BR112015020782B1 - AGENT ATTACHED TO FLUORESCENT SILICA-BASED NANOPARTICLE, ITS USE AND PHARMACEUTICAL COMPOSITION COMPRISING IT - Google Patents

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Michelle Bradbury
Ulrich Wiesner
Oula Penate Medina
Andrew Burns
Jason Lewis
Steven Larson
Tom Quinn
Original Assignee
Sloan-Kettering Institute For Cancer Research
Cornell University
The Curators Of The University Of Missouri
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Abstract

AGENTE ANEXADO À NANOPARTÍCULA À BASE DE SÍLICA FLUORESCENTE, SEU USO E COMPOSIÇÃO FARMACÊUTICA QUE O COMPREENDE. A presente invenção refere-se a uma nanopartícula fluorescente à base de sílica que permite a detecção precisa, a caracterização, o monitoramento e o tratamento de uma doença tal como o câncer. A nanopartícula apresenta uma faixa de diâmetros, tem um composto fluorescente posicionado dentro da nanopartícula, e apresenta um brilho e um rendimento quântico fluorescente mais elevados do que o composto fluorescente livre, apresenta uma bioestabilidade e uma biocompatibildade elevadas, pode ser revestida com um polímero orgânico, tal como poli(etileno glicol) (PEG). O pequeno tamanho da nanopartícula, a base de sílica e o revestimento de polímero orgânico minimizam a toxicidade da nanopartícula quando administrada in vivo. A nanopartícula pode ser adicionalmente conjugada a um ligante. Um agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula. Adicionalmente, imagiologia por ressonância magnética (MRI), radionuclídeos / radiometais ou íons paramagnéticos podem ser conjugados à nanopartícula.AGENT ATTACHED TO THE FLUORESCENT SILICA-BASED NANOPARTICLE, ITS USE AND PHARMACEUTICAL COMPOSITION THAT COMPRISES IT. The present invention relates to a silica-based fluorescent nanoparticle that allows the precise detection, characterization, monitoring and treatment of a disease such as cancer. The nanoparticle has a range of diameters, has a fluorescent compound positioned within the nanoparticle, and has a higher brightness and fluorescent quantum yield than the free fluorescent compound, has high biostability and biocompatibility, can be coated with an organic polymer , such as poly(ethylene glycol) (PEG). The small nanoparticle size, silica base, and organic polymer coating minimize nanoparticle toxicity when administered in vivo. The nanoparticle can be additionally conjugated to a ligand. A therapeutic agent can be attached to the nanoparticle. Additionally, magnetic resonance imaging (MRI), radionuclides/radiometals or paramagnetic ions can be conjugated to the nanoparticle.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOSCROSS REFERENCE TO RELATED ORDERS

[001] Este requerimento reivindica prioridade para o Requerimento de Patente Provisória dos estados Unidos No. 61/794.414 arquivado em 15 de março de 2013, e para o Requerimento de Patente dos Estados Unidos No. 14/215.879 arquivado em 17 de março de 2014. A descrição de cada um dos requerimentos acima identificados é incorporada por meio de referência em sua totalidade.[001] This application claims priority to United States Provisional Patent Application No. 61/794,414 filed March 15, 2013, and United States Patent Application No. 14/215,879 filed March 17, 2014 The description of each of the requirements identified above is incorporated by reference in its entirety.

DECLARAÇÃO REFERENTE A ESTUDO OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADO PELO GOVERNO FEDERALDECLARATION REGARDING STUDY OR DEVELOPMENT SPONSORED BY THE FEDERAL GOVERNMENT

[002] Esta invenção foi realizada com suporte do governo federal de acordo com o NIH-NRRA, Clinical e Translational Science Center Grant; NIH-NCI R01CA161280-01A1, NSF STC Program Agreement No. ECS-9876771; ICMIC P50 CA86438; NIH SAIRP Grant No. R24 CA83084; e NHI Center Grant No. P30 CA08748.[002] This invention was made with support from the federal government under the NIH-NRRA, Clinical and Translational Science Center Grant; NIH-NCI R01CA161280-01A1, NSF STC Program Agreement No. ECS-9876771; ICMIC P50 CA86438; NIH SAIRP Grant No. R24 CA83084; and NHI Center Grant No. P30 CA08748.

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

[003] A presente invenção refere-se a nanopartículas fluorescentes à base de sílica, e métodos de uso das nanopartículas para detectar, diagnosticar, ou tratar doenças tais como o câncer.[003] The present invention relates to silica-based fluorescent nanoparticles, and methods of using the nanoparticles to detect, diagnose, or treat diseases such as cancer.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[004] A detecção precoce do tumor e a seleção do tratamento são fundamentais para atingir o sucesso terapêutico e taxas de sobre- vida de longo termo. Em seu estágio inicial, muitos cânceres estão localizados e podem ser tratados cirurgicamente. No entanto, em situações cirúrgicas, a avaliação de disseminação de doença metastática e das margens do tumor, particularmente em áreas de anatomia complexa, é limitada por uma falta de tecnologias de imagiologia. Isto tem levado a um número desproporcional de biópsias invasivas. Sondas direcionadas molecularmente incorporando etiquetas produtoras de contraste (isto é, óticas, PET) e oferecendo especificidade aprimorada são necessárias para detecção precoce por imagiologia de diferenças moleculares entre células normais e tumorais, tais como alterações específicas do câncer em níveis de expressão de receptores. Quando combinadas com ferramentas de imagiologia de maior sensibilidade e de maior resolução, sondas direcionadas molecularmente específicas vão aumentar muito a sensibilidade da detecção, o estagiamento, e o monitoramento e/ou o tratamento do câncer.[004] Early tumor detection and treatment selection are fundamental to achieving therapeutic success and long-term survival rates. In their early stage, many cancers are localized and can be treated surgically. However, in surgical situations, assessment of spread of metastatic disease and tumor margins, particularly in areas of complex anatomy, is limited by a lack of imaging technologies. This has led to a disproportionate number of invasive biopsies. Molecularly targeted probes incorporating contrast-producing (i.e., optical, PET) tags and offering improved specificity are needed for early detection by imaging of molecular differences between normal and tumor cells, such as cancer-specific changes in receptor expression levels. When combined with higher sensitivity and higher resolution imaging tools, specific molecularly targeted probes will greatly increase the sensitivity of cancer detection, staging, and monitoring and/or treatment.

[005] As presentes sondas de fluorescência para imagiologia tipicamente consistem em único fluoróforo convencional (por exemplo, corantes orgânicos, proteínas fluorescentes), proteínas fluorescentes (por exemplo, GFP) e pontos quânticos semicondutores (pontos Q ou Q-dots). Fluoróforos únicos de modo geral não são estáveis e têm brilho limitado para imagiologia. De modo similar aos corantes, as proteínas fluorescentes tendem a apresentar interações em estado excitado o qual pode levar a cintilações estocásticas, extinção e fotodegrada- ção. Os pontos quânticos (Q-dots) são geralmente produzidos a partir de íons de metais pesados tais como Pb2+ ou Cd2+ e, portanto, são tóxicos. Burns et al. "Fluorescent core-shell silica nanoparticles: for "Lab on a Particle" architectures for nanobiotechnology", Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 1028-1042.[005] The present fluorescence probes for imaging typically consist of conventional single fluorophores (e.g., organic dyes, fluorescent proteins), fluorescent proteins (e.g., GFP) and semiconductor quantum dots (Q-dots or Q-dots). Single fluorophores are generally not stable and have limited brightness for imaging. Similar to dyes, fluorescent proteins tend to present interactions in an excited state, which can lead to stochastic scintillation, extinction and photodegradation. Quantum dots (Q-dots) are generally produced from heavy metal ions such as Pb2+ or Cd2+ and are therefore toxic. Burns et al. "Fluorescent core-shell silica nanoparticles: for "Lab on a Particle" architectures for nanobiotechnology", Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 1028-1042.

[006] Nanopartículas fluorescentes tendo uma concha eletricamente condutora e um núcleo de sílica são conhecidos e têm utilidade na liberação modulada de um agente terapêutico. As Patentes dos Estados Unidos Nos. 6.344.272, e 6.428.811. Uma deficiência das nanopartículas fluorescentes existentes é seu brilho limitado e sua baixa detectabilidade como sondas fluorescentes em sistemas dispersados.[006] Fluorescent nanoparticles having an electrically conductive shell and a silica core are known and have utility in the modulated release of a therapeutic agent. United States Patent Nos. 6,344,272, and 6,428,811. A shortcoming of existing fluorescent nanoparticles is their limited brightness and low detectability as fluorescent probes in dispersed systems.

[007] As presentes nanopartículas fluorescentes à base de sílica multifuncional oferecem muitas vantagens em relação a outras sondas de partículas de diâmetro tipicamente maior. As nanopartículas são não tóxicas, apresentam excelentes propriedades fotofísicas (incluindo eficiência da fluorescente e fotoestabilidade), e demonstram aumento da afinidade de ligação, potência, bem como uma assinatura farmaco- cinética distinta -- uma na qual o clearance renal em sua maior parte predomina sem significativa captação pelo sistema do retículo endote- lial (RES). Seu tamanho relativamente pequeno, e revestimento superficial de PEG facilita excelente clearance renal. As nanopartículas fluorescentes da presente invenção contêm um núcleo fluorescente e concha de sílica. As arquiteturas da concha e do núcleo, a grande área superficial e a química superficial diversa da nanopartícula permitem que múltiplas funcionalidades sejam liberadas simultaneamente a uma célula alvo. Por exemplo, a nanopartícula pode ser funcionalizada com porções de direcionamento, agentes de contraste para imagiologia médica, agentes terapêuticos, ou outros agentes. As porções de direcionamento sobre a superfície da nanopartícula podem ser ligantes tumorais, os quais, quando combinados com agentes terapêuticos conjugados a nanopartículas, tornam a nanopartícula um veículo ideal para direcionamento e potencialmente tratamento do câncer. Webster et al. Optical calcium sensors: development of a generic method for their introduction to the cell using conjugated cell penetrating peptides. Analyst, 2005; 130:163-70. A nanopartícula à base de sílica pode ser etiquetada com agentes de contraste para PET, SPECT, CT, MRI, e imagiologia ótica.[007] The present multifunctional silica-based fluorescent nanoparticles offer many advantages over other typically larger diameter particle probes. Nanoparticles are non-toxic, exhibit excellent photophysical properties (including fluorescent efficiency and photostability), and demonstrate increased binding affinity, potency, as well as a distinct pharmacokinetic signature -- one in which renal clearance largely predominates. without significant uptake by the reticuloendothelial system (RES). Its relatively small size and PEG surface coating facilitates excellent renal clearance. The fluorescent nanoparticles of the present invention contain a fluorescent core and silica shell. The shell and core architectures, large surface area, and diverse surface chemistry of the nanoparticle allow multiple functionalities to be delivered simultaneously to a target cell. For example, the nanoparticle may be functionalized with targeting moieties, medical imaging contrast agents, therapeutic agents, or other agents. The targeting moieties on the surface of the nanoparticle can be tumor ligands, which, when combined with nanoparticle-conjugated therapeutic agents, make the nanoparticle an ideal vehicle for targeting and potentially treating cancer. Webster et al. Optical calcium sensors: development of a generic method for their introduction to the cell using conjugated cell penetrating peptides. Analyst, 2005; 130:163-70. The silica-based nanoparticle can be labeled with contrast agents for PET, SPECT, CT, MRI, and optical imaging.

SUMÁRIOSUMMARY

[008] O presente requerimento proporciona um método para detecção de células tumorais compreendendo as etapas de: (a) administração a um paciente de uma pluralidade de nanopartículas fluorescentes à base de sílica em uma dose variando a partir de cerca de 0,01 nanomol/kg de peso corporal até cerca de 1 nanomol/kg de peso corporal, a nanopartícula compreendendo: um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; um ligante anexado à nanopartícula e capaz de ligar um marcador tumoral; e no mínimo um agente terapêutico; e (b) detecção das nanopartículas.[008] The present application provides a method for detecting tumor cells comprising the steps of: (a) administering to a patient a plurality of silica-based fluorescent nanoparticles at a dose ranging from about 0.01 nanomol/ kg of body weight up to about 1 nanomol/kg of body weight, the nanoparticle comprising: a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; a ligand attached to the nanoparticle and capable of binding a tumor marker; and at least one therapeutic agent; and (b) detection of nanoparticles.

[009] A nanopartícula pode ser administrada por via subdérmica, por via peritumoral, por via oral, por via intravenosa, por via nasal, por via subcutânea, por via intramuscular ou por via transdérmica. Uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo:[009] The nanoparticle can be administered subdermally, peritumorally, orally, intravenously, nasally, subcutaneously, intramuscularly or transdermally. A silica-based fluorescent nanoparticle comprising:

[0010] A presente invenção também proporciona uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo: um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; e um ligante anexado à nanopartícula, em que a nanopartícula tem um diâmetro entre cerca de 1 nm e cerca de 15 nm, e depois da administração da nanopartícula a um sujeito, o clearance renal da nanopartícula varia a partir de cerca de 80% da DI (dose inicial) até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas, ou a partir de cerca de 90% da DI até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas.[0010] The present invention also provides a silica-based fluorescent nanoparticle comprising: a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; and a ligand attached to the nanoparticle, wherein the nanoparticle has a diameter between about 1 nm and about 15 nm, and after administration of the nanoparticle to a subject, the renal clearance of the nanoparticle varies from about 80% of the DI (initial dose) to about 100% of the ID in about 24 hours, or from about 90% of the ID to about 100% of the ID in about 24 hours.

[0011] A presente invenção proporciona uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica tendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; a partir de cerca de 1 até cerca de 30 ligantes, ou a partir de cerca de 1 até cerca de 20 ligantes anexados à nanopartícula; e um agente de contraste ou um quelato anexado à nanopartícula.[0011] The present invention provides a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core having a fluorescent compound positioned within the silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; from about 1 to about 30 ligands, or from about 1 to about 20 ligands attached to the nanoparticle; and a contrast agent or a chelate attached to the nanoparticle.

[0012] O diâmetro da nanopartícula varia a partir de cerca de 1 nm até cerca de 25 nm, ou a partir de cerca de 1 nm até cerca de 8 nm. Os polímeros orgânicos que podem ser anexados à nanopartícula incluem poli(etileno glicol) (PEG), polilactato, ácidos polilácticos, açúcares, lipídeos, ácido poliglutâmico (PGA), ácido poliglicólico, poli(láctico- co-glicólico ácido) (PLGA), Polivinil acetato (PVA), ou as combinações dos mesmos.[0012] The diameter of the nanoparticle varies from about 1 nm to about 25 nm, or from about 1 nm to about 8 nm. Organic polymers that can be attached to the nanoparticle include poly(ethylene glycol) (PEG), polylactate, polylactic acids, sugars, lipids, polyglutamic acid (PGA), polyglycolic acid, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), Polyvinyl acetate (PVA), or combinations thereof.

[0013] O ligante pode ser capaz de ligação a no mínimo um componente celular, tal como um marcador tumoral. O número de ligantes anexados à nanopartícula também pode variar a partir de cerca de 1 até cerca de 30, a partir de cerca de 1 até cerca de 25, ou a partir de cerca de 1 até cerca de 10. Exemplos do ligante incluem peptídeo, proteína, biopolímero, polímero sintético, antígeno, anticorpo, microorganismo, vírus, receptor, hapteno, enzima, hormônio, composto químico, patógeno, toxina, modificador da superfície, ou combinações dos mesmos. Peptídeos tais como tripeptídeo RGD, peptídeo cíclico cRGD, peptídeo cíclico cRGDYC, octreotato, EPPT1 e análogos peptí- dicos de alfa-MSH são englobados pela presente invenção. Qualquer peptídeo linear, cíclico ou ramificado contendo a sequência RGD ou alfa-MSH está dentro do âmbito da presente invenção.[0013] The ligand may be capable of binding to at least one cellular component, such as a tumor marker. The number of ligands attached to the nanoparticle can also vary from about 1 to about 30, from about 1 to about 25, or from about 1 to about 10. Examples of the ligand include peptide, protein, biopolymer, synthetic polymer, antigen, antibody, microorganism, virus, receptor, hapten, enzyme, hormone, chemical compound, pathogen, toxin, surface modifier, or combinations thereof. Peptides such as RGD tripeptide, cRGD cyclic peptide, cRGDYC cyclic peptide, octreotate, EPPT1 and alpha-MSH peptide analogs are encompassed by the present invention. Any linear, cyclic or branched peptide containing the RGD or alpha-MSH sequence is within the scope of the present invention.

[0014] Um agente de contraste, tal como um radionuclídeo incluindo 89Zr, 64Cu, 68Ga, 86Y, 124I e 177Lu, pode ser anexado à nanopartícula. A nanopartícula pode ser anexada a um quelato, por exemplo, DFO, DOTA, TETA e DTPA, que é adaptado para ligar um radionuclídeo.[0014] A contrast agent, such as a radionuclide including 89Zr, 64Cu, 68Ga, 86Y, 124I and 177Lu, can be attached to the nanoparticle. The nanoparticle can be attached to a chelate, for example, DFO, DOTA, TETA and DTPA, which is adapted to bind a radionuclide.

[0015] A nanopartícula da presente invenção pode ser detectada por tomografia de emissão de pósitrons (PET), tomografia computadorizada de emissão de fóton único (SPECT), tomografia computadorizada (CT), imagiologia por ressonância magnética (MRI), imagiologia ótica (tal como imagiologia por fluorescência incluindo imagiologia por fluorescência próxima ao infravermelho (NIRF)), imagiologia por bio- luminescência, ou combinações dos mesmos.[0015] The nanoparticle of the present invention can be detected by positron emission tomography (PET), single photon emission computed tomography (SPECT), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), optical imaging (such such as fluorescence imaging including near-infrared fluorescence (NIRF) imaging), bioluminescence imaging, or combinations thereof.

[0016] Um agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula. Os agentes terapêuticos incluem antibióticos, antimicrobianos, antipro- liferativos, antineoplásicos, antioxidantes, fatores de crescimento celular endotelial, inibidores da trombina, imunossupressores, agentes an- tiagregação plaquetária, inibidores da síntese de colágeno, anticorpos terapêuticos, doadores de óxido nítrico, oligonucleotídeos antisense, agentes de cicatrização de feridas, constructos de transferência de genes terapêuticos, componentes da matriz extracelular, vasodilatado- res, trombolíticos, antimetabólitos, fator de crescimento agonistas, an- timitóticos, estatina, esteroides, agentes anti-inflamatórios esteroidais e não esteroidais, inibidores da enzima conversora de angiotensina (ACE) , eliminadores de radicais livres, PPAR-gama agonistas, RNA interferente pequeno (siRNA), microRNA, e agentes quimioterápicos anticancerígenos. Os agentes terapêuticos englobados pela presente invenção também incluem radionuclídeos, por exemplo, 90Y, 131I e 177Lu. O agente terapêutico pode ser radiomarcado, tal como marcado por ligação ao radioflúor 18F.[0016] A therapeutic agent can be attached to the nanoparticle. Therapeutic agents include antibiotics, antimicrobials, antiproliferatives, antineoplastics, antioxidants, endothelial cell growth factors, thrombin inhibitors, immunosuppressants, antiplatelet agents, collagen synthesis inhibitors, therapeutic antibodies, nitric oxide donors, antisense oligonucleotides , wound healing agents, therapeutic gene transfer constructs, extracellular matrix components, vasodilators, thrombolytics, antimetabolites, growth factor agonists, antimitotics, statins, steroids, steroidal and non-steroidal anti-inflammatory agents, inhibitors angiotensin-converting enzyme (ACE), free radical scavengers, PPAR-gamma agonists, small interfering RNA (siRNA), microRNA, and anticancer chemotherapeutic agents. The therapeutic agents encompassed by the present invention also include radionuclides, for example, 90Y, 131I and 177Lu. The therapeutic agent may be radiolabeled, such as labeled by binding to 18F radiofluorine.

[0017] Depois da administração da nanopartícula a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 2 horas até cerca de 25 horas, a partir de cerca de 3 horas até cerca de 15 horas, ou a partir de cerca de 4 horas até cerca de 10 horas. A meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 5 horas até cerca de 5 dias, a partir de cerca de 10 horas até cerca de 4 dias, ou a partir de cerca de 15 horas até cerca de 3,5 dias. A proporção da meia-vida de permanência no tumor para a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 2 até cerca de 30, a partir de cerca de 3 até cerca de 20, ou a partir de cerca de 4 até cerca de 15. O clearance renal da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 10% da DI (dose inicial) até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas, ou a partir de cerca de 40% da DI até cerca de 70% da DI em cerca de 24 horas. Em uma modalidade, depois da nanopartícula ser administrada a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula varia a partir de cerca de 2 horas até cerca de 25 horas, a meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula varia a partir de cerca de 5 horas até cerca de 5 dias, e o cle-arance renal da nanopartícula varia a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas.[0017] After administration of the nanoparticle to a subject, the half-life of the nanoparticle in the blood can vary from about 2 hours to about 25 hours, from about 3 hours to about 15 hours, or from about 4 hours to about 10 hours. The tumor half-life of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can vary from about 5 hours to about 5 days, from about 10 hours to about 4 days, or from about 15 hours to about 3.5 days. The ratio of the tumor half-life to the blood half-life of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can vary from about 2 to about 30, from about 3 to about of 20, or from about 4 to about 15. Renal clearance of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can range from about 10% of the DI (initial dose) to about 100% of the DI in about 24 hours, from about 30% DI to about 80% DI in about 24 hours, or from about 40% DI to about 70% DI in about 24 hours . In one embodiment, after the nanoparticle is administered to a subject, the blood half-life of the nanoparticle varies from about 2 hours to about 25 hours, the tumor half-life of the nanoparticle varies from from about 5 hours to about 5 days, and the renal clearance of the nanoparticle varies from about 30% DI to about 80% DI in about 24 hours.

[0018] Quando as nanopartículas na quantidade de cerca de 100 vezes a dose humana equivalente são administradas a um sujeito, substancialmente nenhuma anemia, perda de peso, agitação, aumento da respiração, distúrbio gastro intestinal, comportamento anormal, disfunção neurológica, anormalidades em hematologia, anormalidades na clínica laboratorial, lesões relacionadas com fármaco em patologia de órgãos, mortalidade, ou combinações dos mesmos, é observada no sujeito em cerca de 10 até cerca de 14 dias.[0018] When nanoparticles in the amount of about 100 times the equivalent human dose are administered to a subject, substantially no anemia, weight loss, agitation, increased breathing, gastrointestinal disturbance, abnormal behavior, neurological dysfunction, hematology abnormalities , abnormalities in clinical laboratory, drug-related injuries in organ pathology, mortality, or combinations thereof, is observed in the subject in about 10 to about 14 days.

[0019] A presente invenção também proporciona uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; e um ligante anexado à nanopartícula, em que a nanopartícula tem um diâmetro entre cerca de 1 nm e cerca de 15 nm. Depois da administração da nanopartícula a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 2 horas até cerca de 25 horas, ou a partir de cerca de 2 horas até cerca de 15 horas; a meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 5 horas até cerca de 2 dias; e clearance renal da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas. O número de ligantes anexados à nanopartícula pode variar a partir de cerca de 1 até cerca de 20, ou a partir de cerca de 1 até cerca de 10. O diâmetro da nanopartícula pode ser entre cerca de 1 nm e cerca de 8 nm. Um agente de contraste, tal como um radionuclídeo, pode ser anexado à nanopartícula. Alternativamente, um quelato pode ser anexado à nanopartícula. A nanopartícula pode ser detectada por PET, SPECT, CT, MRI, imagiologia ótica, imagiologia por bioluminescência, ou combinações dos mesmos. Um agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula. Depois da administração da nanopartícula a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula também pode variar a partir de cerca de 3 horas até cerca de 15 horas, ou a partir de cerca de 4 horas até cerca de 10 horas. A meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito também pode variar a partir de cerca de 10 horas até cerca de 4 dias, ou a partir de cerca de 15 horas até cerca de 3,5 dias. A proporção da meia-vida de permanência no tumor para a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 2 até cerca de 30, a partir de cerca de 3 até cerca de 20, ou a partir de cerca de 4 até cerca de 15. O clearance renal da nanopartícula também pode variar a partir de cerca de 45% da DI até cerca de 90% da DI em cerca de 24 horas depois da administração da nanopartícula a um sujeito.[0019] The present invention also provides a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; and a linker attached to the nanoparticle, wherein the nanoparticle has a diameter between about 1 nm and about 15 nm. After administration of the nanoparticle to a subject, the blood half-life of the nanoparticle may vary from about 2 hours to about 25 hours, or from about 2 hours to about 15 hours; the nanoparticle's half-life in the tumor can vary from about 5 hours to about 2 days; and renal clearance of the nanoparticle can vary from about 30% of DI to about 80% of DI in about 24 hours. The number of ligands attached to the nanoparticle can range from about 1 to about 20, or from about 1 to about 10. The diameter of the nanoparticle can be between about 1 nm and about 8 nm. A contrast agent, such as a radionuclide, can be attached to the nanoparticle. Alternatively, a chelate can be attached to the nanoparticle. The nanoparticle can be detected by PET, SPECT, CT, MRI, optical imaging, bioluminescence imaging, or combinations thereof. A therapeutic agent can be attached to the nanoparticle. After administration of the nanoparticle to a subject, the blood half-life of the nanoparticle may also vary from about 3 hours to about 15 hours, or from about 4 hours to about 10 hours. The tumor residence half-life of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can also vary from about 10 hours to about 4 days, or from about 15 hours to about 3.5 days. The ratio of the tumor half-life to the blood half-life of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can vary from about 2 to about 30, from about 3 to about of 20, or from about 4 to about 15. Renal clearance of the nanoparticle can also vary from about 45% DI to about 90% DI within about 24 hours after administration of the nanoparticle to a subject.

