобы получить комплекс (FeOA), состоящий из олеиновой кислоты и иона железа. Стадия (а) может быть осуществлена в соответствии со стадией (а) на описанной выше схеме 2.
<Стадия (b)>
3
Стадия (b) представляет собой стадию, на которой FeOA реагирует с олеиловым спиртом для получения SNP-OA.
3
Смешивали FeOA (6,00 г), олеиловый спирт (10,7 г) и дифениловый эфир (33,5 г). Полученную в результате смесь дегазировали при температуре 90°С и пониженном давление в течение 2 часов в процессе перемешивания. Затем давление повышали до атмосферного давления с применением аргона и смесь нагревали до 230°С в течение 16-минутного периода и перемешивали при 230°С в течение 37 минут (в течение 30 минут после того, как внутренняя температура превысила 220°С). После этого смесь охлаждали до комнатной температуры, а затем добавляли гексан (5 мл) и ацетон (150 мл). Полученную в результате смесь подвергали центрифугированию при 8000 об/мин и 10°С в течение 10 минут и удаляли надосадочный раствор. Добавляли гексан (24 мл) и ацетон (150 мл) полученную в результате смесь подвергали центрифугированию в таких же условиях и удаляли надосадочный раствор. Эту операцию повторяли еще один раз, чтобы получить SNP-OA (1,02 г).
<Стадия (с)>
Стадия (с) представляет собой стадию, на которой олеиновую кислоту, которой покрыта поверхность частицы SNP-OA, полученной на стадии (b), замещают МЕЕА, чтобы получить SNP-MEEA.
В аргоновой атмосфере смесь SNP-OA (20 мг), МЕЕА (500 мкл) и метанола (1,5 мл) перемешивали при 70°С в течение 6 часов. После того, как смесь охлаждали до комнатной температуры, добавляли ацетон (4 мл) и гексан (16 мл), полученную в результате смесь подвергали центрифугированию при 7800 об/мин и 10°С в течение 10 минут и удаляли надосадочный раствор. Эту операцию повторяли 3 раза с применением ацетона (1 мл) и гексана (4 мл), чтобы получить SNP-MEEA.
<Стадия (d)>
Стадия (d) представляет собой стадию, на которой частица SNP-MEEA, полученная на стадии (с), реагирует с C4-DDSA для получения наночастицы (SNP-C4-DDSA), в которой частицу оксида железа покрывает C4-DDSA. Следует отметить, что лиганд DDSA, которым покрыта поверхность частицы оксида железа в наночастице (SNP-C4-DDSA), имеет структуру, представленную следующей формулой (5).
где штриховая линия представляет собой координационную связь между атомом железа на поверхности частицы оксида железа и атомом кислорода.
В процессе нагревания C4-DDSA (250 мг) растворяли в воде (3,3 мл) и добавляли гидрокарбонат натрия (50 мг). Получаемый в результате раствор добавляли к частице SNP-MEEA, полученной на стадии (с), а затем добавляли и DMF (6,7 мл). Полученную в результате смесь перемешивали в течение ночи при 50°С. смесь охлаждали до комнатной температуры, а затем добавляли воду (1,5 мл) и ацетон (60 мл). Полученную в результате смесь разделяли на две части, каждую из которых подвергали центрифугированию при 7800 об/мин и 10°С в течение 10 минут. Надосадочный раствор удаляли. Полученный осадок диспергировали в PBS и получаемый в результате раствор подвергали центрифугированию при 5800 об/мин и 10°С в течение 30 минут с применением центрифужного фильтра 10K Amicon Ultra (Merck Millipore). Затем добавляли PBS и полученный в результате раствор подвергали центрифугированию. Эту операцию повторяли еще 3 раза. Полученный таким способом фильтрат подвергали центрифугированию при 5800 об/мин и 10°С в течение 30 минут с применением центрифужного фильтра 10К Amicon Ultra (Merck Millipore, далее в настоящем документе сокращенно называется «фильтр 10K»). После этого добавляли воду и полученный в результате раствор подвергали центрифугированию. Эту операцию повторяли еще 3 раза. Полученную в результате концентрированную жидкость фильтровали через фильтр YMC Duo-Filter (XQ DUO 15, размер пор: 0,2 мкм) и подвергали лиофилизации, чтобы получать SNP-C4-DDSA (10K) (1,9 мг). Фильтрат от фильтра 10K подвергали центрифугированию при 5800 об/мин и 10°С в течение 1 часа с применением фильтра 3K. После этого добавляли воду и полученный в результате раствор подвергали центрифугированию. Эту операцию повторяли еще 8 раз. Полученную в результате концентрированную жидкость фильтровали через фильтр YMC Duo-Filter и подвергали лиофилизации, чтобы получить SNP-C4-DDSA (3K) (0,5 мг). Следует отметить, что каждое из обозначений «(10K)» и «(3K)» после термина «SNP-C4-DDSA» показывает типа фильтра, который был использован в последнюю очередь.
В том случае, где (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(1-сульфонатметил)аммоний (С 1-DDSA), который представлен приведенной выше формулой (4), где n=1, или (3,4-дигидроксифенил)(диметил)(2-сульфонатметил)аммоний (C2-DDSA), который представлен приведенной выше формулой (4), где n=2, используют в качестве лиганда и комбинируют со стадиями на приведенных выше схемах 2 или 4, или с эквивалентной или хорошо известной технологией, может быть получена (i) наночастица (SNP-C1-DDSA), которая содержит наночастицу оксида железа (SNP), служащую в качестве сердцевинной частицы и покрытую лигандом С1-DDSA, или (ii) наночастица (SNP-C2-DDSA), которая содержит наночастицу оксида железа (SNP), служащую в качестве сердцевинной частицы и покрытую лигандом C2-DDSA, соответственно.
Промышленная применимость
Контрастное вещество для МРТ в соответствии с настоящим изобретением может быть соответствующим образом использовано в качестве контрастного вещества для МРТ в области медицины. Наночастица и соединение в соответствии с настоящим изобретением являются пригодными для применения в разнообразных фармацевтических композициях и других составах, содержащих контрастное вещество для МРТ, и могут быть широко использованы в областях фармацевтики, биотехнологии и т.п., включая разнообразные способы диагностики и аналитические реагенты.