[0020] Também é proporcionada na presente invenção uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; e um ligante anexado à nanopartícula, em que a nanopartícula tem um diâmetro entre cerca de 1 nm e cerca de 8 nm. Depois da administração da nanopartícula a um sujeito, a proporção de meia-vida de permanência no tumor para meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula varia a partir de cerca de 2 até cerca de 30, e o clearance renal da nanopartícula varia a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas.[0020] Also provided in the present invention is a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; and a linker attached to the nanoparticle, wherein the nanoparticle has a diameter between about 1 nm and about 8 nm. After administration of the nanoparticle to a subject, the ratio of the tumor half-life to the blood half-life of the nanoparticle varies from about 2 to about 30, and the renal clearance of the nanoparticle varies from from about 30% of DI to about 80% of DI in about 24 hours.

[0021] A presente invenção adicionalmente proporciona um método para detecção de um componente de uma célula compreendendo as etapas de: (a) contactar a célula com uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; a partir de cerca de 1 até cerca de 30 ligantes anexados à nanopartícula; e um agente de contraste ou um quelato anexado à nanopartícula; e (b) monitoramento da ligação da nanopartícula à célula ou a um componente celular por no mínimo uma técnica de imagiologia.[0021] The present invention further provides a method for detecting a component of a cell comprising the steps of: (a) contacting the cell with a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; from about 1 to about 30 ligands attached to the nanoparticle; and a contrast agent or a chelate attached to the nanoparticle; and (b) monitoring the binding of the nanoparticle to the cell or a cellular component by at least one imaging technique.

[0022] A presente invenção adicionalmente proporciona um método para direcionamento de uma célula tumoral compreendendo administração a um paciente com câncer de uma quantidade eficaz de uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; um ligante anexado à nanopartícula e capaz de ligar um marcador tumoral; e no mínimo um agente terapêutico. A nanopartícula pode ser radiomarcada. A nanopartícula pode ser administrada ao paciente pelas seguintes vias, mas não restrita às mesmas: via oral, intravenosa, nasal, subcutânea, local, intramuscular ou transdérmica.[0022] The present invention further provides a method for targeting a tumor cell comprising administering to a cancer patient an effective amount of a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the core. silica-based; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; a ligand attached to the nanoparticle and capable of binding a tumor marker; and at least one therapeutic agent. The nanoparticle can be radiolabeled. The nanoparticle can be administered to the patient by the following routes, but not restricted to them: oral, intravenous, nasal, subcutaneous, local, intramuscular or transdermal.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0023] A patente ou o arquivo de requerimento contém no mínimo um desenho executado a cores. Cópias desta patente ou desta publicação de requerimento de patente com desenhos a cores serão proporcionadas pelo Escritório mediante solicitação e pagamento das taxas necessárias.[0023] The patent or application file contains at least one drawing executed in color. Copies of this patent or this patent application publication with color drawings will be provided by the Office upon request and payment of the necessary fees.

[0024] A Figura 1a mostra um gráfico da dispersão da luz dinâmica (DLS) (número médio) do tamanho de partícula para sílica sem revestimento (em cinzento) e nanopartículas de sílica contendo Cy5 revestidas com PEG (em preto).[0024] Figure 1a shows a dynamic light scattering (DLS) plot (average number) of particle size for uncoated silica (in gray) and PEG-coated Cy5-containing silica nanoparticles (in black).

[0025] A Figura 1b mostra imagiologia in vivo da fluorescência de partículas de Cy5 separadas espectralmente (pseudocolorida) sobreposta sobre imagiologia de luz visível de camundongos nude 45 min depois de injeção com nanopartículas de sílica sem revestimento.[0025] Figure 1b shows in vivo fluorescence imaging of spectrally separated (pseudocolored) Cy5 particles superimposed on visible light imaging of nude mice 45 min after injection with uncoated silica nanoparticles.

[0026] A Figura 1c mostra imagiologia in vivo da fluorescência de partículas de Cy5 separadas espectralmente (pseudocolorida) sobreposta sobre imagiologia de luz visível de camundongos nude 45 min depois de injeção com nanopartículas de Cy5 PEG-uiladas.[0026] Figure 1c shows in vivo fluorescence imaging of spectrally separated (pseudocolored) Cy5 particles superimposed on visible light imaging of nude mice 45 min after injection with PEG-uylated Cy5 nanoparticles.

[0027] A Figura 1d mostra um estudo da biodistribuição in vivo usando PET-CT co-registrada. A linha superior é imagem de PET-CT co-registrada serial 24 horas pós injeção de nanopartícula revestida com PEG com etiqueta de 124I, flanqueada pelas varreduras adquiridas de modo independente por microCT e microPET. A linha inferior é imagiologia por microPET serial.[0027] Figure 1d shows an in vivo biodistribution study using co-registered PET-CT. Top row is serial co-registered PET-CT image 24 hours post 124I-labeled PEG-coated nanoparticle injection, flanked by independently acquired microCT and microPET scans. The bottom line is serial microPET imaging.

[0028] A Figura 2a mostra dados de espectroscopia de correlação da fluorescência (FCS) e ajustes exponenciais únicos para o corante Cy5 (cinza claro), nanopartículas revestidas com PEG contendo Cy5 de 3,3±0,06 nm de diâmetro (cinza escuro, média ± desvio padrão, n=9) e 6,0±0,1 nm de diâmetro (preto, média ± desvio padrão, n=6) mostrando as diferenças no tempo de difusão resultante dos diferentes tamanhos hidrodinâmicos das diferentes espécies.[0028] Figure 2a shows fluorescence correlation spectroscopy (FCS) data and single exponential fits for Cy5 dye (light gray), PEG-coated nanoparticles containing Cy5 of 3.3±0.06 nm in diameter (dark gray , mean ± standard deviation, n=9) and 6.0±0.1 nm in diameter (black, mean ± standard deviation, n=6) showing the differences in diffusion time resulting from the different hydrodynamic sizes of the different species.

[0029] A Figura 2b mostra os espectros de absorção e de emissão de corante Cy5 (cinza claro), nanopartículas revestidas com PEG de 3,3 nm de diâmetro (cinza escuro) e 6,0 nm de diâmetro (em preto).[0029] Figure 2b shows the absorption and emission spectra of Cy5 dye (light gray), PEG-coated nanoparticles of 3.3 nm in diameter (dark gray) and 6.0 nm in diameter (in black).

[0030] A Figura 2c mostra a comparação do brilho relativo do corante livre (cinza claro) com nanopartículas de 3,3 nM (cinza escuro) e 6,0 nm de diâmetro (em preto), medida como taxa de contagem por molécula / partícula conforme determinado a partir das curvas de FCS.[0030] Figure 2c shows the comparison of the relative brightness of the free dye (light gray) with nanoparticles of 3.3 nM (dark gray) and 6.0 nm in diameter (in black), measured as count rate per molecule / particle as determined from the FCS curves.

[0031] A Figura 2d mostra dados da fotodegradação para o corante Cy5 (cinza claro), nanopartículas revestidas com PEG de 3,3 nm de diâmetro (cinza escuro), e 6,0 nm de diâmetro (em preto) sob excitação a laser de ~3,5 mW.[0031] Figure 2d shows photodegradation data for the Cy5 dye (light gray), PEG-coated nanoparticles of 3.3 nm in diameter (dark gray), and 6.0 nm in diameter (in black) under laser excitation of ~3.5 mW.

[0032] A Figura 3a mostra a percentagem da dose de partícula inicial (% da DI) retida pelo sangue (em preto) e pelos tecidos: fígado (cinza claro), pulmão (cinza médio claro), baço (cinza médio), e rim (cinza médio escuro) para nanopartículas de 6,0 nm de diâmetro em vários pontos do tempo a partir de 10 min até 48 h pós injeção (n=3 camundongos, média ± desvio padrão).[0032] Figure 3a shows the percentage of the initial particle dose (% of DI) retained by the blood (in black) and by the tissues: liver (light gray), lung (medium light gray), spleen (medium gray), and rim (medium dark gray) for 6.0 nm diameter nanoparticles at various time points from 10 min to 48 h post injection (n=3 mice, mean ± standard deviation).

[0033] A Figura 3b mostra um gráfico da concentração de partículas retidas para nanopartículas de 3,3 nM (cinza claro) e 6,0 nm (em preto) de diâmetro e os ajustes de decaimentos logarítmicos e meias- vidas associados.[0033] Figure 3b shows a graph of the concentration of retained particles for nanoparticles of 3.3 nM (light gray) and 6.0 nm (in black) in diameter and the associated logarithmic decays and half-lives adjustments.

[0034] A Figura 3c mostra um gráfico da excreção de partículas estimada para nanopartículas de 3,3 nM (cinza claro) e 6,0 nm (em preto) de diâmetro e os ajustes logarítmicos e meias-vidas associados (média ± desvio padrão, n=9 (três camundongos por ponto do tempo)).[0034] Figure 3c shows a graph of the estimated particle excretion for nanoparticles of 3.3 nM (light gray) and 6.0 nm (black) in diameter and the associated logarithmic fits and half-lives (mean ± standard deviation , n=9 (three mice per time point)).

[0035] A Figura 4 mostra a biodistribuição in vivo das nanopartículas em camundongos não portadores de tumor e portadores de tumor com xenoenxertos de C6 subcutâneos. (A) Partículas de sílica sem revestimento; (B) Partículas de RGD PEGuiladas.[0035] Figure 4 shows the in vivo biodistribution of nanoparticles in non-tumor-bearing and tumor-bearing mice with subcutaneous C6 xenografts. (A) Uncoated silica particles; (B) PEGylated RGD particles.

[0036] A Figura 5 mostra dados da ligação específica total para pontos cRGD- e PEG-uilados (isto é, nanopartículas) usando citome- tria de fluxo no canal de Cy5 como uma função do tempo (a) e da concentração de partículas (b).[0036] Figure 5 shows total specific binding data for cRGD- and PEG-ylated spots (i.e., nanoparticles) using flow cytometry in the Cy5 channel as a function of time (a) and particle concentration ( B).

[0037] A Figura 6 mostra o esquema de C dot multimodal para direcionamento e caracterização de αvβ3-integrina.[0037] Figure 6 shows the multimodal C dot scheme for targeting and characterizing αvβ3-integrin.

[0038] Figura 6a. Representação esquemática da nanopartícula de sílica de núcleo e concha 124I-cRGDY-PEG-uilada com superfície carregando radiomarcadores e peptídeos e núcleo contendo moléculas de corante reativas (inserções).[0038] Figure 6a. Schematic representation of 124I-cRGDY-PEG-uyl core-shell silica nanoparticle with surface carrying radiolabels and peptides and core containing reactive dye molecules (insets).

[0039] Figura 6b. Resultados de FCS e ajustes exponenciais únicos para medições de corante Cy5 em solução (em preto), revestido com PEG (PEG-dot, vermelho), e dots com etiqueta de cRGDY revestido com PEG (azul, conjunto de dados vermelhos abaixo) mostrando diferenças do tempo de difusão como resultado de tamanhos hidrodinâmicos variáveis.[0039] Figure 6b. FCS results and single exponential fits for measurements of Cy5 dye in solution (in black), PEG-coated (PEG-dot, red), and PEG-coated cRGDY-tagged dots (blue, red data set below) showing differences of diffusion time as a result of varying hydrodynamic sizes.

[0040] Figura 6c. Tamanhos hidrodinâmicos (média ± desvio padrão, n=15), e comparações do brilho relativo do corante livre com dots revestidos com PEG e dots de cRGDY-PEG derivados a partir das curvas de FCS, junto com as concentrações de corante e partícula correspondentes.[0040] Figure 6c. Hydrodynamic sizes (mean ± standard deviation, n=15), and comparisons of relative brightness of free dye with PEG-coated dots and cRGDY-PEG dots derived from FCS curves, along with corresponding dye and particle concentrations.

[0041] A Figura 7 mostra a purificação e o controle de qualidade de 124I-RGDY-PEG-dots usando cromatografia de coluna de exclusão de tamanho. Radioatividade (coluna da direita) de 124I-RGD-dots e 124I- PEG-dots detectados por contagem Y e intensidade do sinal de fluorescência correspondente (Cy5, coluna da esquerda) de 124I-RGDY- PEG-dots e 124I-PEG-dots em cada fração elutriada.[0041] Figure 7 shows the purification and quality control of 124I-RGDY-PEG-dots using size exclusion column chromatography. Radioactivity (right column) of 124I-RGD-dots and 124I-PEG-dots detected by Y count and corresponding fluorescence signal intensity (Cy5, left column) of 124I-RGDY-PEG-dots and 124I-PEG-dots in each elutriated fraction.

[0042] A Figura 8 mostra estudos da ligação de receptores de in- tegrina competitivos com 124I-cRGDY-PEG-dots, peptídeo cRGDY, e anticorpo anti-αvβ3 usando dois tipos de células.[0042] Figure 8 shows competitive integrin receptor binding studies with 124I-cRGDY-PEG-dots, cRGDY peptide, and anti-αvβ3 antibody using two types of cells.

[0043] Figura 8a. Alta afinidade e ligação específica de 124I- cRGDY-PEG-dots a células M21 por contagem Y. A inserção mostra análise de Scatchard de dados de ligação traçando a proporção da concentração de radioligante ligado a receptor (B) para não ligado (ou livre, F), ou a proporção de ligado para livre, B/F, versus concentração de receptor- receptor ligado, B; a inclinação corresponde à constante de dissociação, Kd.[0043] Figure 8a. High affinity and specific binding of 124I-cRGDY-PEG-dots to M21 cells by Y counting. Inset shows Scatchard analysis of binding data plotting the ratio of receptor-bound radioligand concentration (B) to unbound (or free, F), or the ratio of bound to free, B/F, versus receptor-bound receptor concentration, B; the slope corresponds to the dissociation constant, Kd.

[0044] Figura 8b. Bloqueio de células M21 por receptores de αvβ3- integrina usando citometria de fluxo e excesso de cRGD não radiomar- cado ou anticorpo anti-αvβ3 antes de incubação com cRGDY-PEG-dots.[0044] Figure 8b. Blockade of M21 cells by αvβ3-integrin receptors using flow cytometry and excess non-radiolabeled cRGD or anti-αvβ3 antibody before incubation with cRGDY-PEG-dots.

[0045] Figura 8c. Ligação específica de cRGDY-PEG-dots a células M21 como contra células M21L carecendo de expressão de inte- grina superficial usando citometria de fluxo.[0045] Figure 8c. Specific binding of cRGDY-PEG-dots to M21 cells as against M21L cells lacking surface integrin expression using flow cytometry.

[0046] Figura 8d. Ligação específica de cRGDY-PEG-dots a células HUVEC por citometria de fluxo. Cada barra representa média ± desvio padrão de três replicatas.[0046] Figure 8d. Specific binding of cRGDY-PEG-dots to HUVEC cells by flow cytometry. Each bar represents mean ± standard deviation of three replicates.

[0047] A Figura 9 mostra os perfis farmacocinéticos e de excreção das sondas de partículas direcionadas e não direcionadas.[0047] Figure 9 shows the pharmacokinetic and excretion profiles of the targeted and non-targeted particle probes.

[0048] Figura 9a. Biodistribuição de 124I-cRGDY-PEG-dots em camundongos portadores de tumor M21 em vários momentos a partir de 4 até 168 h pós injeção A inserção mostra um gráfico representativo destes dados para sangue para determinar a meia vida da permanência (TI/2).[0048] Figure 9a. Biodistribution of 124I-cRGDY-PEG-dots in M21 tumor-bearing mice at various time points from 4 to 168 h post injection. The inset shows a representative graph of these data for blood to determine the dwell half-life (TI/2).

[0049] Figura 9b. Biodistribuição de 124I-PEG-dots a partir de 4 até 96 h pós injeção.[0049] Figure 9b. Biodistribution of 124I-PEG-dots from 4 to 96 h post injection.

[0050] Figura 9c. Perfil do clearance de amostras de urina colhidas até 168 horas pós injeção de cRGDY-PEG-dots não radiomarcados (n=3 camundongos, média ± desvio padrão).[0050] Figure 9c. Clearance profile of urine samples collected up to 168 hours after injection of non-radiolabeled cRGDY-PEG-dots (n=3 mice, mean ± standard deviation).

[0051] Figura 9d. % da DI/g cumulativa correspondente para as fezes em intervalos até 168 horas pós injeção (n=4 camundongos). Para estudos da biodistribuição, barras representam a média ± desvio padrão[0051] Figure 9d. % of corresponding cumulative DI/g for feces at intervals up to 168 hours post injection (n=4 mice). For biodistribution studies, bars represent mean ± standard deviation

[0052] A Figura 10 mostra os resultados de teste de toxicidade aguda.[0052] Figure 10 shows the results of the acute toxicity test.

[0053] Figura 10a. Fígado corado com H&E representativo a 400* (fotogramas superiores) e rins corados a 200* (fotogramas inferiores). Os camundongos foram tratados com uma dose única de ou 127I- RGDY-PEG-dots não-radiomarcados ou dots revestidos com 127I-PEG (veículo de controle) através de injeção intravenosa e os órgãos foram coletados 14 dias depois.[0053] Figure 10a. Liver stained with representative H&E at 400* (upper frames) and kidneys stained at 200* (lower frames). Mice were treated with a single dose of either non-radiolabeled 127I-RGDY-PEG-dots or 127I-PEG-coated dots (vehicle control) via intravenous injection and organs were harvested 14 days later.

[0054] Figura 10b. Pesos médios diariamente para cada grupo de tratamento do estudo da toxicidade. A barra de escala na A Figura 10a corresponde a 100 μm.[0054] Figure 10b. Average daily weights for each toxicity study treatment group. The scale bar in Figure 10a corresponds to 100 μm.

[0055] A Figura 11 mostra imagiologia serial por PET in vivo de direcionamento tumor-seletivo.[0055] Figure 11 shows serial in vivo PET imaging of tumor-selective targeting.

[0056] Figura 11a. Imagens por microPET coronal de corpo inteiro típicas em 4 horas pós injeção demonstrando captações tumorais de M21 (à esquerda, seta) e M21L (meio, seta) de 3,6 e 0,7% da DI/g, respectivamente, e aumento da M21 tumor contraste em 24 horas (à direita).[0056] Figure 11a. Typical full-body coronal microPET images at 4 hours post-injection demonstrating tumor uptakes of M21 (left, arrow) and M21L (middle, arrow) of 3.6 and 0.7% ID/g, respectively, and increased M21 tumor contrast at 24 hours (right).

[0057] Figura 11b. Captação in vivo de 124I-cRGDY-PEG-dots em tumores M21 superexpressando αvβ3 integrina (preto, n=7 camundongos) e M21L não-expressando (cinza claro, n=5 camundongos) e 124I- PEG-dots em M21 (cinza escuro, n=5).[0057] Figure 11b. In vivo uptake of 124I-cRGDY-PEG-dots in M21 tumors overexpressing αvβ3 integrin (black, n=7 mice) and non-expressing M21L (light gray, n=5 mice) and 124I-PEG-dots in M21 (dark gray , n=5).

[0058] Figura 11c. Proporções de M21 tumoral para muscular para 124I-cRGDY-PEG-dots (em preto) e 124I-PEG-dots (em cinzento).[0058] Figure 11c. Tumor to muscle M21 ratios for 124I-cRGDY-PEG-dots (in black) and 124I-PEG-dots (in gray).

[0059] Figura 11d. Correlação de captações tumorais de M21 in vivo e ex-vivo de sondas marcadas com cRGDY e não marcadas. Ca- da barra representa a média ± desvio padrão[0059] Figure 11d. Correlation of in vivo and ex-vivo M21 tumor uptakes of cRGDY-labeled and unlabeled probes. Each bar represents the mean ± standard deviation

[0060] A Figura 12 mostra um mapeamento nodal usando imagiologia por fluorescência ótica próxima ao infravermelho multiescala.[0060] Figure 12 shows a nodal mapping using multiscale near-infrared optical fluorescence imaging.

[0061] Figura 12a. Imagiologia por fluorescência de corpo inteiro do sítio tumoral (T) e linfonodos de drenagem inguinais (ILN) e axilares (ALN) e canais linfáticos comunicantes (barra, LC) 1 hora pós injeção em um animal vivo exposto cirurgicamente.[0061] Figure 12a. Whole-body fluorescence imaging of the tumor site (T) and inguinal (ILN) and axillary (ALN) draining lymph nodes and communicating lymphatic channels (bar, LC) 1 hour post injection in a surgically exposed live animal.

[0062] Figura 12b. Imagens de fluorescência correspondentes cor- registradas de luz branca e de alta resolução (linha superior) e imagens de fluorescência somente (linha inferior) revelando a infraestrutu- ra nodal de linfonodos locais e distantes, incluindo vênulas endoteliais altas (HEV). A maior barra de escala em (b) corresponde a 500 μm.[0062] Figure 12b. Corresponding high-resolution, white-light cor-registered fluorescence images (top row) and fluorescence-only images (bottom row) revealing the nodal infrastructure of local and distant lymph nodes, including high endothelial venules (HEV). The largest scale bar in (b) corresponds to 500 μm.

[0063] A Figura 13a mostra a configuração experimental do uso de modelo de melanoma de mini porco espontâneo para mapeamento das bacias dos linfonodos e drenagem linfática regional do sítio de um tumor de melanoma primário conhecido.[0063] Figure 13a shows the experimental setup of using a spontaneous mini pig melanoma model for mapping the lymph node basins and regional lymphatic drainage of the site of a known primary melanoma tumor.

[0064] A Figura 13b mostra imagem de PET de pequeno campo de visão 5 minutos depois de injeção subdérmica de partículas multi- modais (124I-RGD-PEG-dots) em torno do sítio tumoral.[0064] Figure 13b shows a small field of view PET image 5 minutes after subdermal injection of multi-modal particles (124I-RGD-PEG-dots) around the tumor site.

[0065] A Figura 14a mostra PET scan de 18F-fluorodesoxiglucose (18F-FDG) dinâmica de corpo inteiro demonstrando imagens sagitais, coronais, e axiais através do local de doença nodal no pescoço.[0065] Figure 14a shows dynamic whole-body 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) PET scan demonstrating sagittal, coronal, and axial images through the site of nodal disease in the neck.

[0066] A Figura 14 b mostra PET-CT scans de 18F-FDG fundidas demonstrando imagens sagitais, coronais, e axiais através do sítio de doença nodal no pescoço.[0066] Figure 14 b shows fused 18F-FDG PET-CT scans demonstrating sagittal, coronal, and axial images through the site of nodal disease in the neck.

[0067] A Figura 14c mostra a imagem do corpo inteiro do mini porco.[0067] Figure 14c shows the image of the mini pig's entire body.

[0068] A Figura 15 mostra os mesmos conjuntos de imagens que na Figura 14, mas no nível da lesão de melanoma primário, adjacente à coluna vertebral sobre a parte de cima das costas.[0068] Figure 15 shows the same sets of images as in Figure 14, but at the level of the primary melanoma lesion, adjacent to the spine over the upper back.

[0069] A Figura 16a mostra imagens de PET dinâmica de alta resolução depois de injeção subdérmica, em 4 quadrantes de 124I-RGD- PEG-dots sobre o local do tumor durante um período de tempo de 1 hora.[0069] Figure 16a shows high-resolution dynamic PET images after subdermal injection, in 4 quadrants of 124I-RGD-PEG-dots over the tumor site over a period of time of 1 hour.

[0070] A Figura 16b mostra imagens por PET-CT fundidas depois de injeção subdérmica, em 4 quadrantes de 124I-RGD-PEG-dots em torno do sítio tumoral durante um período de tempo de 1 hora.[0070] Figure 16b shows PET-CT images merged after subdermal injection, in 4 quadrants of 124I-RGD-PEG-dots around the tumor site over a period of time of 1 hour.

[0071] A Figura 16c mostra imagiologia de Cy5 (imagem superior), o linfonodo ressecado (segunda imagem superior), e coloração por H&E (duas imagens inferiores).[0071] Figure 16c shows Cy5 imaging (top image), the resected lymph node (second top image), and H&E staining (bottom two images).

[0072] A Figura 17 mostra um esquema para uma nanopartícula com um corante fluorescente dentro do núcleo e um revestimento superficial de PEG. A nanopartícula é decorada com ligações triplas para "química de click" ("click chemistry') subsequente com tanto DFO quanto Tyr3-octreotato funcionalizados com grupamentos de azida.[0072] Figure 17 shows a schematic for a nanoparticle with a fluorescent dye inside the core and a PEG surface coating. The nanoparticle is decorated with triple bonds for subsequent "click chemistry" with both DFO and Tyr3-octreotate functionalized with azide groups.

[0073] A Figura 18 mostra estruturas de derivado de PEG. Reações químicas de rotina são usadas para a produção do PEG funcio- nalizado com ligações triplas, o qual vai ser então anexado de modo covalente à nanopartícula através do grupamento de silano.[0073] Figure 18 shows PEG derivative structures. Routine chemical reactions are used to produce PEG functionalized with triple bonds, which will then be covalently attached to the nanoparticle through the silane group.

[0074] A Figura 19 mostra estruturas de derivados de DFO.[0074] Figure 19 shows structures of DFO derivatives.

[0075] A Figura 20a mostra estruturas de Tyr3-octreotato.[0075] Figure 20a shows structures of Tyr3-octreotate.

[0076] A Figura 20b mostra a síntese do ácido contendo azida pa ra incorporação em Tyr3-Octreotato.[0076] Figure 20b shows the synthesis of the azide-containing acid for incorporation into Tyr3-Octreotate.

[0077] A Figura 21a mostra um esquema da produção de nanopartícula funcionalizada com um corante fluorescente próximo ao infravermelho dentro de seu núcleo, um revestimento superficial de PEG, quelatos de DFO e Tyr3-octreotato.[0077] Figure 21a shows a schematic of the production of functionalized nanoparticle with a near-infrared fluorescent dye inside its core, a surface coating of PEG, DFO chelates and Tyr3-octreotate.

[0078] A Figura 21b mostra um esquema da produção de uma multimodalidade 89Zr-com etiqueta de nanopartícula (PET e fluorescência) decorada com Tyr3-octreotato.[0078] Figure 21b shows a schematic of the production of a multimodality 89Zr-labeled nanoparticle (PET and fluorescence) decorated with Tyr3-octreotate.

[0079] A Figura 21c mostra a ligação de tetrazina - norborneno.[0079] Figure 21c shows the tetrazine - norbornene bond.

[0080] A Figura 21d mostra um esquema da estratégia para a criação de nanopartículas radiomarcadas de núcleo e concha usando a ligação de tetrazina - norborneno.[0080] Figure 21d shows a schematic of the strategy for creating radiolabeled core and shell nanoparticles using the tetrazine - norbornene linkage.

[0081] A Figura 21e mostra um esquema da estratégia para a criação de nanopartículas radiomarcadas de núcleo e concha direcionadas por peptídeo usando a ligação de tetrazina - norborneno. São mostrados tanto caminhos de uma etapa (na qual o complexo de que- lador - norborneno pré-metalado é reagido com a partícula) quanto de duas etapas (na qual o quelador é metalado depois de conjugação).[0081] Figure 21e shows a schematic of the strategy for creating peptide-targeted core-shell radiolabeled nanoparticles using the tetrazine - norbornene linkage. Both one-step (in which the pre-metalated chelator-norbornene complex is reacted with the particle) and two-step (in which the chelator is metalated after conjugation) pathways are shown.

[0082] A Figura 22 mostra imagens microscópicas demonstrando a co-localização entre nanopartículas de cRGF-PEG e lysotracker red no caminho endocitótico.[0082] Figure 22 shows microscopic images demonstrating the co-localization between cRGF-PEG nanoparticles and lysotracker red in the endocytotic pathway.

[0083] Figuras 23a a 23i Mapeamento de SLN (linfonodo sentinela) guiado por imagem: Pre-operative PET imagiologia. (a,b) Imagens axiais por CT revelam uma massa de tecido mole pélvico à esquerda (a, seta) e linfonodo sentinela do franco esquerdo (b, seta). (c,d) Imagens axiais por 18F-FDG mostram atividade localizada dentro do tumor (c, seta) e linfonodo sentinela do franco esquerdo (d, seta) depois de injeção de rastreador i.v.. Imagens de PET-CT co-registradas (e) axial e (f) coronal de 124I-cRGDY-PEG-C dot mostram o sítio da local injeção em torno da lesão pélvica (e, seta). Imagens de PET-CT co- registradas (g) axial e (h) coronal correspondentes localizam a atividade para o linfonodo sentinela (g, seta). (i) Níveis de radioatividade do tumor primário, linfonodo sentinela (in vivo, ex vivo), e um sítio remoto do tumor primário (isto é, fundo), usando uma sonda gama portátil.[0083] Figures 23a to 23i Image-guided SLN (sentinel lymph node) mapping: Pre-operative PET imaging. (a,b) Axial CT images reveal a left pelvic soft tissue mass (a, arrow) and left frank sentinel lymph node (b, arrow). (c,d) Axial 18F-FDG images show localized activity within the tumor (c, arrow) and left frank sentinel lymph node (d, arrow) after i.v. tracer injection. Co-registered PET-CT images (e ) Axial and (f) coronal 124I-cRGDY-PEG-C dots show the injection site around the pelvic lesion (e, arrow). Corresponding co-registered (g) axial and (h) coronal PET-CT images localize activity to the sentinel lymph node (g, arrow). (i) Radioactivity levels of the primary tumor, sentinel lymph node (in vivo, ex vivo), and a site remote from the primary tumor (i.e., background), using a portable gamma probe.

[0084] Figuras 24a a 24q Mapeamento do linfonodo sentinela (SLN) guiado por imagem: Imagiologia ótica intraoperatória em tempo real com histologia correlativa. Mapeamento do linfonodo sentinela in- traoperatório foi realizado sobre o animal mostrado nas Figuras 23a a 23i. (a-i) Imagiologia ótica próxima ao infra-vermelho de dois canais da bacia nodal exposta. Injeção local de partículas incorporadas com Cy5.5 apresentadas em modelo de duplo canal (a) cor RGB e (b) canais fluorescentes próximos ao infra-vermelho (em branco). (c-f) Drenagem de linfáticos distal ao sítio de injeção. Sinal de fluorescência dentro dos principais canais linfáticos de drenagem proximal (c, d), média (e), e distal (f) (setas) se estendendo em direção ao linfonodo sentinela ('N'). Canais de menor calibre também são mostrados (pontas de setas). Imagens do SLN apresentadas nos canais (g) colorido e (h) próximos ao infra-vermelho. (i) Imagem do SLN exposto. (j-m) Imagens de SLN nos canais colorido e próximos ao infra-vermelho durante (j,k) e depois da (l,m) excisão, respectivamente. (n) Visão de baixa potência de SLN corado com H&E mostra aglomerado de células pig- mentadsas (caixa preta) (barra = 1 mm). (o) Maior ampliação de (n) revela células de melanoma pigmentadas arredondadas e melanófa- gos (barra = 50 μm). (p) Visão de baixa potência de SLN corado com HMB45 confirma a presença de metástases (caixa preta, bar=500 μm). (q) Maior ampliação em (p) revela aglomerados de células de melanoma expressando HMB45+ (barra = 100 μm).[0084] Figures 24a to 24q Image-guided sentinel lymph node (SLN) mapping: Real-time intraoperative optical imaging with correlative histology. Intraoperative sentinel lymph node mapping was performed on the animal shown in Figures 23a to 23i. (a-i) Near-infrared optical imaging of two exposed nodal basin channels. Local injection of Cy5.5-incorporated particles presented in a dual-channel model (a) RGB color and (b) near-infrared fluorescent channels (in white). (c-f) Lymphatic drainage distal to the injection site. Fluorescence signal within the main proximal (c, d), middle (e), and distal (f) draining lymphatic channels (arrows) extending towards the sentinel lymph node ('N'). Smaller caliber channels are also shown (arrowheads). Images of the SLN presented in the (g) color and (h) near-infrared channels. (i) Image of the exposed SLN. (j-m) SLN images in color and near-infrared channels during (j,k) and after (l,m) excision, respectively. (n) Low power view of H&E stained SLN shows cluster of pigmented cells (black box) (bar = 1 mm). (o) Higher magnification of (n) reveals round pigmented melanoma cells and melanophages (bar = 50 μm). (p) Low power view of SLN stained with HMB45 confirms the presence of metastases (black box, bar=500 μm). (q) Higher magnification in (p) reveals clusters of melanoma cells expressing HMB45+ (bar = 100 μm).

[0085] Figuras 25a a 25k Discriminação de inflamação de doença metastática: Comparação de rastreadores de dots de 18F-FDG e 124I- cRGDY-PEG C. (a-d) Imagiologia de alterações inflamatórias usando 18F-FDG-PET com correlação tecidual. (a) Varredura por CT axial do estudo de 18F-FDG-PET mostra calcificação dentro do pescoço posterior esquerdo (setas). (b) 18F-FDG PET-CT axial fundida revela atividade hipermetabólica neste mesmo sítio (setas). Aumento do sinal de PET também é visto em estruturas ósseas metabolicamente ativas (asteriscos). (c) Low- e (d) visões de maior potência de tecido calcificado corado com H&E demonstram extensiva infiltração de células inflamatórias. (e-k) Detecção de doença metastática depois de injeção de dots de 124I-cRGDY-PEG C em torno do sítio tumoral. (e) Varredura por CT axial pré-injeção de dots de 124I-cRGDY-PEG-C mostra tecidos moles calcificados dentro do pescoço posterior (setas). (f) PET-CT co- registrada não mostra atividade evidente correspondentes a áreas calcificadas (seta), mas demonstra um linfonodo hipermetabólico à direita (ponta de seta). (g) CT axial em um nível mais superior mostra linfonodos (pontas de setas) bilateralmente e um foco calcificado (seta). (h) PET-CT fundida demonstra linfonodos ávidos por PET (N) e drenagem linfática (seta curvada). Calcificação não mostra nenhuma atividade (seta). (i) Vistas Low- e (j) visões de alta potência confirmam a presença de metástases nodais. (k) ÚNico frame de uma reconstrução de imagem de PET tridimensional (3D) mostra múltiplos linfonodos metas- táticos bilaterais (pontas de setas) e canais linfáticos (seta). A atividade da bexiga é vista sem acumulação de rastreador significativa no fígado. Barras de escala: 500 μm (c, d); 100 μm (i, j).[0085] Figures 25a to 25k Discrimination of inflammation from metastatic disease: Comparison of 18F-FDG and 124I-cRGDY-PEG C dot tracers. (a-d) Imaging of inflammatory changes using 18F-FDG-PET with tissue correlation. (a) Axial CT scan from 18F-FDG-PET study shows calcification within the left posterior neck (arrows). (b) Axial fused 18F-FDG PET-CT reveals hypermetabolic activity at this same site (arrows). Increased PET signal is also seen in metabolically active bone structures (asterisks). (c) Low- and (d) higher power views of calcified tissue stained with H&E demonstrate extensive inflammatory cell infiltration. (e-k) Detection of metastatic disease after injection of 124I-cRGDY-PEG C dots around the tumor site. (e) Pre-injection axial CT scan of 124I-cRGDY-PEG-C dots shows calcified soft tissue within the posterior neck (arrows). (f) Co-registered PET-CT shows no evident activity corresponding to calcified areas (arrow), but demonstrates a hypermetabolic lymph node on the right (arrowhead). (g) Axial CT at a more superior level shows lymph nodes (arrowheads) bilaterally and a calcified focus (arrow). (h) Fused PET-CT demonstrates PET-avid lymph nodes (N) and lymphatic drainage (curved arrow). Calcification shows no activity (arrow). (i) Low- and (j) high-power views confirm the presence of nodal metastases. (k) Single frame of a three-dimensional (3D) PET image reconstruction shows multiple bilateral metastatic lymph nodes (arrowheads) and lymphatic channels (arrow). Bladder activity is seen without significant tracer accumulation in the liver. Scale bars: 500 μm (c, d); 100 μm (i, j).

[0086] As Figuras 26a a 26c mostra PET-CT 3D Integrada de dots de 18F-FDG e 124I-cRGDY-PEG-C. (a-c) Imagens renderizadas de Volume 3D foram geradas a partir de dados de imagiologia por CT e PET mostrados nas Figuras 7a a 7k. (a) Imagem de fusão de PET-CT (vista coronal) não mostra metástases nodais evidentes (asteriscos). É identificado aumento da atividade dentro de estruturas ósseas. (b, c) Imagens de fusão de PET-CT de alta resolução mostrando vistas coronal (b) e superior (c) de linfonodos metastáticos bilaterais (setas abertas) e canais linfáticos (setas curvadas) dentro do pescoço depois de injeção de rastreador de partículas local.[0086] Figures 26a to 26c show Integrated 3D PET-CT of 18F-FDG and 124I-cRGDY-PEG-C dots. (a-c) 3D Volume rendered images were generated from CT and PET imaging data shown in Figures 7a to 7k. (a) PET-CT fusion image (coronal view) shows no obvious nodal metastases (asterisks). Increased activity within bone structures is identified. (b,c) High-resolution PET-CT fusion images showing coronal (b) and superior (c) views of bilateral metastatic lymph nodes (open arrows) and lymphatic channels (curved arrows) within the neck after tracer injection. local particles.

[0087] Figuras 27a a 27o. Avaliação da resposta ao tratamento depois de ablação por radiofrequência (RFA) usando dots de 124I- cRGDY-PEG-C. (a-c) Localização do linfonodo sentinela por radiotra- çador de partículas de dose única. (a) Imagens por CT coronal basal (ponta de seta branca), (b) por PET (ponta de seta preta), e (c) por PET-CT fundida (ponta de seta branca) depois de uma injeção peritu- moral. (b-d) Atividade do rastreador de partículas tumoral. (b) Massa pélvica esquerda exofítica ávida por PET (black seta). (c, d) Imagens por PET-CT combinadas mostrando uma lesão hipermetabólica (seta branca) e fluxo de rastreador de partícula dentro de um canal linfático de drenagem (asterisco) para o linfonodo sentinela (seta curvada). (e,f) Imagens por CT axial pré-ablação localizam o linfonodo sentinela (e, ponta de seta branca) antes de colocação de eletrodo de RFA (f, seta) dentro do linfonodo (mira abaixo). (g) PET-CT fundida pré-ablação revela aumento da atividade do linfonodo sentinela (posterior a miras). (h) PET-CT scan pós-ablação mostra atividade brandamente reduzida no sítio do linfonodo sentinela, anterior à ponta da agulha. (i) Coloração por H&E pré-ablação correspondente de tecido da biópsia do núcleo do linfonodo sentinela confirma infiltração tumoral pigmentada (barra = 200 μm). (j) Alta ampliação de área dentro de caixa em (i) revela grandes aglomerados de células de melanoma pigmentados e arredondados (barra = 50 μm). (k) Coloração por H&E pós-ablação mostra alterações necróticas dentro de um linfonodo parcialmente infiltrado por tumor (caixa) e hemorragias multifocais (barra = 500 μm). (l) Alta ampliação de (k) revela significativa necrose tecidual (pontas de setas) dentro do linfonodo metastático, além de tecido linfoide (barra = 50 μm). (m) Coloração por TUNEL de linfonodo sentilena metastático antes da ablação (barra = 20 μm). (n) Coloração por TUNEL pós- ablação demonstrando áreas focais de necrose com focos de tumor espalhados adjacentes e tecido nodal normal (NT) (barra = 500 μm). (o) Alta ampliação de área dentro de caixa em (n) mostra coloração por TUNEL positiva, consistente com necrose (barra = 20 μm).[0087] Figures 27a to 27o. Assessment of treatment response after radiofrequency ablation (RFA) using 124I-cRGDY-PEG-C dots. (a-c) Location of the sentinel lymph node by single-dose particle radiotracer. (a) Basal coronal CT (white arrowhead), (b) PET (black arrowhead), and (c) fused PET-CT (white arrowhead) images after a peritumoral injection. (b–d) Tumor particle tracker activity. (b) PET avid exophytic left pelvic mass (black arrow). (c, d) Combined PET-CT images showing a hypermetabolic lesion (white arrow) and particle tracer flow within a draining lymphatic channel (asterisk) to the sentinel lymph node (curved arrow). (e,f) Pre-ablation axial CT images localize the sentinel lymph node (e, white arrowhead) before RFA electrode placement (f, arrow) within the lymph node (crosshairs below). (g) Pre-ablation fused PET-CT reveals increased sentinel lymph node activity (posterior to mira). (h) Post-ablation PET-CT scan shows mildly reduced activity at the sentinel lymph node site, anterior to the needle tip. (i) Corresponding pre-ablation H&E staining of sentinel lymph node core biopsy tissue confirms pigmented tumor infiltration (bar = 200 μm). (j) High magnification of boxed area in (i) reveals large clusters of rounded, pigmented melanoma cells (bar = 50 μm). (k) Post-ablation H&E staining shows necrotic changes within a partially tumor-infiltrated lymph node (box) and multifocal hemorrhages (bar = 500 μm). (l) High magnification of (k) reveals significant tissue necrosis (arrowheads) within the metastatic lymph node in addition to lymphoid tissue (bar = 50 μm). (m) TUNEL staining of metastatic sentinel lymph node before ablation (bar = 20 μm). (n) Post-ablation TUNEL staining demonstrating focal areas of necrosis with adjacent scattered tumor foci and normal nodal tissue (NT) (bar = 500 μm). (o) High magnification of boxed area in (n) shows positive TUNEL staining, consistent with necrosis (bar = 20 μm).

[0088] Figuras 28A a 28C. Plataforma de nanopartículas de sílica híbrida de núcleo e concha (dots de 124I-cRGDY-PEG-C) e visão geral do esquema do estudo. (A) Representação esquemática sonda de imagiologia inorgânica híbrida (PET-ótica) (à direita) mostrando o contendo núcleo corante vermelho profundo e cadeias de polietileno glicol (PEG) anexado à superfície que carregam ligantes peptídicos de cRGDY e radiomarcadores para detecção de tumores expressando αvβ3 integrina humana (à esquerda). (B) Espectros combinados por absorção (esquerda: curvas vermelha, preta) e espectros de emissão (direita) para corantes livres (curva azul) e encapsulados (curva verde) revelando aumentada fluorescência de fluoróforos encapsulados. (C) Linha do tempo de eventos do teste clínico. Biol specs, amostras biológicas (sangue, urina).[0088] Figures 28A to 28C. Core-shell hybrid silica nanoparticle platform (dots of 124I-cRGDY-PEG-C) and study schematic overview. (A) Schematic representation of hybrid inorganic imaging probe (PET-optics) (right) showing the core containing deep red dye and polyethylene glycol (PEG) chains attached to the surface that carry cRGDY peptide ligands and radiolabels for detection of tumors expressing Human αvβ3 integrin (left). (B) Combined absorption spectra (left: red, black curves) and emission spectra (right) for free (blue curve) and encapsulated (green curve) dyes revealing enhanced fluorescence of encapsulated fluorophores. (C) Timeline of clinical trial events. Biol specs, biological samples (blood, urine).

[0089] Figuras 28D a 28E. Distribuição de corpo inteiro e farmaco- cinética de dots de 124I-cRGDY-PEG-C. (D) Imagens de PET de projeção de máxima intensidade (MIP) em 2 horas (esquerda), 24 horas (meio) e 72 horas (direita) pós injeção de dots de 124I-cRGDY-PEG-C revelam a atividade na bexiga (*), no coração (seta amarela), e no intestino (ponta de seta branca). (E) A percentagem de dose injetada por grama corrigida pelo decaimento (% da DI/g) de urina e plasma coletados em aproximadamente 30 min, 4 h, 24 h e 72 h depois de injeção das partículas foi determinada por contagem de raios gama; gráficos individuais foram gerados para cada paciente. Foram desenhados ROIs sobre os órgãos principais para varreduras por PET de cada paciente para cada paciente de modo a derivar os valores de captação padronizados e a % da DI/g.[0089] Figures 28D to 28E. Whole-body distribution and pharmacokinetics of 124I-cRGDY-PEG-C dots. (D) Maximum intensity projection (MIP) PET images at 2 hours (left), 24 hours (middle), and 72 hours (right) post injection of 124I-cRGDY-PEG-C dots reveal activity in the bladder ( *), in the heart (yellow arrow), and in the intestine (white arrowhead). (E) The percentage of injected dose per gram corrected for decay (% ID/g) of urine and plasma collected approximately 30 min, 4 h, 24 h and 72 h after particle injection was determined by gamma ray counting; Individual graphs were generated for each patient. ROIs were drawn over the major organs for each patient's PET scans for each patient to derive standardized uptake values and % DI/g.

[0090] Figura 29 Análises metabólicas de amostras biológicas. (A, B) Concentrações de atividade dependente do tempo (% da DI/gx100) no plasma e na urina, respectivamente, corrigidas pelo decaimento para o momento da injeção. (C a H) RadioTLC (4:1 de ácido acético : metanol como fase móvel) de amostras de plasma e urina (contagens por minuto, cpm, corrigidas pelo decaimento). (C a E) Cromatogramas do plasma mostram um único pico em 0,5 hora (C), 3 horas (D) e 24 horas (E) pós injeção (F a H). Cromatogramas de amostras de urina revelam dois picos em 0,5 hora (F), 3 horas (G), 24 horas (H) pós injeção. Inserções (G, H) apresentam respectivo dados escalados para um máximo de 50 cpm. (I a K) Cromatogramas de padrões: injetado (I), peptídeo radio-iodado (131I) (J) e 131I livre (K). Linhas verticais discriminam picos correspondentes ao rastreador de partícula (traços longos; Rf = 0,04), 131I-cRGDY (traços curtos; Rf = 0,2) e 131I (pontilhado; Rf= 0,7).[0090] Figure 29 Metabolic analyzes of biological samples. (A, B) Time-dependent activity concentrations (% DI/gx100) in plasma and urine, respectively, corrected for decay for the time of injection. (C to H) RadioTLC (4:1 acetic acid : methanol as mobile phase) of plasma and urine samples (counts per minute, cpm, decay corrected). (C to E) Plasma chromatograms show a single peak at 0.5 hour (C), 3 hours (D), and 24 hours (E) post injection (F to H). Chromatograms of urine samples reveal two peaks at 0.5 hour (F), 3 hours (G), 24 hours (H) post injection. Insets (G, H) present respective data scaled to a maximum of 50 cpm. (I to K) Chromatograms of standards: injected (I), radioiodinated peptide (131I) (J) and free 131I (K). Vertical lines discriminate peaks corresponding to particle tracker (long dashes; Rf = 0.04), 131I-cRGDY (short dashes; Rf = 0.2), and 131I (dotted; Rf = 0.7).

[0091] Figura 30 Biodistribuição de imagiologia de partícula por PET-CT de corpo inteiro e captação tumoral preferencial depois de injeção sistêmica de dots de 124I-cRGDY-PEG-C (A) CT coronal reformatada demonstra uma metástase do lobo hepático esquerdo hipodensa e bem definida (ponta de seta). (B) Imagem por PET coronal em 4 horas depois de injeção demonstra atividade aumentada ao longo do aspecto periférico do tumor (ponta de seta), além da bexiga, do trato gastrointestinal (estômago, intestinos), da vesícula biliar, e do coração. (C) PET-CT co-registrada localiza a atividade para a margem tumoral.[0091] Figure 30 Whole-body PET-CT particle imaging biodistribution and preferential tumor uptake after systemic injection of 124I-cRGDY-PEG-C dots (A) Reformatted coronal CT demonstrates a hypodense and hypodense left hepatic lobe metastasis well defined (arrowhead). (B) Coronal PET imaging at 4 hours after injection demonstrates increased activity throughout the peripheral aspect of the tumor (arrowhead), in addition to the bladder, gastrointestinal tract (stomach, intestines), gallbladder, and heart. (C) Coregistered PET-CT localizes activity to the tumor margin.

[0092] Figura 31 Imagiologia de captação de partícula multimodal em uma lesão da pituitária. (A a B) Imagens por MR axial (A) e sagital (B) reforçadas por contraste multiplanares em 72 horas pós injeção demonstram um foco cístico subcentímetro (setas) dentro do aspecto direito da glândula pituitária anterior. (C a D) Imagens por MRI-PET co- registradas axial (C) e sagital (D) revelam atividade focal aumentada (vermelho) localizada para o sítio de lesão. (E a F) Imagens por PET- CT axial (E) e sagital (F) localizam atividade para o aspecto direito da sela. (G a I) Imagens por PET axial em 3 horas (G), 24 horas (H) e 72 horas (I) pós injeção demonstram progressiva acumulação de atividade (SUVmax) dentro da região selar junto com um declínio correspon-dente na atividade de fundo em torno da lesão. (J) Proporções de atividade tumoral para cerebral (T/B) e tumoral para hepática (T/L) au- mentando como uma função dos tempos pós injeção.[0092] Figure 31 Multimodal particle uptake imaging in a pituitary lesion. (A to B) Multiplanar contrast-enhanced axial (A) and sagittal (B) MR images at 72 hours post injection demonstrate a subcentimeter cystic focus (arrows) within the right aspect of the anterior pituitary gland. (C to D) Co-registered axial (C) and sagittal (D) MRI-PET images reveal increased focal activity (red) localized to the site of injury. (E to F) Axial (E) and sagittal (F) PET-CT images localize activity to the right aspect of the sella. (G to I) Axial PET images at 3 hours (G), 24 hours (H) and 72 hours (I) post injection demonstrate progressive accumulation of activity (SUVmax) within the sellar region along with a corresponding decline in activity background around the lesion. (J) Ratios of tumor to brain (T/B) and tumor to liver (T/L) activity increasing as a function of post-injection times.

[0093] Figura 32. Estrutura do peptídeo N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys- ReCCMSH (ou alfa MSH) usado para conjugação de nanopartícula.[0093] Figure 32. Structure of the N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (or alpha MSH) peptide used for nanoparticle conjugation.

[0094] Figura 33. Estrutura da molécula de direcionamento de Re- CCMSH original.[0094] Figure 33. Structure of the original Re-CCMSH targeting molecule.

[0095] Figuras 34A e 34B. Estudos de ligação competitiva usando um agonista de receptor de melanocortina-1 (125I-NDP). Partículas conjugadas a N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (ou alfa-MSH) (Figura 34A) tiveram maior afinidade por células de melanoma B16/F1 cultivadas do que uma versão da molécula de sequência misturada (Figura 34B).[0095] Figures 34A and 34B. Competitive binding studies using a melanocortin-1 receptor agonist (125I-NDP). Particles conjugated to N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (or alpha-MSH) (Figure 34A) had greater affinity for cultured B16/F1 melanoma cells than a version of the scrambled sequence molecule ( Figure 34B).

[0096] Figuras 35A e 35B. Dados de dose-resposta foram obtidos como uma função das concentrações de partículas direcionadas (Figura 35A) e dos tempos de incubação (Figura 35B) para ambas as linhagens de células de melanoma B16F10 e M21.[0096] Figures 35A and 35B. Dose-response data were obtained as a function of targeted particle concentrations (Figure 35A) and incubation times (Figure 35B) for both B16F10 and M21 melanoma cell lines.

[0097] Figura 36. Estudos da sobrevida de células M21 humanas, realizado sobre uma faixa de concentrações de partículas por um tempo de incubação fixo de 48 horas não demonstrou nenhuma perda significativa da viabilidade celular.[0097] Figure 36. Survival studies of human M21 cells, carried out over a range of particle concentrations for a fixed incubation time of 48 hours, did not demonstrate any significant loss of cell viability.

[0098] Figuras 37A e 37B. Nanopartículas conjugadas a alfa-MSH 125I-radiomarcadas demonstraram excreção em grande parte renal durante um período de 24 horas tanto em modelos de xenoenxerto muri- no M21 quanto B16F10.[0098] Figures 37A and 37B. 125I-Radiolabeled alpha-MSH-conjugated nanoparticles demonstrated largely renal excretion over a 24-hour period in both M21 and B16F10 murine xenograft models.

[0099] Figuras 38A e 38B. Nem modelos de xenoenxerto murino M21 nem B16F10 mostraram significativa acumulação da sonda de partículas direcionadas no sistema retículo endotelial (isto é, não um agente do sistema retículo endotelial), nem no rim.[0099] Figures 38A and 38B. Neither M21 nor B16F10 murine xenograft models showed significant accumulation of the targeted particle probe in the reticuloendothelial system (i.e., not an agent of the reticuloendothelial system) nor in the kidney.

[00100] Figura 39. Ligação competitiva de receptores de integrina e captação dependente da temperatura usando dots de cRGDY-PEG-C e anticorpo anti-αvβ3 para 2 tipos celulares. A. Ligação específica e captação de dots de cRGDY-PEG-C em células M21 como uma função da temperatura (4° C., 25° C., 37° C.) e concentração (25 nM, 100 nM) usando anticorpo de receptor anti-αvβ3 integrina e citometria de fluxo. As concentrações de anticorpo de receptor anti-αvβ3 integrina foram 250 vezes (isto é, 250x) a concentração de partículas. B. Captação de dots de cRGDY-PEG-C em células M21, como contra células M21L carecendo de expressão de integrina superficial normal por citometria de fluxo. C. Captação de partícula seletiva em células HU- VECs usando anticorpo de receptor anti-αvββ integrina e citometria de fluxo. D. Teste de colocalização de dots de cRGDY-PEG-C (1 μM, vermelho) com marcadores endocíticos (transferrina-Alexa-488, FITC- dextrano, verde) e lisossômicos (LysoTracker Red) depois de 4 h de incubação de partículas usando células M21. Vesículas colocalizadas (amarelo), contracorante da Hoechst (azul). Barra de escala = 15 μm. Cada ponto de dados (A a C) representa a média ± desvio padrão de 3 replicatas.[00100] Figure 39. Competitive binding of integrin receptors and temperature-dependent uptake using cRGDY-PEG-C dots and anti-αvβ3 antibody for 2 cell types. A. Specific binding and uptake of cRGDY-PEG-C dots in M21 cells as a function of temperature (4° C., 25° C., 37° C.) and concentration (25 nM, 100 nM) using anti-αvβ3 integrin receptor and flow cytometry. Anti-αvβ3 integrin receptor antibody concentrations were 250 times (i.e., 250x) the particle concentration. B. Uptake of cRGDY-PEG-C dots in M21 cells, as against M21L cells lacking normal surface integrin expression by flow cytometry. C. Selective particle uptake in HU-VECs cells using anti-αvββ integrin receptor antibody and flow cytometry. D. Co-localization test of cRGDY-PEG-C dots (1 μM, red) with endocytic (transferrin-Alexa-488, FITC-dextran, green) and lysosomal (LysoTracker Red) markers after 4 h particle incubation using M21 cells. Co-localized vesicles (yellow), Hoechst counterstain (blue). Scale bar = 15 μm. Each data point (A to C) represents the mean ± standard deviation of 3 replicates.

[00101] Figura 40. Níveis de expressão de FAK, Src, MEK, Erk1/2, e Akt fosforiladas em células M21. A. O complexo FAK/Src transduz sinais a partir de receptores superficiais de células de integrina através da ativação de caminhos de sinalização a jusante (PI3K-Akt, Ras- MAPK) para provocar uma faixa de respostas biológicas (as caixas indicam intermediários de proteína avaliados). B. Western blots dos níveis de expressão de proteína fosforilada e de proteína total de intermediários de caminhos chave depois de exposição (2 h, 37° C.) de células M21 sincronizadas por fase G0/G1 a cRGDY-PEG-C-dots de 100 nM em relação a células em meio privado de soro (0,2% de FBS) (isto é, controle). Depois de tripsinização das células e ressuspensão do pélete em tampão de lise, as proteínas foram resolvidas por gradiente a 4 a 12% de SDS-PAGE e analisadas por anticorpos anti-FAK 397, pFAK 576/577, p-Src, pMEK, pErk1/2, e pAkt. Anticorpos contra FAK, Src, MEK, Erk, e Akt também foram usados para detectar a quantidade de proteína total. C. Sumário gráfico da percentagem de alterações da intensidade de sinal em proteína fosforilada para proteína total (Adobe Photoshop CS2; vide Methods) para células expostas a partículas versus células privadas de soro. GF, fatores de crescimento; EC, célula endotelial; ECM, matriz extracelular.[00101] Figure 40. Expression levels of FAK, Src, MEK, Erk1/2, and phosphorylated Akt in M21 cells. A. The FAK/Src complex transduces signals from integrin cell surface receptors through activation of downstream signaling pathways (PI3K-Akt, Ras-MAPK) to elicit a range of biological responses (boxes indicate protein intermediates evaluated). B. Western blots of phosphorylated protein and total protein expression levels of key pathway intermediates after exposure (2 h, 37° C.) of G0/G1 phase-synchronized M21 cells to cRGDY-PEG-C-dots of 100 nM relative to cells in serum-deprived medium (0.2% FBS) (i.e., control). After trypsinization of the cells and resuspension of the pellet in lysis buffer, proteins were resolved by 4 to 12% gradient SDS-PAGE and analyzed by antibodies anti-FAK 397, pFAK 576/577, p-Src, pMEK, pErk1 /2, and pAkt. Antibodies against FAK, Src, MEK, Erk, and Akt were also used to detect the amount of total protein. C. Graphical summary of the percentage of signal intensity changes in phosphorylated protein to total protein (Adobe Photoshop CS2; see Methods) for particle-exposed cells versus serum-deprived cells. GF, growth factors; EC, endothelial cell; ECM, extracellular matrix.

[00102] Figura 41. Estudos de indução e inibição da sinalização em células M21 usando PF-573228 (PF-228), um inibidor de FAK. A. Western blots dos níveis de expressão de proteína fosforilada e total usando o processo precedente da Figura 2 com a adição de 250 nM ou 500 nM de PF-228 (0,5 h, 37° C.) a células antes de exposição a partículas. B. Sumário da percentagem das alterações da intensidade dos níveis de expressão de proteína fosforilada para total em células expostas a partículas versus células de controle com e sem PF-228.[00102] Figure 41. Signaling induction and inhibition studies in M21 cells using PF-573228 (PF-228), a FAK inhibitor. A. Western blots of phosphorylated and total protein expression levels using the preceding procedure of Figure 2 with the addition of 250 nM or 500 nM PF-228 (0.5 h, 37° C.) to cells before exposure to particles. B. Summary of percentage changes in intensity from phosphorylated to total protein expression levels in particle-exposed cells versus control cells with and without PF-228.

[00103] Figura 42. Efetio de dots de cRGDY-PEG-C sobre a migração celular de M21 usando imagiologia de lapso de tempo. A. Alterações dependentes do tempo na migração celular usando placas revestidas com colágeno ORIS® para uma faixa de concentrações de partículas (0 a 400 nM; 37° C.) em meio RPMI 1640 suplementado com 0,2% de FBS, como contra meio suplementado isolado (controles). As imagens foram capturadas em tempo t = 0 (pré-migração) e em intervalos subsequentes de 24 h depois de remoção do obturador por um microscópio invertido Zeiss Axiovert 200M (objetiva de 5x/0.25NA) e um módulo de varredura por deslizamento (Metamorph® Microscopy Automation & Image Analysis Software) por um total de 96 horas. B. Representação gráfica de alterações na área média de fechamento (%) como uma função da concentração usando o software ImageJ. A área média de fechamento representa a diferença nas áreas demarcadas pela borda de células avançando (pixels) em pontos do tempo arbitrários e depois de remoção do obturador (t = 0), dividida pela última área. Amostras em quadruplicata foram testadas estatisticamente para cada grupo usando um t-teste uni-caudado: *, p=0,011; **, p=0,049; ***, p=0,036. Barras de escala = 100 μm e 33 μm (imagens amplificadas de x e xv).[00103] Figure 42. Effect of cRGDY-PEG-C dots on M21 cell migration using time-lapse imaging. A. Time-dependent changes in cell migration using ORIS® collagen-coated plates for a range of particle concentrations (0 to 400 nM; 37° C.) in RPMI 1640 medium supplemented with 0.2% FBS, as counter medium supplemented alone (controls). Images were captured at time t = 0 (pre-migration) and at subsequent 24 h intervals after shutter removal by a Zeiss Axiovert 200M inverted microscope (5x/0.25NA objective) and a sliding scanning module (Metamorph ® Microscopy Automation & Image Analysis Software) for a total of 96 hours. B. Graphical representation of changes in mean closure area (%) as a function of concentration using ImageJ software. The average closure area represents the difference in areas demarcated by the advancing cell border (pixels) at arbitrary time points and after shutter removal (t = 0), divided by the latter area. Quadruplicate samples were statistically tested for each group using a one-tailed t-test: *, p=0.011; **, p=0.049; ***, p=0.036. Scale bars = 100 μm and 33 μm (x and xv amplified images).

[00104] Figura 43. Efeito de dots de cRGDY-PEG-C sobre a migração de células HUVEC. A. A migração serial de HUVEC foi avaliada usando o mesmo processo que na A Figura 4 durante um intervalo de tempo de 24 horas. As imagens apresentadas e os valores das áreas de fechamento indicados são representativos de um único experimento. B. As áreas médias de fechamento (%) foram determinadas durante este intervalo de tempo para uma faixa de concentrações de partículas (0 a 400 nM) usando o software ImageJ. Foram realizados testes em triplicata para cada concentração e ponto do tempo. T-teste uni- caudado *, p<0,05. Barra de escala = 76 μm.[00104] Figure 43. Effect of cRGDY-PEG-C dots on HUVEC cell migration. A. Serial migration of HUVEC was assessed using the same process as in Figure 4 over a 24-hour time interval. The images presented and the closure area values indicated are representative of a single experiment. B. Average closure areas (%) were determined during this time interval for a range of particle concentrations (0 to 400 nM) using ImageJ software. Tests were performed in triplicate for each concentration and time point. One-tailed T-test *, p<0.05. Scale bar = 76 μm.

[00105] Figura 44. Inibição da migração de células HUVEC usando PF-228. A. Mesmo processo que na A Figura 5, com a exceção de que as células foram expostas a 250 nM e 500 nM de PF-228 (0,5 h, 37° C.) antes de exposição ou incubação de partícula em 0,2% de meio suplementado com FCS. B. Fechamento de área médio (%) para células incubadas sob as condições precedentes. C. Valores de p tabelados para cada condição de exposição usando um t-teste uni-caudado. Foram realizadas amostras em quadruplicata para cada concentração de inibidor. Barra de escala = 50 μm.[00105] Figure 44. Inhibition of HUVEC cell migration using PF-228. A. Same process as in Figure 5, with the exception that cells were exposed to 250 nM and 500 nM PF-228 (0.5 h, 37° C.) prior to particle exposure or incubation at 0. 2% medium supplemented with FCS. B. Average area closure (%) for cells incubated under the preceding conditions. C. Tabulated p-values for each exposure condition using a one-tailed t-test. Quadruplicate samples were taken for each inhibitor concentration. Scale bar = 50 μm.

[00106] Figura 45. Modulação da disseminação e adesão de células M21 usando dots de cRGDY-PEG-C. A. Imagiologia do lapso de tempo mostrando alterações na fixação celular e na disseminação celular. As células foram pré-incubadas em 0,2% de RPMI suplementado com FBS (0,5 h, 25° C.), sem e com partículas (400 nM), seguido por semeadura em (5 μg/ml) placas de 96 cavidades revestidas com fibro- nectina. As imagens foram capturadas em t = 0, 0,5 h, 1 h, e 2 h usan do um microscópio invertido Zeiss Axiovert 200M (objetiva de 20x/0,4NA) e um módulo de varredura por deslizamento em Metamorph®. B. Representação gráfica mostrando o número médio de células arredondadas e alongadas dentro de dois grupos como uma função do tempo: não expostas a partículas (alongadas, gráfico no. 1) e expostas a partículas (arredondadas, gráfico no. 2). As células em cada uma de três cavidades de uma placa de 96 cavidades foram contadas manualmente em um mínimo de três campos de alta potência (x200 ampliação) e foi feita a média. C. Valores de absorvência (À = 650 nm; leitora de microplacas SpectroMax M5) para células fixadas com 4% de paraformaldeído, expostas ao meio ou cRGDY-PEG C- dots de 400 nM, e tratadas com reagente de azul de metileno (1 ml; 1 h, 37° C.), como uma medida da fixação celular. Barra de escala = 30 μm. Foram realizadas amostras em quadruplicata para cada grupo.[00106] Figure 45. Modulation of the spread and adhesion of M21 cells using cRGDY-PEG-C dots. A. Time-lapse imaging showing changes in cell attachment and cell spreading. Cells were preincubated in 0.2% RPMI supplemented with FBS (0.5 h, 25° C.), without and with particles (400 nM), followed by seeding in (5 μg/ml) 96-well plates. cavities coated with fibronectin. Images were captured at t = 0, 0.5 h, 1 h, and 2 h using a Zeiss Axiovert 200M inverted microscope (20x/0.4NA objective) and a Metamorph® slide-scan module. B. Plot showing the average number of rounded and elongated cells within two groups as a function of time: not exposed to particles (elongated, graph #1) and exposed to particles (rounded, graph #2). Cells in each of three wells of a 96-well plate were counted manually in a minimum of three high-power fields (x200 magnification) and averaged. C. Absorbance values (À = 650 nm; SpectroMax M5 microplate reader) for cells fixed with 4% paraformaldehyde, exposed to medium or 400 nM cRGDY-PEG C-dots, and treated with methylene blue reagent (1 ml; 1 h, 37° C.), as a measure of cell attachment. Scale bar = 30 μm. Quadruplicate samples were taken for each group.

[00107] Figura 46. Influência de dots de cRGDY-PEG-C sobre o ciclo celular. A. Percentagem (%) de células viáveis nas fases G1, S, e G2 do ciclo celular como uma função da concentração de partículas (0, 100, 300 nM) adicionadas a células M21 sincronizadas para fase G0/G1 incubadas por um total de 96 horas. Números em itálico acima de cada barra representam a percentagem de células (incubadas com partículas, controle) na fase S, G1 e G2 , determinada por citometria de fluxo. B. Histogramas do ciclo celular representativos são mostrados para células sob condições de controle (isto é, sem partícula) e depois de incubação com partículas de 100 e 300 nM. ANOVA One-way: *, p<0,05; **, p<0,005 em relação a controle da fase S. Inserções: Valores médios por grupo (n = 3) ± desvio padrão para cada fase do ciclo celular. Os experimentos foram realizados em triplicata.[00107] Figure 46. Influence of cRGDY-PEG-C dots on the cell cycle. A. Percentage (%) of viable cells in G1, S, and G2 phases of the cell cycle as a function of particle concentration (0, 100, 300 nM) added to M21 cells synchronized to G0/G1 phase incubated for a total of 96 hours. Numbers in italics above each bar represent the percentage of cells (incubated with particles, control) in S, G1 and G2 phase, determined by flow cytometry. B. Representative cell cycle histograms are shown for cells under control conditions (i.e., no particle) and after incubation with 100 and 300 nM particles. One-way ANOVA: *, p<0.05; **, p<0.005 in relation to S phase control. Inserts: Mean values per group (n = 3) ± standard deviation for each phase of the cell cycle. Experiments were performed in triplicate.

[00108] Figura 47. Efeitos de dose-resposta e cinética de ligação de saturação usando dots de cRGDY-PEG-C e células expressando αvβ3 integrina. A, B. Ligação / captação celular como uma função da con centração de partículas (A) e do tempo de incubação (B) por citometria de fluxo. Monocamadas de células M21 e HUVEC foram incubadas (4 h, 25° C.) com concentrações crescentes de partículas (5 a 600 nM), bem como durante uma faixa de tempos de incubação (0,5 a 4 h; 100 nM) e avaliadas por análise de sortimento celular ativado por fluorescência (FACS). É apresentada a percentagem dos eventos totais detectada. Cada ponto de dado representa média ± desvio padrão de 3 replicatas.[00108] Figure 47. Dose-response effects and saturation binding kinetics using cRGDY-PEG-C dots and cells expressing αvβ3 integrin. A, B. Cellular binding/uptake as a function of particle concentration (A) and incubation time (B) by flow cytometry. Monolayers of M21 cells and HUVEC were incubated (4 h, 25° C.) with increasing concentrations of particles (5 to 600 nM) as well as over a range of incubation times (0.5 to 4 h; 100 nM) and evaluated by fluorescence-activated cell assortment (FACS) analysis. The percentage of total events detected is displayed. Each data point represents mean ± standard deviation of 3 replicates.

[00109] Figura 48. Ligação competitiva de receptores de integrina com dots de 124I-cRGDY-PEG-C e peptídeo cRGDY em dois tipos celulares. A. Ligação específica de 124I-cRGDY-PEG-dots a células M21 e HUVEC depois de incubação com excesso de peptídeo cRGDY usando contagem de radiação gama. Monocamadas de células M21 e HUVEC foram incubadas (4 h, 25° C.) com 25 nM de 124I-cRGDY-PEG- dots na presença e na ausência de peptídeo cRGDY (85, 170 nM). A ligação é expressada como uma percentagem do controle (isto é, cRGDY-PEG-dots radioiodados). B. Ligação tumor-direcionada de dots de cRGDY-PEG-C não radiomarcados. Células M21 e HUVEC foram incubadas por 4 h a 25° C. com duas concentrações de partículas direcionadas (25 nM, 100 nM) ou com controles de partícula (PEG-C dots) e avaliadas por citometria de fluxo.[00109] Figure 48. Competitive binding of integrin receptors with 124I-cRGDY-PEG-C dots and cRGDY peptide in two cell types. A. Specific binding of 124I-cRGDY-PEG-dots to M21 cells and HUVEC after incubation with excess cRGDY peptide using gamma radiation counting. Monolayers of M21 cells and HUVEC were incubated (4 h, 25° C.) with 25 nM of 124I-cRGDY-PEG-dots in the presence and absence of cRGDY peptide (85, 170 nM). Binding is expressed as a percentage of control (i.e., radioiodinated cRGDY-PEG-dots). B. Tumor-directed binding of non-radiolabeled cRGDY-PEG-C dots. M21 cells and HUVEC were incubated for 4 h at 25°C with two concentrations of targeted particles (25 nM, 100 nM) or with particle controls (PEG-C dots) and evaluated by flow cytometry.

[00110] Figura 49. Viabilidade e proliferação de células M21 e HUVEC como uma função da concentração de partículas e do tempo de incubação. A, B. Absorvência (Àex=440 nm) como uma medida da viabilidade em células subconfluentes, de fase G0/G1 sincronizadas M21 (A) e HUVEC (B) durante um período de 24 horas usando meio suplementado com 10% ou 2% de FBS isolado, respectivamente, ou com adição de partículas (25 a 200 nM). C, D. Atividade proliferativa celular em células M21 (C) e HUVEC (D) durante um intervalo de tempo de 93 h usando ou meio somente ou media contendo partícula, conforme es- pecificado em A, B.[00110] Figure 49. Viability and proliferation of M21 and HUVEC cells as a function of particle concentration and incubation time. A, B. Absorbency (Àex=440 nm) as a measure of viability in subconfluent, G0/G1 phase synchronized M21 (A) and HUVEC (B) cells over a 24 hour period using 10% or 2% supplemented medium of FBS alone, respectively, or with added particles (25 to 200 nM). C, D. Cell proliferative activity in M21 (C) and HUVEC (D) cells over a 93 h time interval using either medium alone or particle-containing media as specified in A, B.

[00111] Figura 50. Alterações da sinalização celular como uma função do tempo de incubação das partículas em células M21. Western blots de intermediários de proteínas fosforiladas selecionados e intermediários de proteína total durante um período de tempo de 8 h. As proporções de intensidade normalizadas (isto é, diferença de fosfo- proteína e proteína total dividida pelo último) são ilustradas graficamente.[00111] Figure 50. Changes in cell signaling as a function of particle incubation time in M21 cells. Western blots of selected phosphorylated protein intermediates and total protein intermediates over an 8 h time period. The normalized intensity ratios (i.e., difference of phospho-protein and total protein divided by the latter) are illustrated graphically.

[00112] Figura 51. Cell sinalização modulação como uma função of concentração de partículas in células M21. Western blots de intermediários de proteínas fosforiladas selecionados e intermediários de proteína total sobre uma faixa de concentrações de partículas (isto é, 0 a 400 nM).[00112] Figure 51. Cell signaling modulation as a function of particle concentration in M21 cells. Western blots of selected phosphorylated protein intermediates and total protein intermediates over a range of particle concentrations (i.e., 0 to 400 nM).

[00113] Figura 52. Estudos de inibição da sinalização celular em células M21. A. Western blots de intermediários de proteína fosforilada selecionados e intermediários de proteína total (meio sem soro, partículas de 100 nM isoladas, ou partículas de 100 nM depois da adição de inibidor de 250 nM ou 500 nM). B. Intensidades relativas de blots de fosfo-proteína e de β-actina em A em relação a células de controle (0,2% de FBS).[00113] Figure 52. Cell signaling inhibition studies in M21 cells. A. Western blots of selected phosphorylated protein intermediates and total protein intermediates (serum-free medium, 100 nM particles alone, or 100 nM particles after addition of 250 nM or 500 nM inhibitor). B. Relative intensities of phospho-protein and β-actin blots in A relative to control cells (0.2% FBS).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[00114] A presente invenção proporciona uma nanopartícula fluorescente à base de sílica que permite a detecção precisa, a caracterização, o monitoramento e o tratamento de uma doença tal como o câncer. A invenção também proporciona um método para detecção de células tumorais. O método pode conter as seguintes etapas: (a) administração a um paciente de uma pluralidade de nanopartículas fluorescentes à base de sílica em uma dose variando a partir de cerca de 0,01 nanomol/kg de peso corporal até cerca de 1 nanomol/kg de peso corporal, a partir de cerca de 0,05 nanomol/kg de peso corporal até cerca de 0,9 nanomol/kg de peso corporal, a partir de cerca de 0,1 na- nomol/kg de peso corporal até cerca de 0,9 nanomol/kg de peso corporal, a partir de cerca de 0,2 nanomol/kg de peso corporal até cerca de 0,8 nanomol/kg de peso corporal, a partir de cerca de 0,3 nanomol/kg de peso corporal até cerca de 0,7 nanomol/kg de peso corporal, a partir de cerca de 0,4 nanomol/kg de peso corporal até cerca de 0,6 nanomol/kg de peso corporal, ou a partir de cerca de 0,2 nanomol/kg de peso corporal até cerca de 0,5 nanomol/kg de peso corporal, e (b) detecção das nanopartículas. Em uma modalidade, a nanopartícula compreende um núcleo à base de sílica tendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; um ligante anexado à nanopartícula e capaz de ligar um marcador tumoral; e no mínimo um agente terapêutico.[00114] The present invention provides a silica-based fluorescent nanoparticle that allows the precise detection, characterization, monitoring and treatment of a disease such as cancer. The invention also provides a method for detecting tumor cells. The method may contain the following steps: (a) administering to a patient a plurality of silica-based fluorescent nanoparticles at a dose ranging from about 0.01 nanomol/kg of body weight to about 1 nanomol/kg of body weight, from about 0.05 nanomol/kg of body weight to about 0.9 nanomol/kg of body weight, from about 0.1 nanomol/kg of body weight to about 0.9 nanomol/kg body weight, from about 0.2 nanomol/kg body weight to about 0.8 nanomol/kg body weight, from about 0.3 nanomol/kg body weight body weight to about 0.7 nanomol/kg body weight, from about 0.4 nanomol/kg body weight to about 0.6 nanomol/kg body weight, or from about 0.2 nanomol/kg body weight to about 0.5 nanomol/kg body weight, and (b) detection of the nanoparticles. In one embodiment, the nanoparticle comprises a silica-based core having a fluorescent compound positioned within the silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; a ligand attached to the nanoparticle and capable of binding a tumor marker; and at least one therapeutic agent.

[00115] A nanopartícula apresenta uma faixa de diâmetros incluindo entre cerca de 0,1 nm e cerca de 100 nm, entre cerca de 0,5 nM e cerca de 50 nm, entre cerca de 1 nm e cerca de 25 nm, entre cerca de 1 nm e cerca de 15 nm, ou entre cerca de 1 nm e cerca de 8 nm. A nanopartícula tem um composto fluorescente posicionado dentro da nanopartícula, e apresenta um brilho e um rendimento quântico fluorescente mais elevados do que o composto fluorescente livre. A nanopartícula também apresenta uma bioestabilidade e uma biocompatibildade elevadas. De modo a facilitar eficiente excreção urinária da nanopartícula, pode ser revestida com um polímero orgânico, tal como po- li(etileno glicol) (PEG). O pequeno tamanho da nanopartícula, a base de sílica e o revestimento de polímero orgânico minimizam a toxicidade da nanopartícula quando administrada in vivo. De modo a ter por alvo um tipo celular específico, a nanopartícula pode ser adicionalmente conjugada a um ligante, o qual é capaz de ligação a um componen te celular (por exemplo, a membrana celular ou outro componente intracelular) associado com o tipo celular específico, tal como um marcador tumoral ou um intermediário do caminho de sinalização. Em uma modalidade, um agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula. De modo a permitir que a nanopartícula seja detectável por não somente imagiologia ótica (tal como imagiologia por fluorescência), mas também por outras técnicas de imagiologia, tais como tomografia de emissão de pósitrons (PET), tomografia computadorizada de emissão de fóton único (SPECT), tomografia computadorizada (CT), e imagiologia por ressonância magnética (MRI), a nanopartícula também pode ser conjugada a um agente de contraste, tal como um radionuclídeo.[00115] The nanoparticle has a range of diameters including between about 0.1 nm and about 100 nm, between about 0.5 nM and about 50 nm, between about 1 nm and about 25 nm, between about from 1 nm to about 15 nm, or from about 1 nm to about 8 nm. The nanoparticle has a fluorescent compound positioned within the nanoparticle, and has a higher brightness and fluorescent quantum yield than the free fluorescent compound. The nanoparticle also has high biostability and biocompatibility. In order to facilitate efficient urinary excretion of the nanoparticle, it can be coated with an organic polymer, such as poly(ethylene glycol) (PEG). The small nanoparticle size, silica base, and organic polymer coating minimize nanoparticle toxicity when administered in vivo. In order to target a specific cell type, the nanoparticle can be additionally conjugated to a ligand, which is capable of binding to a cellular component (e.g., the cell membrane or other intracellular component) associated with the specific cell type. , such as a tumor marker or a signaling pathway intermediate. In one embodiment, a therapeutic agent can be attached to the nanoparticle. In order to allow the nanoparticle to be detectable by not only optical imaging (such as fluorescence imaging) but also by other imaging techniques such as positron emission tomography (PET), single photon emission computed tomography (SPECT) ), computed tomography (CT), and magnetic resonance imaging (MRI), the nanoparticle can also be conjugated to a contrast agent, such as a radionuclide.

[00116] As propriedades das nanopartículas levam a excreção em grande volume através dos rins, potência aumentada em relação a um ligante peptídico nativo, aumento da captação, e acumulação preferencial em tumores comparados com tecidos normais. Isto, junto com a falta de toxicidade in vivo, resultou em um produto único resultando em sua translação para a clínica.[00116] The properties of nanoparticles lead to large-volume excretion through the kidneys, increased potency relative to a native peptide ligand, increased uptake, and preferential accumulation in tumors compared to normal tissues. This, along with the lack of in vivo toxicity, resulted in a unique product resulting in its translation to the clinic.

[00117] As presentes partículas podem ser usadas para preferencialmente detectar e localizar tumores. Por exemplo, as doses de ras- treadores de partículas nanomolares administradas em um regime de microdosagem se acumulam e preferencialmente localizam em sítios de doença, embora não otimizadas para detecção direcionada.[00117] The present particles can be used to preferentially detect and localize tumors. For example, doses of nanomolar particle tracers administered in a microdosing regimen accumulate and preferentially localize to disease sites, although not optimized for targeted detection.

[00118] As presentes nanopartículas podem apresentar assinaturas farmacocinéticas humanas distintas e reprodutíveis nas quais predomina o clearance renal (por exemplo, o clearance renal da nanopartícula é maior do que cerca de 90% da DI em cerca de 24 horas depois da administração da nanopartícula a um sujeito) sem significativa captação pelo sistema do retículo endotelial (por exemplo, menos de cerca de 10%).[00118] The present nanoparticles may exhibit distinct and reproducible human pharmacokinetic signatures in which renal clearance predominates (e.g., renal clearance of the nanoparticle is greater than about 90% of DI in about 24 hours after administration of the nanoparticle to one subject) without significant uptake by the reticuloendothelial system (e.g., less than about 10%).

[00119] As presentes nanopartículas são excelentes sondas diag- nósticas, apresentando ótimas propriedades fisicoquímicas em seres humanos que possibilitam que as mesmas "atinjam o alvo e sejam removidas" ("target and clear') do corpo durante intervalos de tempo relativamente curtos (por exemplo, horas, dias, etc.).[00119] The present nanoparticles are excellent diagnostic probes, presenting excellent physicochemical properties in humans that allow them to "reach the target and be removed" ("target and clear") from the body during relatively short intervals of time (e.g. example, hours, days, etc.).

[00120] As presentes partículas carregando múltiplos ligantes ativamente direcionados (por exemplo, cRGDY e alfa-MSH) demonstram aumento da afinidade de ligação aos alvos celulares comparada com a afinidade de um ligante isolado. Em algumas modalidades, as presentes partículas ligam a um alvo celular a partir de cerca de 2 até cerca de 20 vezes mais, a partir de cerca de 3 até cerca de 15 vezes mais, a partir de cerca de 5 até cerca de 10 vezes mais do que um ligante isolado.[00120] The present particles carrying multiple actively targeted ligands (e.g., cRGDY and alpha-MSH) demonstrate increased binding affinity to cellular targets compared to the affinity of an isolated ligand. In some embodiments, the present particles bind to a cellular target from about 2 to about 20 times more, from about 3 to about 15 times more, from about 5 to about 10 times more. than an isolated ligand.

[00121] Em determinadas modalidades, partículas direcionadas de dupla modalidade especificamente avaliam a carga tumoral e podem discriminar tumor metastático de doença inflamatória crônica em modelos animais grandes de melanoma metastático.[00121] In certain embodiments, dual modality targeted particles specifically assess tumor burden and can discriminate metastatic tumor from chronic inflammatory disease in large animal models of metastatic melanoma.

[00122] As partículas direcionadas podem aumentar a afinidade de ligação e a avidez do receptor, aumentar as durações da permanência no plasma, a biodisponibilidade e a retenção no tumor, e/ou promover liberação intracelular através de internalização. A utilização de semelhantes sondas direcionadas dentro de situações cirúrgicas (ou médicas) de oncologia pode possibilitar tratamento altamente seletivo do tecidos que possuem câncer, potencialmente reduzindo as taxas de complicações concomitantes. As presentes partículas podem ser vantajosas em relação aos nanotransportadores direcionados passivamente, uma vez que os últimos penetram e se acumulam inespecifi- camente dentro do interstício do tumor por aumento da permeabilidade e efeitos de retenção (EPR).[00122] Targeted particles can increase receptor binding affinity and avidity, increase plasma residence times, bioavailability and tumor retention, and/or promote intracellular release through internalization. The use of similar targeted probes within surgical (or medical) oncology situations may enable highly selective treatment of cancer-bearing tissues, potentially reducing rates of concomitant complications. The present particles may be advantageous over passively targeted nanocarriers, since the latter penetrate and accumulate nonspecifically within the tumor interstitium by increasing permeability and retention (EPR) effects.

[00123] Os sistemas de imagiologia à base de partículas para diagnóstico do câncer devem ser não tóxicos, e detectar seletivamente sítios de doença primária e metastática ao mesmo tempo que apresen- tando clearance renal relativamente rápido. Sob estas condições, a probabilidade de potencial toxicidade será reduzida dada a menor área sob a curva de concentração plasmática por tempo. Em uma modalidade, estas propriedades de clearance renal podem ser obtidas por plataformas à base de partículas ultrapequenas ou por sistemas ma- cromoleculares que satisfazem cortes de tamanho de filtração glomerular renal efecaz de 10 nm ou menos. A ausência de toxicidade aguda de dose única e a minimização de semelhantes riscos também vai ser importante. Um esquema de plataforma deve maximizar a segurança através de rápido clearance do corpo inteiro e a seleção de perfis bio- cinéticos que minimizam captação inespecífica no sistema retículo en- dotelial (RES), deste modo reduzindo potenciais exposições adversas.[00123] Particle-based imaging systems for cancer diagnosis must be non-toxic, and selectively detect sites of primary and metastatic disease while presenting relatively rapid renal clearance. Under these conditions, the likelihood of potential toxicity will be reduced given the smaller area under the plasma concentration-time curve. In one embodiment, these renal clearance properties can be achieved by ultrasmall particle-based platforms or macromolecular systems that meet effective renal glomerular filtration size cutoffs of 10 nm or less. The absence of acute single-dose toxicity and the minimization of similar risks will also be important. A platform regimen should maximize safety through rapid whole-body clearance and the selection of biokinetic profiles that minimize nonspecific uptake in the reticuloendothelial system (RES), thereby reducing potential adverse exposures.

[00124] Em uma modalidade, as presentes partículas são seguras e estáveis in vivo. As partículas apresentam assinaturas farmacocinéti- cas distintamente únicas e reprodutíveis definidas pela excreção renal. Junto com captação e localização preferenciais da sonda em sítios de doença, estas partículas podem ser usadas no diagnóstico do câncer.[00124] In one embodiment, the present particles are safe and stable in vivo. The particles exhibit distinctly unique and reproducible pharmacokinetic signatures defined by renal excretion. Together with preferential uptake and localization of the probe at sites of disease, these particles can be used in cancer diagnosis.

[00125] A nanopartícula pode ter tanto um ligante quanto um agente de contraste. O ligante permite que a nanopartícula tenha por alvo um tipo celular específico através da ligação específica entre o ligante e o componente celular. Este direcionamento, combinado com imagiologia multimodal, tem múltiplas utilidades. Por exemplo, as nanopartículas podem ser usadas para o mapeamento de doença me- tastática, tal como o mapeamento de linfonodos sentinela (SLN), bem como para a identificação das margens tumorais ou das estruturas neurais, permitindo ao cirurgião ressecar lesões malignas sob visualização direta e prevenir complicações durante o procedimento cirúrgico. O ligante também pode facilitar a entrada da nanopartícula dentro da célula ou transporte de barreira, por exemplo, para avaliar o ambiente intracelular.[00125] The nanoparticle can have both a ligand and a contrast agent. The ligand allows the nanoparticle to target a specific cell type through specific binding between the ligand and the cellular component. This targeting, combined with multimodal imaging, has multiple uses. For example, nanoparticles can be used for mapping metastatic disease, such as sentinel lymph node (SLN) mapping, as well as for identifying tumor margins or neural structures, allowing the surgeon to resect malignant lesions under direct visualization. and prevent complications during the surgical procedure. The ligand can also facilitate nanoparticle entry into the cell or barrier transport, for example, to assess the intracellular environment.

[00126] A nanopartícula pode ser acoplada com um ligante e um agente terapêutico com ou sem um radiomarcador. O radiomarcador pode adicionalmente servir como um agente terapêutico para criar uma plataforma teranóstica. Este acoplamento permite que partícula terapêutica seja liberada para o tipo celular específico através da ligação específica entre o ligante e o componente celular. Esta ligação específica do agente terapêutico assegura tratamento seletivo do sítio de doença com mínimos efeitos colaterais.[00126] The nanoparticle can be coupled with a ligand and a therapeutic agent with or without a radiolabel. The radiotracer can additionally serve as a therapeutic agent to create a theranostic platform. This coupling allows the therapeutic particle to be released to the specific cell type through the specific binding between the ligand and the cellular component. This specific binding of the therapeutic agent ensures selective treatment of the disease site with minimal side effects.

Estrutura da NanopartículaNanoparticle Structure

[00127] A nanopartícula fluorescente da presente invenção inclui um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo, e uma concha de sílica sobre o núcleo. A concha de sílica pode circundar no mínimo uma porção do núcleo. Alternativamente, a nanopartícula pode ter somente o núcleo e nenhuma concha. O núcleo da nanopartícula pode conter o produto da reação de um composto fluorescente reativo e um composto de orga- no-silano co-reativo. Em outra modalidade, o núcleo da nanopartícula pode conter o produto da reação de um composto fluorescente reativo e um composto de organo-silano co-reativo, e sílica. O diâmetro do núcleo pode ter a partir de cerca de 0,05 nm até cerca de 100 nm, a partir de cerca de 0,1 nm até cerca de 50 nm, a partir de cerca de 0,5 nm até cerca de 25 nm, a partir de cerca de 0,8 nm até cerca de 15 nm, ou a partir de cerca de 1 nm até cerca de 8 nm. A concha da nanopartícula pode ser o produto da reação de um composto formador de sílica. A concha da nanopartícula pode ter uma faixa de camadas. Por exemplo, a concha de sílica pode ter a partir de cerca de 1 até cerca de 20 camadas, a partir de cerca de 1 até cerca de 15 camadas, a partir de cerca de 1 até cerca de 10 camadas, ou a partir de cerca de 1 até cerca de 5 camadas. A expressura da concha pode variar a partir de cerca de 0,01 nm até cerca de 90 nm, a partir de cerca de 0,02 nm até cerca de 40 nm, a partir de cerca de 0,05 nm até cerca de 20 nm, a partir de cerca de 0,05 nm até cerca de 10 nm, ou a partir de cerca de 0,05 nm até cerca de 5 nm.[00127] The fluorescent nanoparticle of the present invention includes a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the core, and a silica shell over the core. The silica shell may surround at least a portion of the core. Alternatively, the nanoparticle may have only the core and no shell. The nanoparticle core may contain the reaction product of a reactive fluorescent compound and a co-reactive organosilane compound. In another embodiment, the nanoparticle core may contain the reaction product of a reactive fluorescent compound and a co-reactive organosilane compound, and silica. The core diameter may be from about 0.05 nm to about 100 nm, from about 0.1 nm to about 50 nm, from about 0.5 nm to about 25 nm , from about 0.8 nm to about 15 nm, or from about 1 nm to about 8 nm. The nanoparticle shell may be the reaction product of a silica-forming compound. The nanoparticle shell can have a range of layers. For example, the silica shell may have from about 1 to about 20 layers, from about 1 to about 15 layers, from about 1 to about 10 layers, or from about 1 to about 10 layers. from 1 to about 5 layers. The shell size can vary from about 0.01 nm to about 90 nm, from about 0.02 nm to about 40 nm, from about 0.05 nm to about 20 nm , from about 0.05 nm to about 10 nm, or from about 0.05 nm to about 5 nm.

[00128] A concha de sílica da nanopartícula pode cobrir somente uma porção da nanopartícula ou toda a partícula. Por exemplo, a concha de sílica pode cobrir cerca de 1 até cerca de 100 por cento, a partir de cerca de 10 até cerca de 80 por cento, a partir de cerca de 20 até cerca de 60 por cento, ou a partir de cerca de 30 até cerca de 50 por cento da nanopartícula. A concha de sílica pode ser ou sólida, isto é, substancialmente não porosa, meso-porosa, tal como semi-porosa, ou porosa.[00128] The silica shell of the nanoparticle can cover only a portion of the nanoparticle or the entire particle. For example, the silica shell may cover from about 1 to about 100 percent, from about 10 to about 80 percent, from about 20 to about 60 percent, or from about from 30 to about 50 percent of the nanoparticle. The silica shell may be either solid, that is, substantially non-porous, meso-porous, such as semi-porous, or porous.

Síntese da NanopartículaNanoparticle Synthesis

[00129] A presente nanopartícula fluorescente pode ser sintetizada pelas etapas de: conjugação de modo covalente de um composto fluorescente, tal como um corante fluorescente reativo, com as porções reativas incluindo, mas não limitadas a, maleimida, iodoacetamida, ti- ossulfato, amina, éster de N-Hidroxissuccimida, éster 4-sulfo-2,3,5,6- tetrafluorofenílico (STP), éster sulfossuccinimidílico, ésteres de sulfodi- clorofenol, cloreto de sulfonila, hidroxila, isotiocianato, carboxila, a um composto de organo-silano, tal como um composto de organo-silano co-reativo, para formar um precursor de sílica fluorescente, e reação do precursor de sílica fluorescente para formar um núcleo fluorescente; conjugação de modo covalente de um composto fluorescente, tal como um corante fluorescente reativo, com um composto de organo- silano, tal como um composto de organo-silano co-reativo, para formar um precursor de sílica fluorescente, e reação do precursor de sílica fluorescente com um composto formador de sílica, tal como tetraalco- xissilano, para formar um núcleo fluorescente; e reação do núcleo resultante com um composto formador de sílica, tal como um tetraalco- xissilano, para formar uma concha de sílica sobre o núcleo, para pro- porcionar a nanopartícula fluorescente.[00129] The present fluorescent nanoparticle can be synthesized by the steps of: covalently conjugating a fluorescent compound, such as a reactive fluorescent dye, with the reactive moieties including, but not limited to, maleimide, iodoacetamide, thiosulfate, amine , N-Hydroxysuccimide ester, 4-sulfo-2,3,5,6-tetrafluorophenyl ester (STP), sulfosuccinimidyl ester, sulfodichlorophenol esters, sulfonyl chloride, hydroxyl, isothiocyanate, carboxyl, to an organocompound silane, such as a co-reactive organosilane compound, to form a fluorescent silica precursor, and reacting the fluorescent silica precursor to form a fluorescent core; covalently conjugating a fluorescent compound, such as a reactive fluorescent dye, with an organosilane compound, such as a co-reactive organosilane compound, to form a fluorescent silica precursor, and reacting the silica precursor fluorescent with a silica-forming compound, such as tetraalkoxysilane, to form a fluorescent core; and reacting the resulting core with a silica-forming compound, such as a tetraalkoxysilane, to form a silica shell over the core, to provide the fluorescent nanoparticle.

[00130] A síntese das nanopartículas de núcleo e concha monodis- persas fluorescentes se baseia em um processo de duas etapas. Em primeiro lugar, as moléculas de corante orgânico próximo ao infravermelho (por exemplo, tetrametilrodamina isotiocinato (TRITC)) são conjugadas de modo covalente a um precursor de sílica e condensadas para formar um núcleo rico em corante. Em segundo lugar, os monô- meros de sílica gel são adicionados para formar uma redd de sílica mais densa em torno do material do núcleo fluorescente, proporcionando proteção contra interações de solvente que pode ser prejudicial para a fotoestabilidade. A versatilidade da via do preparativo permite a incorporação de diferentes compostos fluorescentes, tais como corantes ou compostos orgânicos fluorescentes, dependendo da aplicação das nanopartículas pretendida. Os compostos fluorescentes que podem ser incorporados no núcleo rico em corante podem cobrir todo o espectro de emissão e absorção de UV-Vis até próximo ao infravermelho. Requerimento de Patente dos Estados Unidos Ser. Nos. 10/306.614, 10/536.569 e 11/119.969. Wiesner et al., PEG-coated Core-shell Silica Nanoparticles and Methods of Manufacture and Use, PCT/US2008/74894.[00130] The synthesis of monodisperse fluorescent core and shell nanoparticles is based on a two-step process. First, near-infrared organic dye molecules (e.g., tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC)) are covalently conjugated to a silica precursor and condensed to form a dye-rich core. Second, silica gel monomers are added to form a denser silica redd around the fluorescent core material, providing protection against solvent interactions that can be detrimental to photostability. The versatility of the preparation route allows the incorporation of different fluorescent compounds, such as dyes or fluorescent organic compounds, depending on the intended application of the nanoparticles. Fluorescent compounds that can be incorporated into the dye-rich core can cover the entire emission and absorption spectrum from UV-Vis to near-infrared. United States Patent Application Ser. Nos. 10/306,614, 10/536,569 and 11/119,969. Wiesner et al., PEG-coated Core-shell Silica Nanoparticles and Methods of Manufacture and Use, PCT/US2008/74894.

[00131] Para a síntese da nanopartícula de núcleo e concha compacta, o precursor de corante é adicionado a um vaso da reação que contém quantidades apropriadas de amônia, água e solvente e deixado para reagir de um dia para o outro. O precursor de corante é sintetizado por reação de adição entre um corante próximo ao infe- vermelho específico de interesse e 3-aminopropiltrietoxissilano em proporção molar de 1:50, em exclusão de umidade. Depois da síntese do núcleo compacto rico em corante ser completada, tetraetilortossili- cato (TEOS) é em seguida adicionado para crescer a concha de sílica que circundou o núcleo.[00131] For the synthesis of the compact core-shell nanoparticle, the dye precursor is added to a reaction vessel containing appropriate amounts of ammonia, water and solvent and left to react overnight. The dye precursor is synthesized by addition reaction between a dye close to the specific red of interest and 3-aminopropyltriethoxysilane in a molar ratio of 1:50, excluding moisture. After the synthesis of the compact dye-rich core is completed, tetraethylorthosilicate (TEOS) is next added to grow the silica shell that surrounded the core.

[00132] A síntese da nanopartícula de núcleo e concha expandida é realizada por co-condensação de TEOS com o precursor de corante e permitindo que a mistura reaja de um dia para o outro. Depois da síntese do núcleo expandido ser completado, TEOS adicional é adicionado para crescer a concha de sílica que circundou o núcleo.[00132] The synthesis of the expanded core and shell nanoparticle is carried out by co-condensing TEOS with the dye precursor and allowing the mixture to react overnight. After the synthesis of the expanded core is completed, additional TEOS is added to grow the silica shell that surrounded the core.

[00133] A síntese das nanopartículas homogêneas é realizada por co-condensação de todos os reagentes, o precursor de corante e TEOS e deixando a mistura reagir de um dia para o outro.[00133] The synthesis of homogeneous nanoparticles is carried out by co-condensing all the reagents, the dye precursor and TEOS and leaving the mixture to react overnight.

Composto FluorescenteFluorescent Compound

[00134] As nanopartículas podem incorporar qualquer composto fluorescente conhecido, tal como composto orgânico fluorescente, corantes, pigmentos, ou combinações dos mesmos. São conhecidos uma ampla variedade de adequados quimicamente corantes fluorescentes reativos, vide, por exemplo, MOLECULAR PROBES HANDBOOK OF FLUORESCENT PROBES AND RESEARCH CHEMICALS, 6th ed., R. P. Haugland, ed. (1996). Um típico fluoróforo é, por exemplo, um composto fluorescente aromático ou heteroaromático tal como é um pireno, um antraceno, um naftaleno, uma acridina, um estilbeno, um indol ou benzindol, um oxazol ou benzoxazol, um tiazol ou benzoti- azol, um 4-amino-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol (NBD), uma cianina, uma carbocianina, um carboestiril, uma porfirina, um salicilato, um an- tranilato, um azuleno, um perileno, uma piridina, uma quinolina, uma cumarina (incluindo hidroxicumarinas e aminocumarinas e derivados fluorados dos mesmos), e compostos semelhantes, vide, por exemplo, as Patentes dos Estados Unidos Nos. 5.830.912, 4.774.339, 5.187.288, 5.248.782, 5.274.113, 5.433.896, 4.810.636 e 4.812.409. Em uma modalidade, Cy5, um corante fluorescente próximo ao infravermelho (NIRF), é posicionado dentro do núcleo de sílica da presente nanopartícula. Sondas de emissão próxima ao infravermelho apresentam diminuição da atenuação e da autofluorescência do tecido. Burns et al. "Fluorescent silica nanoparticles with efficient urinary excretion for nanomedicine", Nano Letters, 2009, 9 (1), 442-448.[00134] Nanoparticles can incorporate any known fluorescent compound, such as fluorescent organic compounds, dyes, pigments, or combinations thereof. A wide variety of suitable chemically reactive fluorescent dyes are known, see, for example, MOLECULAR PROBES HANDBOOK OF FLUORESCENT PROBES AND RESEARCH CHEMICALS, 6th ed., R. P. Haugland, ed. (1996). A typical fluorophore is, for example, an aromatic or heteroaromatic fluorescent compound such as a pyrene, an anthracene, a naphthalene, an acridine, a stilbene, an indole or benzindole, an oxazole or benzoxazole, a thiazole or benzothiazole, a 4-amino-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole (NBD), a cyanine, a carbocyanine, a carbostyril, a porphyrin, a salicylate, an anthranilate, an azulene, a perylene, a pyridine, a quinoline, a coumarin (including hydroxycoumarins and aminocoumarins and fluorinated derivatives thereof), and similar compounds, see, for example, United States Patent Nos. 5,830,912, 4,774,339, 5,187,288, 5,248,782, 5,274,113, 5,433,896, 4,810,636 and 4,812,409. In one embodiment, Cy5, a near-infrared fluorescent (NIRF) dye, is positioned within the silica core of the present nanoparticle. Near-infrared emission probes show decreased attenuation and tissue autofluorescence. Burns et al. "Fluorescent silica nanoparticles with efficient urinary excretion for nanomedicine", Nano Letters, 2009, 9 (1), 442-448.

[00135] Compostos fluorescentes não limitantes que podem ser usados na presente invenção incluem Cy5, Cy5.5 (também conhecido como Cy5++), Cy2, isotiocianato de fluoresceína (FITC), isotiocianato de tetrametilrodamina (TRITC), ficoeritrina, Cy7, fluoresceína (FAM), Cy3, Cy3.5 (também conhecido como Cy3++), Texas Red, LightCycler- Red 640, LightCycler Red 705, tetrametilrodamina (TMR), rodamina, derivado de rodamina (ROX), hexaclorofluoresceína (HEX), rodamina 6G (R6G), o derivado de rodamina JA133, Corantes Fluorescentes Alexa (tais como Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 555, e Alexa Fluor 647), 4',6-diamidino-2-fenilindol (DAPI), Iodeto de propídio, AMCA, Spectrum Green, Spectrum Orange, Spectrum Aqua, Lissamine, e complexos de metais de transição fluorescentes, tais como európio. Compostos fluorescentes que podem ser usado também incluem proteínas fluorescentes, tais como GFP (proteína flu-orescente verde), aumento da GFP (EGFP), proteína fluorescente azul e derivados (BFP, EBFP, EBFP2, Azurite, mKalama1), proteína fluorescente ciano e derivados (CFP, ECFP, Cerulean, CyPet) e proteína fluorescente amarela e derivados (YFP, Citrine, Venus, YPet). Publicação de Patente Internacional No. WO2008142571, Publicação de Patente Internacional No. WO2009056282, e Publicação de Patente Internacional No. WO9922026.[00135] Non-limiting fluorescent compounds that can be used in the present invention include Cy5, Cy5.5 (also known as Cy5++), Cy2, fluorescein isothiocyanate (FITC), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC), phycoerythrin, Cy7, fluorescein (FAM ), Cy3, Cy3.5 (also known as Cy3++), Texas Red, LightCycler- Red 640, LightCycler Red 705, tetramethylrhodamine (TMR), rhodamine, rhodamine derivative (ROX), hexachlorofluorescein (HEX), rhodamine 6G (R6G) , the rhodamine derivative JA133, Alexa Fluorescent Dyes (such as Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 555, and Alexa Fluor 647), 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI), Iodide of propidium, AMCA, Spectrum Green, Spectrum Orange, Spectrum Aqua, Lissamine, and fluorescent transition metal complexes such as europium. Fluorescent compounds that can be used also include fluorescent proteins such as GFP (green fluorescent protein), enhanced GFP (EGFP), blue fluorescent protein and derivatives (BFP, EBFP, EBFP2, Azurite, mKalama1), cyan fluorescent protein and derivatives (CFP, ECFP, Cerulean, CyPet) and yellow fluorescent protein and derivatives (YFP, Citrine, Venus, YPet). International Patent Publication No. WO2008142571, International Patent Publication No. WO2009056282, and International Patent Publication No. WO9922026.

[00136] A superfície da concha de sílica das nanopartículas pode ser modificada usando agentes de reticulação conhecidos para introduzir grupamentos funcionais superficiais. Os agentes de reticulação incluem, mas não estão limitados a, divinil benzeno, dimetacrilato de etileno glicol, trimetacrilato de trimetilol propano, N,N'-metileno-bis- acrilamida, éteres alquílicos, açúcares, peptídeos, fragmentos de DNA, ou outros agentes funcionalmente equivalentes conhecidos. O ligante pode ser conjugado à nanopartícula da presente invenção, por exemplo, através de reações de ligação usando carbodiimida, carboxilatos, ésteres, alcoóis, carbamidas, aldeídos, aminas, óxidos de enxofre, nitrogênio óxidos, halogenetos, ou qualquer outro composto adequado conhecido na arte. Patente dos Estados Unidos No. 6.268.222.[00136] The surface of the silica shell of the nanoparticles can be modified using known cross-linking agents to introduce surface functional groups. Crosslinking agents include, but are not limited to, divinyl benzene, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylol propane trimethacrylate, N,N'-methylene bisacrylamide, alkyl ethers, sugars, peptides, DNA fragments, or other agents. known functionally equivalents. The ligand may be conjugated to the nanoparticle of the present invention, for example, through binding reactions using carbodiimide, carboxylates, esters, alcohols, carbamides, aldehydes, amines, sulfur oxides, nitrogen oxides, halides, or any other suitable compound known in the art. art. United States Patent No. 6,268,222.

Polímero OrgânicoOrganic Polymer

[00137] Um polímero orgânico pode ser anexado à presente nanopartícula, por exemplo, anexado à superfície da nanopartícula. Um polímero orgânico pode ser anexado à concha de sílica da presente nanopartícula. O polímero orgânico que pode ser usado na presente invenção inclui PEG, polilactato, ácidos polilácticos, açúcares, lipídeos, ácido poliglutâmico (PGA), ácido poliglicólico, poli(láctico-co-glicólico ácido) (PLGA), polivinil acetato (PVA), e as combinações dos mesmos. A fixação do polímero orgânico à nanopartícula pode ser realizada por uma ligação covalente ou por ligação não covalente, tal como por ligação iônica, ligação de hidrogênio, ligação hidrofóbica, coordenação, adesivo, e absorção física. Em uma modalidade, a nanopartícula é conjugada de modo covalente com PEG, o qual previne a adsorção das proteínas do soro, facilita a eficiente excreção urinária e diminui a agregação das nanopartículas. Burns et al. "Fluorescent silica nanoparticles with efficient urinary excretion for nanomedicine", Nano Letters, 2009, 9 (1), 442-448.[00137] An organic polymer can be attached to the present nanoparticle, for example, attached to the surface of the nanoparticle. An organic polymer can be attached to the silica shell of the present nanoparticle. The organic polymer that can be used in the present invention includes PEG, polylactate, polylactic acids, sugars, lipids, polyglutamic acid (PGA), polyglycolic acid, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), polyvinyl acetate (PVA), and combinations thereof. The attachment of the organic polymer to the nanoparticle can be carried out by a covalent bond or by a non-covalent bond, such as by ionic bond, hydrogen bond, hydrophobic bond, coordination, adhesive, and physical absorption. In one embodiment, the nanoparticle is covalently conjugated with PEG, which prevents adsorption of serum proteins, facilitates efficient urinary excretion, and decreases nanoparticle aggregation. Burns et al. "Fluorescent silica nanoparticles with efficient urinary excretion for nanomedicine", Nano Letters, 2009, 9 (1), 442-448.

[00138] A superfície da nanopartícula pode ser modificada para incorporar no mínimo um grupamento funcional. O polímero orgânico (por exemplo, PEG) anexado à nanopartícula pode ser modificado para incorporar no mínimo um grupamento funcional. Por exemplo, o grupamento funcional pode ser uma maleimida ou um éster de N- Hidroxissuccinimida (NHS). A incorporação do grupamento funcional torna possível anexar vários ligantes, agentes de contraste e/ou agentes terapêuticos à nanopartícula.[00138] The surface of the nanoparticle can be modified to incorporate at least one functional group. The organic polymer (e.g., PEG) attached to the nanoparticle can be modified to incorporate at least one functional group. For example, the functional group may be a maleimide or an N-Hydroxysuccinimide (NHS) ester. The incorporation of the functional group makes it possible to attach various ligands, contrast agents and/or therapeutic agents to the nanoparticle.

LiganteLigand

[00139] Um ligante pode ser anexado à presente nanopartícula. O ligante é capaz de ligação a no mínimo um componente celular. O componente celular pode ser associado com tipos celulares específicos ou ter níveis elevados em tipos celulares específicos, tais como células cancerosas ou células específicas para tecidos e órgãos particulares. Por conseguinte, a nanopartícula pode ter por alvo um tipo celular específico, e/ou proporciona uma liberação direcionada para o tratamento e o diagnóstico de uma doença. Conforme usado aqui, neste requerimento de patente, o termo "ligante" se refere a uma molécula ou entidade que pode ser usada para identificar, detectar, direcionar, monitorar, ou modificar um estado físico ou condição, tal como uma estado ou condição de doença. Por exemplo, um ligante pode ser usado para detectar a presença ou a ausência de um receptor em particular, o nível de expressão de um receptor em particular, ou níveis metabólicos de um receptor em particular. O ligante pode ser, por exemplo, um peptídeo, uma proteína, um fragmento de proteína, um hormônio peptídico, um açúcar (isto é, lectinas), um biopolímero, um polímero sintético, um antígeno, um anticorpo, um fragmento de anticorpo (por exemplo, Fab, nanobodies), um aptâmero, um vírus ou um componente viral, um receptor, um hapteno, uma enzima, um hormônio, um composto químico, um patógeno, um micro-organismo ou um componente do mesmo, uma toxina, um modificador da superfície, tal como um surfatante para alterar as propriedades superficiais ou a histocom- patibilidade da nanopartícula ou de um analito quando uma nanopartícula se associa com este, e combinações dos mesmos. Em uma modalidade, os ligantes são anticorpos, tais como anticorpos monoclonais ou policlonais. Em outra modalidade, os ligantes são ligantes de receptores. Em ainda outra modalidade, o ligante é poli-L-lisina (pLisina).[00139] A ligand can be attached to the present nanoparticle. The ligand is capable of binding to at least one cellular component. The cellular component may be associated with specific cell types or have elevated levels in specific cell types, such as cancer cells or cells specific to particular tissues and organs. Therefore, the nanoparticle can target a specific cell type, and/or provide targeted release for the treatment and diagnosis of a disease. As used herein in this patent application, the term "ligand" refers to a molecule or entity that can be used to identify, detect, target, monitor, or modify a physical state or condition, such as a disease state or condition. . For example, a ligand can be used to detect the presence or absence of a particular receptor, the expression level of a particular receptor, or metabolic levels of a particular receptor. The ligand may be, for example, a peptide, a protein, a protein fragment, a peptide hormone, a sugar (i.e., lectins), a biopolymer, a synthetic polymer, an antigen, an antibody, an antibody fragment ( e.g., Fab, nanobodies), an aptamer, a virus or viral component, a receptor, a hapten, an enzyme, a hormone, a chemical compound, a pathogen, a microorganism or a component thereof, a toxin, a surface modifier, such as a surfactant to alter the surface properties or histocompatibility of the nanoparticle or an analyte when a nanoparticle associates with it, and combinations thereof. In one embodiment, the ligands are antibodies, such as monoclonal or polyclonal antibodies. In another embodiment, the ligands are receptor ligands. In yet another embodiment, the linker is poly-L-lysine (pLysine).

[00140] Um antígeno pode ser anexado à nanopartícula. A nanopar- tícula anexada ao antígeno pode ser usada para vacinação.[00140] An antigen can be attached to the nanoparticle. The nanoparticle attached to the antigen can be used for vaccination.

[00141] Os termos "componente de uma célula" ou "componente celular" se referem, por exemplo, a um receptor, a um anticorpo, a um ha- pteno, a uma enzima, a um hormônio, a um biopolímero, a um antígeno, a um ácido nucléico (DNA ou RNA), a um micro-organismo, a um vírus, a um patógeno, a uma toxina, combinações dos mesmos, e componentes semelhantes. O componente de uma célula pode ser posicionado sobre a célula (por exemplo, um receptor transmembrana) ou dentro da célula. Em uma modalidade, o componente de uma célula é um marcador tumoral. Conforme usado aqui, neste requerimento de patente, o termo "marcador tumoral" se refere a uma molécula, entidade ou substância que é expressada ou superexpressada em uma célula cancerosa mas não em uma célula normal. Por exemplo, a superexpressão de determinados receptores é associada com miotps tipos de câncer. Um ligante capaz de ligação a um marcador tumoral pode ser conjugado à superfície da presente nanopartícula, de modo que a nanopartícula pode ter por alvo especificamente a célula tumoral.[00141] The terms "component of a cell" or "cellular component" refer, for example, to a receptor, an antibody, a hapten, an enzyme, a hormone, a biopolymer, a antigen, a nucleic acid (DNA or RNA), a microorganism, a virus, a pathogen, a toxin, combinations thereof, and similar components. The component of a cell may be positioned on the cell (e.g., a transmembrane receptor) or within the cell. In one embodiment, the component of a cell is a tumor marker. As used herein in this patent application, the term "tumor marker" refers to a molecule, entity or substance that is expressed or overexpressed in a cancer cell but not in a normal cell. For example, overexpression of certain receptors is associated with myotropic cancers. A ligand capable of binding to a tumor marker can be conjugated to the surface of the present nanoparticle, so that the nanoparticle can specifically target the tumor cell.

[00142] Um ligante pode ser anexado à presente nanopartícula diretamente ou através de um encadeador. A fixação do ligante à nanopartícula pode ser realizada por uma ligação covalente ou ligação não covalente, tal como por ligação iônica, ligação de hidrogênio, ligação hi- drofóbica, coordenação, adesivo, e absorção física. O ligante pode ser revestido sobre a superfície da nanopartícula. O ligante pode ser embebido na superfície da nanopartícula. O ligante pode ser anexado à superfície da nanopartícula fluorescente, ou pode ser anexado ao núcleo quando a concha é porosa ou está cobrindo uma porção do núcleo. Quando o ligante é anexado à nanopartícula através de um en-cadeador, o encadeador pode ser quaisquer moléculas adequadas, tais como um PEG funcionalizado. Os PEGs podem ter múltiplos grupamentos funcionais para fixação à nanopartícula e ligantes. A partícu- la pode ter diferentes tipos de PEGs funcionalizados carregando diferentes grupamentos funcionais que podem ser anexados a múltiplos ligantes. Isto pode reforçar os efeitos de multivalência e/ou contraste no sítio alvo, os quais permitem o desenho e a otimização de uma plataforma multimodal complexa com detecção direcionada, tratamento, e detecção in vivo aprimorados.[00142] A linker can be attached to the present nanoparticle directly or through a linker. The attachment of the ligand to the nanoparticle can be carried out by a covalent bond or non-covalent bond, such as by ionic bond, hydrogen bond, hydrophobic bond, coordination, adhesive, and physical absorption. The ligand can be coated onto the surface of the nanoparticle. The ligand can be embedded into the surface of the nanoparticle. The ligand can be attached to the surface of the fluorescent nanoparticle, or it can be attached to the core when the shell is porous or is covering a portion of the core. When the linker is attached to the nanoparticle via a linker, the linker can be any suitable molecules, such as a functionalized PEG. PEGs can have multiple functional groups for attachment to the nanoparticle and ligands. The particle can have different types of functionalized PEGs carrying different functional groups that can be attached to multiple ligands. This can enhance multivalency and/or contrast effects at the target site, which allow the design and optimization of a complex multimodal platform with improved targeted sensing, treatment, and in vivo detection.

[00143] Uma variedade de diferentes ligantes podem ser anexados à nanopartícula. Por exemplo, o tripeptídeo Arg-Gly-Asp (RGD) pode ser anexado à nanopartícula. Alternativamente, o peptídeo cíclico cRGD (o qual pode conter outro ou outros aminoácidos, por exemplo, cRGDY) pode ser anexado à nanopartícula. Qualquer peptídeo linear, cíclico ou ramificado contendo a sequência RGD está dentro do âmbito da presente invenção. RGD liga a αvβ3 integrina, a qual é superex- pressada na superfície de células endoteliais ativadas durante a an- giogênese e em vários tipos de células tumorais. Foi demonstrado que os níveis de expressão de αvβ3 integrina se correlacionam bem com a agressividade dos tumores. Ruoslahti et al. New perspectives in cell adhesion: RGD and integrins. Science 1987; 238:491. Gladson et al. Glioblastoma expression of vitronectin and alpha v beta 3 integrin. Adhesion mechanism for transformed glial cells. J. Clin. Invest. 1991; 88:1924-1932. Seftor et al. Role of the alpha v beta 3 integrin in human melanoma cell invasion. Proc. Natl. Acad. Sci. 1992; 89:1557-1561.[00143] A variety of different ligands can be attached to the nanoparticle. For example, the tripeptide Arg-Gly-Asp (RGD) can be attached to the nanoparticle. Alternatively, the cyclic peptide cRGD (which may contain another amino acid(s), e.g., cRGDY) may be attached to the nanoparticle. Any linear, cyclic or branched peptide containing the RGD sequence is within the scope of the present invention. RGD binds the αvβ3 integrin, which is overexpressed on the surface of activated endothelial cells during angiogenesis and in several types of tumor cells. It has been shown that αvβ3 integrin expression levels correlate well with the aggressiveness of tumors. Ruoslahti et al. New perspectives in cell adhesion: RGD and integrins. Science 1987; 238:491. Gladson et al. Glioblastoma expression of vitronectin and alpha v beta 3 integrin. Adhesion mechanism for transformed glial cells. J. Clin. Invest. 1991; 88:1924-1932. Seftor et al. Role of the alpha v beta 3 integrin in human melanoma cell invasion. Proc. Natl. Academic. Sci. 1992; 89:1557-1561.

[00144] O peptídeo sintético EPPT1 pode ser o ligante anexado à nanopartícula. EPPT1, derivada a partir do sítio de ligação de anticorpos monoclonais (ASM2), tem por alvo MUC1 sub-glicosilado (uMUC1). MUC1, um receptor transmembrana, é fortemente glicosila- do em tecidos normais; no entanto, é superexpressado e aberrantemente sub0glicosilado em quase todos os adenocarcinomas de células epiteliais humanas, e está implicado na patogênese tumoral. Moore et al. In vivo targeting of underglycosilated MUC-1 tumor antigen using a multimodal imaging probe. Cancer Res. 2004; 64:1821-7. Patel et al. MUC1 plays a role in tumor maintenance in aggressive thyroid carcinomas. Surgery. 2005; 138:994-1001. Anticorpos específicos incluindo anticorpos monoclonais contra uMUC1 podem ser alternativamente conjugados à nanopartícula de modo a ter por alvo uMUC1.[00144] The synthetic peptide EPPT1 can be the ligand attached to the nanoparticle. EPPT1, derived from the monoclonal antibody binding site (ASM2), targets under-glycosylated MUC1 (uMUC1). MUC1, a transmembrane receptor, is heavily glycosylated in normal tissues; however, it is overexpressed and aberrantly underglycosylated in almost all human epithelial cell adenocarcinomas, and is implicated in tumor pathogenesis. Moore et al. In vivo targeting of underglycosylated MUC-1 tumor antigen using a multimodal imaging probe. Cancer Res. 2004; 64:1821-7. Patel et al. MUC1 plays a role in tumor maintenance in aggressive thyroid carcinomas. Surgery. 2005; 138:994-1001. Specific antibodies including monoclonal antibodies against uMUC1 can alternatively be conjugated to the nanoparticle to target uMUC1.

[00145] Em uma modalidade, análogos peptídicos de hormônio estimulante de α-melanotropina (α-MSH) são os ligantes anexados à nanopartícula. Análogos peptídicos de α-MSH são capazes de ligação aos receptores de melanocortina-1 (MC1R), uma família de receptores acoplados à proteína G superexpressados em células de melanoma. Loir et al. Cell Mol. Biol. (Noisy-le-grand) 1999, 45:1083-1092.[00145] In one embodiment, peptide analogs of α-melanotropin stimulating hormone (α-MSH) are the ligands attached to the nanoparticle. Peptide analogues of α-MSH are capable of binding to melanocortin-1 receptors (MC1R), a family of G protein-coupled receptors overexpressed in melanoma cells. Loir et al. Cell Mol. Biol. (Noisy-le-grand) 1999, 45:1083-1092.

[00146] Em outra modalidade, octreotato, um análogo peptídico de somatostatina de 14 aminoácidos, é o ligante anexado à nanopartícula. Octreotida, a qual tem uma meia vida mais longa do que a somatostatina, é capaz de ligação ao receptor de somatostatina (SSTR). SSTR, um membro da família de receptores acoplados a proteína G, é superexpressado sobre a superfície de vários tumores humanos. Reu- bi et al. Distribution of Somatostatin Receptors in Normal and TumorTissue. Metab. Clin. Exp. 1990; 39:78-81. Reubi et al. Somatostatin receptors and their subtypes in human tumors and in peritumoral vessels. Metab. Clin. Exp. 1996; 45:39-41. Outros análogos da somatostatina podem ser alternativamente conjugados à nanopartícula para ter por alvo SSTR, tal como Tyr3-octreotida (Y3-OC), octreotato (TATE), Tyr3-octreotato (Y3-TATE), e 111In-DTPA-OC. Estes análogos da somatostatina podem ser utilizados tanto para PET diagnostic imagiologia quanto para radioterapia direcionada do câncer. de Jong et al. In-ternalization of radiolabelled [DTPA0]octreotide e [DOTA0, Tyr3]octreotide: peptides for somatostatin receptor targeted scintigraphy and radionuclide therapy. Nucl. Med. Commun. 1998; 19:283-8. de Jong et al. Comparison of ^In-Labeled Somatostatin Analogues for Tumor Scintigraphy and Radionuclide Therapy. Cancer Res. 1998; 58:437-41. Lewis et al. Comparison of four 64Cu-labeled somatostatin analogues in vitro and in a tumor bearing rat model: evaluation of new derivatives for PET imaging and targeted radiotherapy. J Med Chem 1999; 42:1341-7. Krenning et al. Somatostatin Receptor Scintigraphy with Indium-111-DTPA-D-Phe-1-Octreotide in Man: Metabolism, Dosimetry and Comparison with Iodine-123-Tyr-3-Octreotide. J Nucl. Med. 1992; 33:652-8.[00146] In another embodiment, octreotate, a 14-amino acid peptide analogue of somatostatin, is the ligand attached to the nanoparticle. Octreotide, which has a longer half-life than somatostatin, is capable of binding to the somatostatin receptor (SSTR). SSTR, a member of the G protein-coupled receptor family, is overexpressed on the surface of several human tumors. Reubi et al. Distribution of Somatostatin Receptors in Normal and TumorTissue. Metab. Clinic. Exp. 1990; 39:78-81. Reubi et al. Somatostatin receptors and their subtypes in human tumors and in peritumoral vessels. Metab. Clinic. Exp. 1996; 45:39-41. Other somatostatin analogues can alternatively be conjugated to the nanoparticle to target SSTR, such as Tyr3-octreotide (Y3-OC), octreotate (TATE), Tyr3-octreotate (Y3-TATE), and 111In-DTPA-OC. These somatostatin analogues can be used for both PET diagnostic imaging and targeted radiotherapy of cancer. de Jong et al. In-ternalization of radiolabelled [DTPA0]octreotide and [DOTA0, Tyr3]octreotide: peptides for somatostatin receptor targeted scintigraphy and radionuclide therapy. Nucl. Med. Commun. 1998; 19:283-8. de Jong et al. Comparison of ^In-Labeled Somatostatin Analogues for Tumor Scintigraphy and Radionuclide Therapy. Cancer Res. 1998; 58:437-41. Lewis et al. Comparison of four 64Cu-labeled somatostatin analogues in vitro and in a tumor bearing rat model: evaluation of new derivatives for PET imaging and targeted radiotherapy. J Med Chem 1999; 42:1341-7. Krenning et al. Somatostatin Receptor Scintigraphy with Indium-111-DTPA-D-Phe-1-Octreotide in Man: Metabolism, Dosimetry and Comparison with Iodine-123-Tyr-3-Octreotide. J Nucl. Med. 1992; 33:652-8.

[00147] Vários ligantes podem ser usados para mapear linfonodos sentinela (SLNs). O mapeamento de linfonodos sentinela pode ser usado no diagnóstico, no estagiamento e no tratamento do câncer. J591 é um anticorpo monoclonal antiantígeno de membrana específico da próstata (isto é, anti-PSMA). J591 foi usado previamente para detectar e estagiar o câncer de próstata. Tagawa et al., Anti-prostatespecific membrane antigen-based radioimmunotherapy for prostate cancer, Cancer, 2010, 116(4 Suppl):1075-83. Bander et al., Targeting Metastatic Prostate Cancer with Radiolabeled Monoclonal Antibody J591 to the Extracellular Domain of Prostate Specific Membrane Antigen, The Journal of Urology 170(5), 1717-1721 (2003). Wernicke et al., (2011) Prostate-Specific Membrane Antigen as a Potential Novel Vascular Target for Treatment of Glioblastoma Multiforme, Arch Pathol Lab Med. 2011; 135:1486-1489. O fragmento F(ab')2 de J591 pode ser usado como uma ligante anexado à presente nanopartícula. A nanopartícula também pode ser radiomarcada para criar uma sonda de dupla-modalidade. Em uma modalidade, nanopartículas carregando o fragmento F(ab')2 de J591 (por exemplo, fragmentos HuJ591-F(ab')2, ou fragmentos J591-F(ab')2 humanizados) são usadas no diagnósico do câncer de próstata ou do câncer endometrial (por exemplo, adenocarcinoma endometrióide endometrial). Em outra modalidade, nanopartículas carregando o fragmento F(ab')2 de J591 podem ser usadas para ter por alvo a neovasculatura de tumor cerebral para tratamento, monitoramento da progressão da doença. Foi visto que a neovasculatura de tumor cerebral superexpressa PSMA, conforme mostrado a partir de avaliações imunohistoquímica anteriores de amostras de glioma de alto grau excisadas.[00147] Various ligands can be used to map sentinel lymph nodes (SLNs). Sentinel lymph node mapping can be used in the diagnosis, staging and treatment of cancer. J591 is an anti-prostate-specific membrane antigen (i.e., anti-PSMA) monoclonal antibody. J591 has previously been used to detect and stage prostate cancer. Tagawa et al., Anti-prostatespecific membrane antigen-based radioimmunotherapy for prostate cancer, Cancer, 2010, 116(4 Suppl):1075-83. Bander et al., Targeting Metastatic Prostate Cancer with Radiolabeled Monoclonal Antibody J591 to the Extracellular Domain of Prostate Specific Membrane Antigen, The Journal of Urology 170(5), 1717-1721 (2003). Wernicke et al., (2011) Prostate-Specific Membrane Antigen as a Potential Novel Vascular Target for Treatment of Glioblastoma Multiforme, Arch Pathol Lab Med. 2011; 135:1486-1489. The F(ab')2 fragment of J591 can be used as a linker attached to the present nanoparticle. The nanoparticle can also be radiolabeled to create a dual-modality probe. In one embodiment, nanoparticles carrying the F(ab')2 fragment of J591 (e.g., HuJ591-F(ab')2 fragments, or humanized J591-F(ab')2 fragments) are used in the diagnosis of prostate cancer. or endometrial cancer (e.g. endometrial endometrioid adenocarcinoma). In another embodiment, nanoparticles carrying the F(ab')2 fragment of J591 can be used to target brain tumor neovasculature for treatment, monitoring disease progression. Brain tumor neovasculature was seen to overexpress PSMA, as shown from previous immunohistochemical evaluations of excised high-grade glioma specimens.

[00148] Peptídeos cíclicos contendo a sequência HWGF são potentes e seletivos inibidores de MMP-2 e MMP-9 mas não de vários outros membros da família de MMP. O peptídeo CTTHWGFTLC inibe a migração de células endoteliais humanas e de células tumorais. Além disso, previne o crescimento tumoral e a invasão em modelos animais e aumenta a sobrevida de camundongos carregando tumores humanos. Fago apresentando CTTHWGFTLC especificamente tem por alvo vasos sanguíneos angiogênicos in vivo. Este peptídeo e sua extensão GRENYGHCTTHWGFTLC ou GRENYGHCTTHWGFTLS podem ser usados como ligantes a serem anexados à presente nanopartícula. Os peptídeos também podem ser radiomarcados, por exemplo, radioiodados. Koivunen et al., Tumor targeting with a selective gelatinase inhibitor, Nature Biotechnology 17, 768-774 (1999). Penate Medina et al., Liposomal tumor targeting in drug delivery utilizing MMP-2- and MMP- 9-binding ligands, J. Drug Delivery, Volume 2011 (2011), Article ID 160515. Anticancer Research 21:4101-4106 (2005). Em uma modalidade, nanopartículas anexadas a inibidor do peptídeo da metaloprotei- nase da matriz (MMPI) marcado com 124I são usados para mapeamento de linfonodos sentinela para estagiar câncer endometrioide.[00148] Cyclic peptides containing the HWGF sequence are potent and selective inhibitors of MMP-2 and MMP-9 but not several other members of the MMP family. The peptide CTTHWGFTLC inhibits the migration of human endothelial cells and tumor cells. Furthermore, it prevents tumor growth and invasion in animal models and increases the survival of mice carrying human tumors. Phage displaying CTTHWGFTLC specifically targets angiogenic blood vessels in vivo. This peptide and its extension GRENYGHCTTHWGFTLC or GRENYGHCTTHWGFTLS can be used as ligands to be attached to the present nanoparticle. Peptides can also be radiolabeled, for example radioiodinated. Koivunen et al., Tumor targeting with a selective gelatinase inhibitor, Nature Biotechnology 17, 768-774 (1999). Penate Medina et al., Liposomal tumor targeting in drug delivery utilizing MMP-2- and MMP-9-binding ligands, J. Drug Delivery, Volume 2011 (2011), Article ID 160515. Anticancer Research 21:4101-4106 (2005) . In one embodiment, nanoparticles attached to 124I-labeled matrix metalloproteinase peptide inhibitor (MMPI) are used for sentinel lymph node mapping to stage endometrioid cancer.

[00149] O número de ligantes anexados à nanopartícula pode variar a partir de cerca de 1 até cerca de 30, a partir de cerca de 1 até cerca de 20, a partir de cerca de 2 até cerca de 15, a partir de cerca de 3 até cerca de 10, a partir de cerca de 1 até cerca de 10, ou a partir de cerca de 1 até cerca de 6. O pequeno número dos ligantes anexados à nanopartícula ajuda a manter o diâmetro hidrodinâmico da presente na- nopartícula o qual satisfaz a faixa de tamanho de corte do clearance renal. Hilderbrand et al., Near-infrared fluorescence: application to in vivo molecular imaging, Curr. Opin. Chem. Biol., 14:71-9, 2010. O número de ligantes medido pode ser um número médio de ligantes anexados a mais de uma nanopartícula. Alternativamente, pode ser medida uma nanopartícula para determinar o número de ligantes anexados. O número de ligantes anexados à nanopartícula pode ser medido por quaisquer métodos adequados, os quais podem ou não ser relacionados com as propriedades dos ligantes. Por exemplo, o número de pep- tídeos cRGD ligados à partícula pode ser estimado usando medições à base de FCS das concentrações absolutas de partícula e a concentração inicial dos reagentes para o peptídeo cRGD. O número médio de peptídeos RGD por nanopartícula e a eficiência de ligação de RGD a grupamentos de PEG funcionalizados podem ser avaliados colorime- tricamente sob condições alcalinas e métodos espectrofotométricos de Biuret. O número de ligantes anexados à nanopartícula também pode ser medido por outros métodos adequados.[00149] The number of ligands attached to the nanoparticle can vary from about 1 to about 30, from about 1 to about 20, from about 2 to about 15, from about 3 to about 10, from about 1 to about 10, or from about 1 to about 6. The small number of ligands attached to the nanoparticle helps maintain the hydrodynamic diameter of the present nanoparticle which meets the renal clearance cutoff size range. Hilderbrand et al., Near-infrared fluorescence: application to in vivo molecular imaging, Curr. Opinion. Chem. Biol., 14:71-9, 2010. The number of ligands measured may be an average number of ligands attached to more than one nanoparticle. Alternatively, a nanoparticle can be measured to determine the number of attached ligands. The number of ligands attached to the nanoparticle can be measured by any suitable methods, which may or may not be related to the properties of the ligands. For example, the number of cRGD peptides bound to the particle can be estimated using FCS-based measurements of absolute particle concentrations and the initial concentration of reactants for the cRGD peptide. The average number of RGD peptides per nanoparticle and the binding efficiency of RGD to functionalized PEG groups can be evaluated colorimetrically under alkaline conditions and Biuret spectrophotometric methods. The number of ligands attached to the nanoparticle can also be measured by other suitable methods.

Agente de ContrasteContrast Agent

[00150] Um agente de contraste pode ser anexado à presente nanopartícula para imagiologia médica ou biologica. Conforme usado aqui, neste requerimento de patente, o termo "agente de contraste" se refere a uma substância, uma molécula ou um composto usado para reforçar a visibilidade de estruturas ou fluidos em imagiologia médica ou biológica. O termo "agente de contraste" também se refere a uma molécula produtora de contraste. As técnicas de imagiologia englobadas pela presente invenção incluem tomografia de emissão de pósi- trons (PET), tomografia computadorizada de emissão de fóton único (SPECT), tomografia computadorizada (CT), imagiologia por ressonância magnética (MRI), imagiologia por bioluminescência ótica, ima-giologia por fluorescência ótica, e combinações das mesmas. O agen te de contraste englobado pela presente invenção pode ser qualquer molécula, substância ou composto conhecido na arte para PET, SPECT, CT, MRI, e imagiologia ótica. O agente de contraste pode ser radionuclídeos, radiometais, emissores de pósitrons, emissores de raios beta, emissores de raios gama, emissores de raios alfa, íons de metais paramagnéticos, e íons de metais supraparamagnéticos. Os agentes de contraste incluem, mas não estão limitados a, iodo, flúor, cobre, zircônio, lutécio, astatina, ítrio, gálio, índio, tecnécio, gadolínio, disprsió, ferro, manganês, bário e sulfato de bário. Os radionuclídeos que podem ser usados como o agente de contraste anexado à nanopartícula da presente invenção incluem, mas não estão limitados a 89Zr, 64Cu,68Ga, 86Y, 124I e 177Lu.[00150] A contrast agent can be attached to the present nanoparticle for medical or biological imaging. As used herein in this patent application, the term "contrast agent" refers to a substance, molecule, or compound used to enhance the visibility of structures or fluids in medical or biological imaging. The term "contrast agent" also refers to a contrast-producing molecule. The imaging techniques encompassed by the present invention include positron emission tomography (PET), single photon emission computed tomography (SPECT), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), optical bioluminescence imaging, optical fluorescence imaging, and combinations thereof. The contrast agent encompassed by the present invention can be any molecule, substance or compound known in the art for PET, SPECT, CT, MRI, and optical imaging. The contrast agent can be radionuclides, radiometals, positron emitters, beta ray emitters, gamma ray emitters, alpha ray emitters, paramagnetic metal ions, and supraparamagnetic metal ions. Contrast agents include, but are not limited to, iodine, fluorine, copper, zirconium, lutetium, astatine, yttrium, gallium, indium, technetium, gadolinium, dysprsio, iron, manganese, barium and barium sulfate. Radionuclides that can be used as the contrast agent attached to the nanoparticle of the present invention include, but are not limited to, 89Zr, 64Cu, 68Ga, 86Y, 124I and 177Lu.

[00151] O agente de contraste pode ser conjugado diretamente à nanopartícula. Alternativamente, o agente de contraste pode ser conjugado indiretamente à nanopartícula, por fixação a encadeadores ou quelatos. O quelato pode ser adaptado para ligar um radionuclídeo. Os quelatos que podem ser anexados à presente nanopartícula pode incluir, mas não estão limitados a, ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano- 1,4,7,10-tetraacético (DOTA), ácido dietilenotriaminapentaacético (DTPA), desferrioxamina (DFO) e trietilenotetramina (TETA).[00151] The contrast agent can be conjugated directly to the nanoparticle. Alternatively, the contrast agent can be conjugated indirectly to the nanoparticle, by attachment to linkers or chelates. The chelate can be adapted to bind a radionuclide. Chelates that can be attached to this nanoparticle may include, but are not limited to, 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), desferrioxamine ( DFO) and triethylenetetramine (TETA).

[00152] Meios adequados para imagiologia, detecção, registro ou medição das presentes nanopartículas também podem incluir, por exemplo, um citômetro de fluxo, um citômetro de varredura a laser, uma leitora de micro-placas de fluorescência, um microscópio de fluorescência, um microscópio confocal, um microscópio de campo brilhante, um sistema de varredura de alto teor, e dispositivos semelhantes. Mais de uma técnica de imagiologia podem ser usadas ao mesz- mo tempo ou consecutivamente para detectar as presentes nanopartículas. Em uma modalidade, imagiologia ótica é usada como uma fer-ramenta de triagem de alta produtividade sensível de modo a adquirir múltiplos pontos do tempo no mesmo sujeito, permitindo avaliações semi-quantitativas dos níveis dos marcadores tumorais. Isto compensa a resolução temporal relativamente reduzida obtida com PET, embora PET seja necessário para obter penetração em profundidade adequada de modo a adquirir dados volumétricos, e para detectar, quantificar, e monitorar alterações nos níveis de receptores e/ou outros marcadores celulares como um meio de avaliação da progressão ou da melhora da doença, bem como de estratificação dos pacientes para protocolos de tratamento adequados.[00152] Suitable means for imaging, detecting, recording or measuring the present nanoparticles may also include, for example, a flow cytometer, a laser scanning cytometer, a fluorescence microplate reader, a fluorescence microscope, a confocal microscope, a bright field microscope, a high content scanning system, and similar devices. More than one imaging technique can be used at the same time or consecutively to detect the present nanoparticles. In one embodiment, optical imaging is used as a sensitive high-throughput screening tool to acquire multiple time points on the same subject, allowing semi-quantitative assessments of tumor marker levels. This compensates for the relatively reduced temporal resolution obtained with PET, although PET is necessary to obtain adequate depth penetration in order to acquire volumetric data, and to detect, quantify, and monitor changes in the levels of receptors and/or other cellular markers as a means assessing disease progression or improvement, as well as stratifying patients into appropriate treatment protocols.

Agente TerapêuticoTherapeutic Agent

[00153] Um agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula fluorescente, por exemplo, para tratamento direcionado de uma doença. O agente terapêutico pode ser liberado para um sítio doente em uma maneira altamente específica ou localizada com libieração do agente terapêutico no sítio da doença. Alternativamente, o agente terapêutico pode não ser liberado. A nanopartícula fluorescente conjugada com o ligante pode ser usada para liberação direcionada de um agente terapêutico em uma localização desejada em uma variedade de sistemas, tal como sobre, ou dentro de, uma célula ou um componente celular, dentro do corpo de um organismo, tal como um ser humano, ou através da barreira hematoencefálica.[00153] A therapeutic agent can be attached to the fluorescent nanoparticle, for example, for targeted treatment of a disease. The therapeutic agent can be delivered to a diseased site in a highly specific manner or localized with release of the therapeutic agent at the disease site. Alternatively, the therapeutic agent may not be released. The ligand-conjugated fluorescent nanoparticle can be used for targeted release of a therapeutic agent at a desired location in a variety of systems, such as on, or within, a cell or a cellular component, within the body of an organism, such as like a human, or through the blood-brain barrier.

[00154] O agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula diretamente ou indiretamente. O agente terapêutico pode ser absorvido dentro dos interstícios ou poros da concha de sílica, ou revesti8do sobre a concha de sílica da nanopartícula fluorescente. Em outras modalidades onde a concha de sílica não está cobrindo toda a superfície, o agente terapêutico pode ser associado com o núcleo fluorescente, tal como por absorção física ou por interação de ligação. O agente terapêutico pode ser associado com o ligante que é anexado à nanopartícula fluorescente. O agente terapêutico também pode ser associado com o polímero orgânico ou com o agente de contraste. Por exemplo, o agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula através de PEG. Os PEGs podem ter múltiplos grupamentos funcionais para fixação à nanopartícula e ao agente terapêutico. A partícula pode ter diferentes tipos de PEGs funcionalizados carregando diferentes grupamentos funcionais que podem ser anexados a múltiplos agentes terapêuticos. O agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula de modo covalente ou de modo não covalente.[00154] The therapeutic agent can be attached to the nanoparticle directly or indirectly. The therapeutic agent can be absorbed into the interstices or pores of the silica shell, or coated onto the silica shell of the fluorescent nanoparticle. In other embodiments where the silica shell is not covering the entire surface, the therapeutic agent may be associated with the fluorescent core, such as by physical absorption or by binding interaction. The therapeutic agent can be associated with the ligand that is attached to the fluorescent nanoparticle. The therapeutic agent can also be associated with the organic polymer or the contrast agent. For example, the therapeutic agent can be attached to the nanoparticle through PEG. PEGs can have multiple functional groups for attachment to the nanoparticle and the therapeutic agent. The particle can have different types of functionalized PEGs carrying different functional groups that can be attached to multiple therapeutic agents. The therapeutic agent can be attached to the nanoparticle covalently or non-covalently.

[00155] Conforme usado aqui, neste requerimento de patente, o termo "agente terapêutico" se refere a uma substância que pode ser usada no diagnóstico, na cura, na mitigação, no tratamento, ou na prevenção de doença em um ser humano ou outro animal. Os agentes terapêuticos referidos incluem substâncias reconhecidas na Farmaco- péia dos Estados Unidos oficial (United States Pharmacopeia), na Farmacopéia Homeopática dos Estados Unidos oficial (Homeopathic Pharmacopeia of the United States), no Formulário Nacional oficial dos Estados Unidos (National Formulary), ou qualquer suplemento das mesmas.[00155] As used herein in this patent application, the term "therapeutic agent" refers to a substance that can be used in the diagnosis, cure, mitigation, treatment, or prevention of disease in a human or other animal. Said therapeutic agents include substances recognized in the official United States Pharmacopeia, the official Homeopathic Pharmacopeia of the United States, the official National Formulary, or any supplement thereto.

[00156] Agentes terapêuticos que podem ser incorporados com as nanopartículas fluorescentes ou com as nanopartículas fluorescentes ligadas da invenção incluem nucleosídeos, análogos de nucleosídeos, RNA interferente pequeno (siRNA), microRNA, oligopeptídeos, poli- peptídeos, anticorpos, inibidores de COX-2, promotores de apoptose, agentes para o trato urinário, agentes vaginais, agentes neurodegene- rativos vasodilatadores (por exemplo, doença de Parkinson), agentes para obesidade, agentes oftálmicos, agentes para osteoporose, para- simpatolíticos, para-simpatomiméticos, antianestésicos, prostaglandi- nas, agentes psicoterápicos, agentes respiratórios, sedativos, hipnóticos, agentes para a pele e as membranas mucosas, antibacterianos, antifúngicos, antineoplásicos, agentes cardioprotetores, agentes cardi- ovasculares, antitrombóticos, estimulantes do sistema nervoso central, inibidores da colinesterase, contraceptivos, agonistas de receptores da dopamina, agentes para disfunção erétil, agentes de fertilidade, agentes gastrointestinais, agentes para gota, hormônios, imunomodulado- res, analgésicos convenientemente funcionalizados ou anestésicos gerais ou locais, anticonvulsivantes, agentes antidiabéticos, agentes antifibróticos, anti-infecciosos, agentes contra cinetose, relaxantes musculares, agentes imunossupressores, agentes contra enxaqueca, fármacos anti-inflamatórios não esteroidais (NSAIDs), agentes para parar de fumar, ou simpatolíticos (vide Physicians' Desk Reference, 55th ed., 2001, Medical Economics Company, Inc., Montvale, N.J., pages 201-202).[00156] Therapeutic agents that can be incorporated with the fluorescent nanoparticles or linked fluorescent nanoparticles of the invention include nucleosides, nucleoside analogues, small interfering RNA (siRNA), microRNA, oligopeptides, polypeptides, antibodies, COX-2 inhibitors , apoptosis promoters, urinary tract agents, vaginal agents, neurodegenerative vasodilatory agents (e.g., Parkinson's disease), obesity agents, ophthalmic agents, osteoporosis agents, parasympatholytics, parasympathomimetics, antianesthetics, prostaglandids - nas, psychotherapeutic agents, respiratory agents, sedatives, hypnotics, agents for the skin and mucous membranes, antibacterials, antifungals, antineoplastics, cardioprotective agents, cardiovascular agents, antithrombotics, central nervous system stimulants, cholinesterase inhibitors, contraceptives, dopamine receptor agonists, erectile dysfunction agents, fertility agents, gastrointestinal agents, gout agents, hormones, immunomodulators, conveniently functionalized analgesics or general or local anesthetics, anticonvulsants, antidiabetic agents, antifibrotic agents, anti-infective agents, motion sickness, muscle relaxants, immunosuppressive agents, migraine agents, nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), smoking cessation agents, or sympatholytics (see Physicians' Desk Reference, 55th ed., 2001, Medical Economics Company, Inc. , Montvale, N.J., pages 201-202).

[00157] Agentes terapêuticos que podem ser anexados à presente nanopartícula incluem, mas não estão limitados a, agentes de alquila- ção de DNA, inibidores da topoisomerase, agentes de indução de stress retículo endoplasmático, um composto de platina, um antimeta- bólito, vincalcalóides, taxanos, epotilones, inibidores enzimáticos, antagonistas de receptores, anticorpos terapêuticos, inibidores da tirosina quinase, radiossensibiolizadores de boro (isto é, velcade), e terapias de combinações quimioterápicas.[00157] Therapeutic agents that can be attached to the present nanoparticle include, but are not limited to, DNA alkylating agents, topoisomerase inhibitors, endoplasmic reticulum stress inducing agents, a platinum compound, an antimetabolite, vincalkaloids, taxanes, epothilones, enzyme inhibitors, receptor antagonists, therapeutic antibodies, tyrosine kinase inhibitors, boron radiosensitizers (i.e., velcade), and chemotherapy combination therapies.

[00158] Exemplos não limitantes de agentes de alquilação de DNA são mostardas de nitrogênio, tais como Mecloretamina, Ciclofosfamida (Ifosfamida, Trofosfamida), Clorambucila (Melfalano, Prednimustina), Bendamustina, Uramustina e Estramustina; nitrosouréias, tais como Carmustina (BCNU), Lomustina (Semustina), Fotemustina, Nimustina, Ranimustina e Estreptozocina; sulfonatos de alquila, tais como Busul- fan (Manossulfan, Treossulfan); Aziridinas, tais como Carboquona, ThioTEPA, Triaziquona, Trietilenomelamina; Hidrazinas (Procarbazi- na); Triazenos tais como Dacarbazina e Temozolomida; Altretamina e Mitobronitol.[00158] Non-limiting examples of DNA alkylating agents are nitrogen mustards, such as Mechlorethamine, Cyclophosphamide (Ifosfamide, Trophosphamide), Chlorambucil (Melphalan, Prednimustine), Bendamustine, Uramustine and Estramustine; nitrosoureas, such as Carmustine (BCNU), Lomustine (Semustine), Fotemustine, Nimustine, Ranimustine and Streptozocin; alkyl sulfonates, such as Busulfan (Manosulfan, Treosulfan); Aziridines, such as Carboquone, ThioTEPA, Triaziquone, Triethylenemelamine; Hydrazines (Procarbazine); Triazenes such as Dacarbazine and Temozolomide; Altretamine and Mitobronitol.

[00159] Exemplos não limitantes de inibidores da Topoisomerase I incluem derivados de Campotecina incluindo CPT-11 (irinotecano), SN-38, APC, NPC, campotecina, topotecano, mesilato de exatecano, 9-nitrocamptotecina, 9-aminocamptotecina, lurtotecano, rubitecano, silatecano, gimatecano, diflomotecano, extatecano, BN-80927, DX- 8951f, e MAG-CPT conforme decrito em Pommier Y. (2006) Nat. Rev. Cancer 6(10):789-802 e na Publicação de Patente dos Estados Unidos No. 2005/10250854; alcaloides de Protoberberina e derivados dos mesmos incluindo berberrubina e coralina conforme descrito em Li et al. (2000) Biochemistry 39(24):7107-7116 e Gatto et al. (1996) Cancer Res. 15(12):2795-2800; derivados de ffenantrolina incluindo Ben- zo[i]fenantridina, Nitidina, e fagaronina conforme descrito em Makhey et al. (2003) Bioorg. Med. Chem. 11 (8): 1809-1820; Terbenzimidazol e derivados do mesmo conforme descrito em Xu (1998) Biochemistry 37(10):3558-3566; e derivados de Antraciclina incluindo Doxorrubicina, Daunorrubicina, e Mitoxantrone conforme descrito em Foglesong et al. (1992) Cancer Chemother. Pharmacol. 30(2):123-]25, Crow et al. (1994) J. Med. Chem. 37(19):31913194, e Crespi et al. (1986) Bio- chem. Biophys. Res. Commun. 136(2):521-8. Inibidores da Topoisomerase II incluem, mas não estão limitados a Etoposídeo e Teniposí- deo. Duplo inibidores das topoisomerases I e II incluem, mas não estão limitados a, Saintopin e outras Naftecenodionas, DACA e outras Acridina-4-Carboxamindas, Intoplicina e outros Benzopiridoindóis, TAS-I03 e outros 7H-indeno[2,1-c]Quinolina-7-onas, Pirazoloacridina, XR 11576 e outros Benzofenazinas, XR 5944 e outros compostos Di- méricos, 7-oxo-7H-dibenz[f,ij]Isoquinolinas e 7-oxo-7H- benzo[e]Perimidinas, e Conjugados de Antracenil-aminoácidos conforme descrito em Denny e Baguley (2003) Curr. Top. Med. Chem. 3(3):339-353. Alguns agentes apresentam Topoisomerase II e têm atividade de intercalação de DNA tais como, mas não limitados a, Antra- ciclinas (Aclarrubicina, Daunorrubicin, Doxorrubicina, Epirrubicina, Idarrubicina, Anrubicina, Pirarrubicina, Valrubicina, Zorrubicina) e An- tracenedionas (Mitoxantrone e Pixantrone).[00159] Non-limiting examples of Topoisomerase I inhibitors include Campothecin derivatives including CPT-11 (irinotecan), SN-38, APC, NPC, campothecin, topotecan, exatecan mesylate, 9-nitrocamptothecin, 9-aminocamptothecin, lurtotecan, rubitecan , silatecan, gimatecan, diphlomotecan, extatecan, BN-80927, DX-8951f, and MAG-CPT as described in Pommier Y. (2006) Nat. Rev. Cancer 6(10):789-802 and the United States Patent Publication States No. 2005/10250854; Protoberberine alkaloids and derivatives thereof including berberrubine and coralline as described in Li et al. (2000) Biochemistry 39(24):7107-7116 and Gatto et al. (1996) Cancer Res. 15(12):2795-2800; phenanthroline derivatives including Benzo[i]phenanthridine, Nitidine, and fagaronin as described in Makhey et al. (2003) Bioorg. Med. Chem. 11 (8): 1809-1820; Terbenzimidazole and derivatives thereof as described in Xu (1998) Biochemistry 37(10):3558-3566; and Anthracycline derivatives including Doxorubicin, Daunorubicin, and Mitoxantrone as described in Foglesong et al. (1992) Cancer Chemother. Pharmacol. 30(2):123-]25, Crow et al. (1994) J. Med. Chem. 37(19):31913194, and Crespi et al. (1986) Biochem. Biophys. Res. Commun. 136(2):521-8. Topoisomerase II inhibitors include, but are not limited to, Etoposide and Teniposide. Dual inhibitors of topoisomerases I and II include, but are not limited to, Saintopin and other Naphthecenediones, DACA and other Acridine-4-Carboxaminides, Intoplicin and other Benzopyridoindoles, TAS-I03 and other 7H-indeno[2,1-c]Quinoline -7-ones, Pyrazoloacridine, XR 11576 and other Benzophenazines, XR 5944 and other Dimeric compounds, 7-oxo-7H-dibenz[f,ij]Isoquinolines and 7-oxo-7H-benzo[e]Perimidines, and Conjugates of Anthracenyl-amino acids as described in Denny and Baguley (2003) Curr. Top. Med. Chem. 3(3):339-353. Some agents present Topoisomerase II and have DNA intercalation activity such as, but not limited to, Anthracyclines (Aclarrubicin, Daunorubicin, Doxorubicin, Epirubicin, Idarubicin, Anrubicin, Pyrrubicin, Valrubicin, Zorubicin) and Antrakenediones (Mitoxantrone and Pixantrone ).

[00160] Exemplos de agentes de indução de stress retículo endo- plasmático incluem, mas não estão limitados a, dimetil-celecoxib (DMC), nelfinavir, celecoxib, e radiossensibiolizadores de boro (isto é, velcade (Bortezomib)).[00160] Examples of endoplasmic reticulum stress inducing agents include, but are not limited to, dimethyl-celecoxib (DMC), nelfinavir, celecoxib, and boron radiosensitizers (i.e., velcade (Bortezomib)).

[00161] Exemplos não limitantes de composto à base de platina incluem Carboplatina, Cisplatina, Nedaplatina, Oxaliplatina, tetranitrato de Triplatina, Satraplatina, Aroplatina, Lobaplatina, e JM-216. (vide McKeage et al. (1997) J. Clin. Oncol. 201:1232-1237 e em geral, CHEMOTHERAPY FOR GYNECOLOGICAL NEOPLASM, CURRENT THERAPY AND NOVEL APPROACHES, na Series Basic and Clinical Oncology, Angioli et al. Eds., 2004).[00161] Non-limiting examples of platinum-based compounds include Carboplatin, Cisplatin, Nedaplatin, Oxaliplatin, Triplatin tetranitrate, Satraplatin, Aroplatin, Lobaplatin, and JM-216. (see McKeage et al. (1997) J. Clin. Oncol. 201:1232-1237 and generally, CHEMOTHERAPY FOR GYNECOLOGICAL NEOPLASM, CURRENT THERAPY AND NOVEL APPROACHES, in Series Basic and Clinical Oncology, Angioli et al. Eds., 2004 ).

[00162] Exemplos não limitantes de agentes antimetabólitos incluem inibidores à base de ácido fólico, isto é, inibidores da dihidrofolato redutase, tais como Aminopterina, Metotrexato e Pemetrexed; inibidores da timidilato sintase, tais como Raltitrexed, Pemetrexed; inibidor à base de Purina, isto é, um inibidor de adenosina desaminase, tal como Pentostatina, uma tiopurina, tal como Tioguanina e Mercaptopurina, um inibidor de ribonucleotídeo redutase / halogenado, tal como Cladri- bina, Clofarabina, Fludarabina, ou uma guanina / guanosina: tiopurina, tal como Tioguanina; ou à base de Pirimidina, isto é, citosina / citidina: agente hipometilante, tal como Azacitidina e Decitabina, um inibidor de DNA polimerase, tal como Citarabina, um inibidor da ribonucleotídeo redutase, tal como Gencitabina, ou uma timina / timidina: inibidor da timidilato sintase, tal como uma Fluorouracila (5-FU). Equivalentes a 5- FU incluem pró-drogas, análogos e derivado dos mesmos tais como 5'- desoxi-5-fluorouridina (doxifluroidina), 1-tetraidrofuranil-5-fluorouracila (ftorafur), Capecitabina (Xeloda), S-I (MBMS-247616, consistindo de tegafur e dois moduladores, uma 5-cloro-2,4-diidroxipiridina e oxonato de potássio), ralititrexed (tomudex), nolatrexed (Thymitaq, AG337), LY231514 e ZD9331, conforme descrito, por exemplo, em Papami- cheal (1999) The Oncologist 4:478-487.[00162] Non-limiting examples of antimetabolite agents include folic acid-based inhibitors, that is, dihydrofolate reductase inhibitors, such as Aminopterin, Methotrexate and Pemetrexed; thymidylate synthase inhibitors such as Raltitrexed, Pemetrexed; Purine-based inhibitor, i.e., an adenosine deaminase inhibitor such as Pentostatin, a thiopurine such as Thioguanine and Mercaptopurine, a halogenated ribonucleotide reductase inhibitor such as Cladribine, Clofarabine, Fludarabine, or a guanine/ guanosine: thiopurine, such as Thioguanine; or Pyrimidine-based, i.e., cytosine/cytidine: hypomethylating agent, such as Azacitidine and Decitabine, a DNA polymerase inhibitor, such as Cytarabine, a ribonucleotide reductase inhibitor, such as Gemcitabine, or a thymine/thymidine: inhibitor of thymidylate synthase, such as Fluorouracil (5-FU). Equivalents to 5-FU include prodrugs, analogues and derivatives thereof such as 5'-deoxy-5-fluorouridine (doxyfluroidine), 1-tetrahydrofuranyl-5-fluorouracil (ftorafur), Capecitabine (Xeloda), S-I (MBMS-247616 , consisting of tegafur and two modulators, a 5-chloro-2,4-dihydroxypyridine and potassium oxonate), ralititrexed (tomudex), nolatrexed (Thymitaq, AG337), LY231514 and ZD9331, as described, for example, in Papami-cheal (1999) The Oncologist 4:478-487.

[00163] Exemplos de vincalcaloides, incluem, mas não estão limitados a Vinblastina, Vincristina, Vinflunina, Vindesina e Vinorelbina.[00163] Examples of vincalkaloids include, but are not limited to Vinblastine, Vincristine, Vinflunine, Vindesine and Vinorelbine.

[00164] Exemplos de taxanos incluem, mas não estão limitados a docetaxel, Larotaxel, Ortataxel, Paclitaxel e Tesetaxel. Um exemplo de um epotilone é iabepilone.[00164] Examples of taxanes include, but are not limited to, docetaxel, Larotaxel, Ortataxel, Paclitaxel and Tesetaxel. An example of an epothilone is iabepilone.

[00165] Exemplos de inibidores enzimáticos incluem, mas não estão limitados a inibidores da farnesiltransferase (Tipifamib); inibidor de CDK (Alvocidib, Seliciclib); inibidor do proteassoma (Bortezomib); inibidor de fosfodiesterase (Anagrelide; rolipram); inibidor de IMP desi- drogenase (Tiazofurine); e inibidor de lipoxigenase (Masoprocol). Exemplos de antagonistas de receptores incluem, mas não estão limitados a ERA (Atrasentan); receptor de retinóide X (Bexarotene); e um esteróide sexual (Testolactone).[00165] Examples of enzyme inhibitors include, but are not limited to, farnesyltransferase inhibitors (Tipifamib); CDK inhibitor (Alvocidib, Seliciclib); proteasome inhibitor (Bortezomib); phosphodiesterase inhibitor (Anagrelide; rolipram); IMP dehydrogenase inhibitor (Tiazofurine); and lipoxygenase inhibitor (Masoprocol). Examples of receptor antagonists include, but are not limited to ERA (Atrasentan); retinoid X receptor (Bexarotene); and a sex steroid (Testolactone).

[00166] Exemplos de anticorpos terapêuticos incluem, mas não estão limitados a anti-HER1/EGFR (Cetuximab, Panitumumab); receptor Anti-HER2/neu (erbB2) (Trastuzumab); Anti-EpCAM (Catumaxomab, Edrecolomab) Anti-VEGF-A (Bevacizumab); Anti-CD20 (Rituximab, Tositumomab, Ibritumomab); Anti-CD52 (Alemtuzumab); e Anti-CD33 (Gemtuzumab). Patentes dos Estados Unidos Nos. 5.776.427 e 7.601.355.[00166] Examples of therapeutic antibodies include, but are not limited to anti-HER1/EGFR (Cetuximab, Panitumumab); Anti-HER2/neu (erbB2) receptor (Trastuzumab); Anti-EpCAM (Catumaxomab, Edrecolomab) Anti-VEGF-A (Bevacizumab); Anti-CD20 (Rituximab, Tositumomab, Ibritumomab); Anti-CD52 (Alemtuzumab); and Anti-CD33 (Gemtuzumab). United States Patent Nos. 5,776,427 and 7,601,355.

[00167] Exemplos de inibidores da tirosina quinase incluem, mas não estão limitados a inibidores a ErbB: HER1/EGFR (Erlotinib, Gefiti- nib, Lapatinib, Vandetanib, Sunitinib, Neratinib); HER2/neu (Lapatinib, Neratinib); RTK classe III: C-kit (Axitinib, Sunitinib, Sorafenib), FLT3 (Lestaurtinib), PDGFR (Axitinib, Sunitinib, Sorafenib); e VEGFR (Vandetanib, Semaxanib, Cediranib, Axitinib, Sorafenib); bcr-abl (Imatinib, Nilotinib, Dasatinib); Src (Bosutinib) e Janus quinase 2 (Lestaurtinib).[00167] Examples of tyrosine kinase inhibitors include, but are not limited to ErbB: HER1/EGFR inhibitors (Erlotinib, Gefitinib, Lapatinib, Vandetanib, Sunitinib, Neratinib); HER2/neu (Lapatinib, Neratinib); Class III RTK: C-kit (Axitinib, Sunitinib, Sorafenib), FLT3 (Lestaurtinib), PDGFR (Axitinib, Sunitinib, Sorafenib); and VEGFR (Vandetanib, Semaxanib, Cediranib, Axitinib, Sorafenib); bcr-abl (Imatinib, Nilotinib, Dasatinib); Src (Bosutinib) and Janus kinase 2 (Lestaurtinib).

[00168] Agentes quimioterápicos que podem ser anexados à presente nanopartícula também podem incluir ansacrina, Trabectedin, re- tinóides (Alitretinoína, Tretinoína), trióxido arsênico, deplessor de as- paragina Asparaginase/Pegaspargase), Celecoxib, Demecolcine, Elesclomol, Elsamitrucin, Etoglucid, Lonidamina, Lucantone, Mitogua- zone, Mitotane, Oblimersen, Tensirolimo, e Vorinostato.[00168] Chemotherapeutic agents that can be attached to the present nanoparticle can also include ansacrine, Trabectedin, retinoids (Alitretinoin, Tretinoin), arsenic trioxide, asparagine depletor Asparaginase/Pegaspargase), Celecoxib, Demecolcine, Elesclomol, Elsamitrucin, Etoglucid , Lonidamine, Lucantone, Mitoguazone, Mitotane, Oblimersen, Tensirolimus, and Vorinostat.

[00169] Exemplos de agentes terapêuticos específicos que podem ser encadeados, ligados, ou associados com as nanopartículas fluorescentes da invenção são flomoxef; fortimicina(s); gentamicina(s); gli- cossulfona solassulfona; gramicidina S; gramicidina(s); grepafloxacina; guameciclina; hetacilina; isepamicina; josamicina; canamicina(s); flomoxef; fortimicina(s); gentamicin(s); glicossulfona solassulfona; gramicidina S; gramicidina(s); grepafloxacin; guameciclina; hetacilina; isepamicina; josamicina; canamicina(s); bacitracin; bambermicina(s); bia- penem; brodimoprim; butirosin; capreomicina; carbenicilina; carbomici- na; carumonam; cefadroxil; cefamandol; cefatrizina; cefbuperazona; cefclidin; cefdinir; cefditoren; cefepime; cefetamet; cefixime; cefineno- xime; cefininox; cladribina; apalcilin; apiciclina; apramicina; arbecacin; aspoxicilina; azidanfenicol; aztreonam; cefodizime; cefonicid; cefope- razone; ceforamida; cefotaxime; cefotetan; cefotiam; cefozopran; cefpimizol; cefpiramida; cefpirome; cefprozil; cefroxadina; cefteram; ceftibuten; cefuzonam; cefalexin; cefaloglicin; cefalosporina C; cefradi- ne; cloranfenicol; clortetraciclina; clinafloxacina; clindamicina; clomoci- clina; colistin; ciclacilin; dapsone; demeclociclina; diatimossulfona; di- becacin; diidroestreptomicina; 6-mercaptopurina; tioguanina; capecita- bina; docetaxel; etoposídeo; gencitabina; topotecan; vinorelbina; vin- cristina; vinblastina; teniposídeo; melfalano; metotrexato; 2-p- sulfanilianilinoethanol; 4,4'-sulfinildianilina; ácido 4- sulfanilamidosalicílico; butorfanol; nalbufina. estreptozocina; doxorrubi- cina; daunorrubicina; plicamicina; idarrubicina; mitomicina C; pentosta- tina; mitoxantrone; citarabina; fosfato de fludarabina; butorfanol; nalbu- fina. estreptozocina; doxorrubicina; daunorrubicina; plicamicina; idarrubicina; mitomicina C; pentostatina; mitoxantrone; citarabina; fosfato de fludarabina; acediassulfona; acetossulfona; amicacina; anfotericina B; ampicilina; atorvastatina; enalapril; ranitidina; ciprofloxacina; pravasta- tina; claritromicina; ciclosporina; famotidina; leuprolida; aciclovir; paclitaxel; azitromicina; lamivudina; budesonida; albuterol; indinavir; met- formina; alendronato; nizatidina; zidovudina; carboplatina; metoprolol; amoxicilina; diclofenac; lisinopril; ceftriaxona; captopril; salmeterol; xinafoato; imipenem; cilastatina; benazepril; cefaclor; ceftazidima; morfina; dopamina; bialamicol; fluvastatina; fenamidina; 2-etilhidrazina de ácido podofilínico; acriflavina; cloroazodina; arsfenamina; amicarbilida; aminoquinurida; quinapril; oximorfona; buprenorfina; floxuridina; diri- tromicina; doxiciclina; enoxacina; enviomicina; epicilina; eritromicina; leucomicina(s); lincomicina; lomefloxacina; lucensomicina; limeciclina; meclociclina; meropenem; metaciclina; micronomicina; midecamici- na(s); minociclina; moxalactam; mupirocina; nadifloxacina; natamicina; neomicina; netilmicina; norfloxacina; oleandomicina; oxitetraciclina; p- sulfanililbenzilamina; panipenem; paromomicina; pazufloxacina; penicilina N; pipaciclina; ácido pipemídico; polimixina; primicina; quinacilina; ribostamicina; rifamida; rifampina; rifamicina SV; rifapentina; rifaximina; ristocetina; ritipenem; rocitamicina; rolitetraciclina; rosaramicina; roxi- tromicina; salazosulfadimidina; sanciclina; sisomicina; esparfloxacina; espectinomicina; espiramicina; estreptomicina; succissulfona; sulfacri- soidina; ácido sulfalóxico; sulfamidocrisoidina; ácido sulfanílico; sulfoxona; teicoplanina; temafloxacina; temocilina; tetroxoprim; tianfenicol; tiazolsulfona; tiostreptona; ticarcilina; tigemonam; tobramicina; tosu- floxacina; trimetoprim; trospectomicina; trovafloxacina; tuberactinomi- cina; vancomicina; azaserina; candicidina(s); clorfenesina; dermostati- na(s); filipina; fungicromina; mepartricina; nistatina; oligomicina(s); pe- rimicina A; tubercidina; 6-azauridina; 6-diazo-5-oxo-L-norleucina; acla- cinomicina(s); ancitabina; antramicina; azacitadina; azaserina; bleomi- cina(s); biscumacetato de etila; etilideno dicumarol; iloprost; lamifiban; taprostene; tioclomarol; tirofiban; amiprilose; bucillamina; gusperimo; ácido gentísico; glucametacina; glicol salicilato; ácido meclofenâmico; ácido mefenâmico; mesalamina; ácido niflúmico; olsalazina; oxaceprol; S-enosilmetionina; ácido salicílico; salsalato; sulfasalazina; ácido tolfe- nâmico; carubicina; carzinofillin A; clorozotocina; cromomicina(s); de- nopterina; doxifluridina; edatrexato; eflornitina; eliptínio; enocitabina; epirubicina; manomustina; menogaril; mitobronitol; mitolactol; mopida- mol; ácido micofenólico; nogalamicina; olivomicina(s); peplomicina; pi- rarubicina; piritrexim; prednimustina; procarbazina; pteropterina; puro- micina; ranimustina; estreptonigrina; tiamiprina; ácido micofenólico; procodazol; romurtida; sirolimo (rapamicina); tacrolimo; butetamina; fenalcomina; hidroxitetracaina; naepaina; ortocaina; piridocaina; álcool salicílico; ácido 3-amino-4-hidroxibutírico; aceclofenaco; alminoprofen; anfenac; bronfenac; bromosaligenina; bumadizon; carprofen; diclofenac; diflunisal; ditazol; ácido enfenâmico; etodolac; etofenamato; fen- dosal; fepradinol; ácido flufenâmico; Tomudex® (ácido N-[[5-[[(1,4- diidro-2-metil-4-oxo-6-quin-azolinil)metil]metilamino]-- 2-tienil]carbonil]- L-glutâmico), trimetrexato, tubercidina, ubenimex, vindesina, zorubici- na; argatroban; cumetarol ou dicumarol.[00169] Examples of specific therapeutic agents that can be chained, linked, or associated with the fluorescent nanoparticles of the invention are flomoxef; fortimycin(s); gentamicin(s); solasulfone glycosulfone; gramicidin S; gramicidin(s); grepafloxacin; guamecycline; hetacillin; isepamycin; josamycin; kanamycin(s); flomoxef; fortimycin(s); gentamicin(s); solasulfone glycosulfone; gramicidin S; gramicidin(s); grepafloxacin; guamecycline; hetacillin; isepamycin; josamycin; kanamycin(s); bacitracin; bambermycin(s); bia- penem; brodimoprim; butyrosin; capreomycin; carbenicillin; carbomycin; carumonam; cefadroxil; cefamandole; cefatrizin; cefbuperazone; cefclidin; cefdinir; cefditoren; cefepime; cefetamet; cefixime; cefinenoxime; cefininox; cladribine; apalcilin; apiciclin; apramycin; arbecacin; aspoxycillin; azidanphenicol; aztreonam; cefodizime; cefonicid; cefoperazone; ceforamide; cefotaxime; cefotetan; cefotiam; cefozopran; cefpimizole; cefpyramide; cefpirome; cefprozil; cefroxadine; cefteram; ceftibuten; cefuzonam; cephalexin; cephaloglycin; cephalosporin C; cefradine; chloramphenicol; chlortetracycline; clinafloxacin; clindamycin; clomocycline; colistin; cyclacillin; dapsone; demeclocycline; diathymosulfone; dibecacin; dihydrostreptomycin; 6-mercaptopurine; thioguanine; capecitabine; docetaxel; etoposide; gemcitabine; topotecan; vinorelbine; vin-cristine; vinblastine; teniposide; melphalan; methotrexate; 2-p-sulfanilyanilineethanol; 4,4'-sulfinyldianiline; 4-sulfanilamidosalicylic acid; butorphanol; nalbuphine. streptozocin; doxorubicin; daunorubicin; plicamycin; idarubicin; mitomycin C; pentostatin; mitoxantrone; cytarabine; fludarabine phosphate; butorphanol; nalbup- fine. streptozocin; doxorubicin; daunorubicin; plicamycin; idarubicin; mitomycin C; pentostatin; mitoxantrone; cytarabine; fludarabine phosphate; acediasulfone; acetosulfone; amikacin; amphotericin B; ampicillin; atorvastatin; enalapril; ranitidine; ciprofloxacin; pravastatin; clarithromycin; cyclosporine; famotidine; leuprolide; acyclovir; paclitaxel; azithromycin; lamivudine; budesonide; albuterol; indinavir; metformin; alendronate; nizatidine; zidovudine; carboplatin; metoprolol; amoxicillin; diclofenac; lisinopril; ceftriaxone; captopril; salmeterol; xinafoate; imipenem; cilastatin; benazepril; cefaclor; ceftazidime; morphine; dopamine; bialamicol; fluvastatin; fenamidine; Podophyllinic acid 2-ethylhydrazine; acriflavine; chloroazodine; arsphenamine; amicarbilide; aminoquinuride; quinapril; oxymorphone; buprenorphine; floxuridine; dirithromycin; doxycycline; enoxacin; Sendomycin; epicillin; erythromycin; leukomycin(s); lincomycin; lomefloxacin; lucensomycin; lymecycline; meclocycline; meropenem; methacycline; micronomycin; midecamycin(s); minocycline; moxalactam; mupirocin; nadifloxacin; natamycin; neomycin; netilmicin; norfloxacin; oleandomycin; oxytetracycline; p-sulfanilylbenzylamine; panipenem; paromomycin; Pazufloxacin; penicillin N; pipacycline; pipemidic acid; polymyxin; primycin; quinacillin; ribostamycin; rifamide; rifampin; rifamycin SV; rifapentine; rifaximin; ristocetin; ritipenem; rocitamycin; rolitetracycline; rosaramycin; roxithromycin; salazosulfadimidine; sancycline; sisomycin; sparfloxacin; spectinomycin; spiramycin; streptomycin; succisulfone; sulphacrysoidine; sulphaloxic acid; sulfamidochrysoidine; sulfanilic acid; sulfoxone; teicoplanin; temafloxacin; temocillin; tetroxoprim; thiamphenicol; thiazolsulfone; thiostrepton; ticarcillin; tigemonam; tobramycin; tosu- floxacin; trimethoprim; trospectomycin; trovafloxacin; tuberactinomycin; vancomycin; azaserine; candicidin(s); chlorphenesin; dermostatin(s); Filipina; fungichromin; mepartricin; nystatin; oligomycin(s); perimycin A; tubecidin; 6-azauridine; 6-diazo-5-oxo-L-norleucine; aclacinomycin(s); ancitabine; anthramycin; azacitadine; azaserine; bleomycin(s); ethyl biscumacetate; ethylidene dicumarol; iloprost; lamifiban; taprostene; thioclomarol; Tyrofiban; amiprilose; bucillamine; gusperimo; gentisic acid; glucametacin; glycol salicylate; meclofenamic acid; mefenamic acid; mesalamine; niflumic acid; olsalazine; oxaceprol; S-enosylmethionine; salicylic acid; salsalate; sulfasalazine; tolfenamic acid; carubicin; carzinofillin A; chlorozotocin; chromomycin(s); denopterin; doxifluridine; edatrexate; eflornithine; elliptinium; enocitabine; epirubicin; manomustine; menogaril; mitobronitol; mitolactol; mopida- mol; mycophenolic acid; nogalamycin; olivomycin(s); peplomycin; pirarubicin; pyritrexim; prednimustine; procarbazine; pteropterin; puromycin; ranimustine; streptonigrin; thiamiprine; mycophenolic acid; procodazole; ruptured; sirolimus (rapamycin); tacrolimus; butethamine; phenalcomine; hydroxytetracaine; naepain; orthocaine; pyridocaine; salicylic alcohol; 3-amino-4-hydroxybutyric acid; aceclofenac; alminoprofen; amfenac; bronfenac; bromosaligenin; bumadizon; carprofen; diclofenac; diflunisal; ditazol; enfenamic acid; etodolac; etofenamate; fendosal; fepradinol; flufenamic acid; Tomudex® (N-[[5-[[(1,4-dihydro-2-methyl-4-oxo-6-quin-azolinyl)methyl]methylamino]-- 2-thienyl]carbonyl]- L-glutamic acid) , trimetrexate, tubecidin, ubenimex, vindesine, zorubicin; argatroban; cumetarol or dicumarol.

[00170] Listas de agentes terapêuticos adicionais podem ser encontradas, por exemplo, em: Physicians' Desk Reference, 55th ed., 2001, Medical Economics Company, Inc., Montvale, N.J.; USPN Dictionary of USAN and International Drug Names, 2000, The United States Phar- macopeial Convention, Inc., Rockville, Md.; e The Merck Index, 12th ed., 1996, Merck & Co., Inc., Whitehouse Station, N.J.[00170] Lists of additional therapeutic agents can be found, for example, in: Physicians' Desk Reference, 55th ed., 2001, Medical Economics Company, Inc., Montvale, N.J.; USPN Dictionary of USAN and International Drug Names, 2000, The United States Pharmaceutical Convention, Inc., Rockville, Md.; and The Merck Index, 12th ed., 1996, Merck & Co., Inc., Whitehouse Station, N.J.

[00171] O agente terapêutico também pode incluir radionuclídeos quando a presente nanopartícula é usada em radioterapia direcionada. Em uma modalidade, radionuclídeos beta-emissores de baixa energia, tais como constructos quelados-177Lu, são associados com a nanopartícula e usados para tratar cargas tumorais relativamente pequenas ou doença micrometastática. Em outra modalidade, beta emissores de maior energia, tais como ítrio-90 (90Y), podem ser usados para tratar maiores cargas tumorais. Iodo-131 (131I) também pode ser usado para radioterapia.[00171] The therapeutic agent may also include radionuclides when the present nanoparticle is used in targeted radiotherapy. In one embodiment, low-energy beta-emitting radionuclides, such as chelated-177Lu constructs, are associated with the nanoparticle and used to treat relatively small tumor burdens or micrometastatic disease. In another embodiment, higher energy beta emitters, such as yttrium-90 (90Y), can be used to treat larger tumor burdens. Iodine-131 (131I) can also be used for radiotherapy.

[00172] A superfície da nanopartícula pode ser modificada para incorporar no mínimo um grupamento funcional. O polímero orgânico (por exemplo, PEG) anexado à nanopartícula pode ser modificado para incorporar no mínimo um grupamento funcional. Por exemplo, o grupamento funcional pode ser uma maleimida ou um éster de N- Hidroxissuccinimida (NHS). A incorporação do grupamento funcional torna possível anexar vários ligantes, agentes de contraste e/ou agentes terapêuticos à nanopartícula.[00172] The surface of the nanoparticle can be modified to incorporate at least one functional group. The organic polymer (e.g., PEG) attached to the nanoparticle can be modified to incorporate at least one functional group. For example, the functional group may be a maleimide or an N-Hydroxysuccinimide (NHS) ester. The incorporation of the functional group makes it possible to attach various ligands, contrast agents and/or therapeutic agents to the nanoparticle.

[00173] Em uma modalidade, um agente terapêutico é anexado à nanopartícula (à superfície ou ao revestimento de polímero orgânico) através de um grupamento funcional de éster de NHS. Por exemplo, um inibidor de tirosina quinase tal como dasatinib (BMS) ou um agente quimioterápico (por exemplo, taxol), pode ser acoplado através de uma ligação de éster à nanopartícula. Esta ligação de éster pode ser então clivada em um ambiente acidífero ou enzimaticamente in vivo. Esta abordagem pode ser usada para liberar uma pró-droga a um sujeito onde o fármaco é liberado da partícula in vivo.[00173] In one embodiment, a therapeutic agent is attached to the nanoparticle (to the surface or to the organic polymer coating) through an NHS ester functional group. For example, a tyrosine kinase inhibitor such as dasatinib (BMS) or a chemotherapeutic agent (e.g., taxol), can be coupled via an ester bond to the nanoparticle. This ester bond can then be cleaved in an acidic environment or enzymatically in vivo. This approach can be used to deliver a prodrug to a subject where the drug is released from the particle in vivo.

[00174] Nós testamos a abordagem de pró-droga por acoplação do inibidor de molécula pequena dasatinib com as moléculas de PEG da nanopartícula. Com base nos resultados da biodistribuição e nos cálculos de dosagem do fármaco em humanos, foi visto que a nanopartícula tem propriedades biológicas únicas, incluindo clearance relativa mente rápido do sangue comparada com tumores e subsequente acumulação do agente terapêutico no tecido tumoral, o que sugere que uma abordagem de pró-droga é viável. A nanopartícula funcionali- zada permite que os fármacos sejam dosados múltiplas vezes, assegurando que concentração de fármaco no tumor é maior do que a especificada pela IC-50 em tecido tumoral, embora não venha a ser limi- tante da dose para órgãos de outros tecidos, tais como o coração, o fígado ou os rins. O agente terapêutico e a nanopartícula podem ser radiomarcados ou marcados oticamente separadamente, permitindo monitoramento independente do agente terapêutico e da nanopartícula. Em uma modalidade, dasatinib radiofluorado (isto é, 18F) é acoplado com porções de PEG-3400 anexadas à nanopartícula através de ligações éster NHS. Radioflúor é crucial para ser capaz de monitorar de modo independente alterações dependentes do tempo na distribuição e na liberação do fármaco a partir da nanopartícula fluorescente (Cy5) radioiodada (124I). Deste modo, nós podemos monitorar separadamente a pró-droga (dasatinib) e a nanopartícula. Isto permite otimização do design da pró-droga comparado com métodos na arte anterior onde não é usada abordagem de dupla-marcação. Em outra modalidade, moléculas de iodo radioterapêutico (isto é, I-131), ou outros emissores de raios gama ou alfa terapêuticos, são conjugadas com PEG através de um grupamento funcional de maleimida, onde o agente terapêutico pode não dissociar do PEG in vivo.[00174] We tested the prodrug approach by coupling the small molecule inhibitor dasatinib with the nanoparticle PEG molecules. Based on biodistribution results and human drug dosage calculations, it was seen that the nanoparticle has unique biological properties, including relatively rapid clearance from blood compared to tumors and subsequent accumulation of the therapeutic agent in tumor tissue, which suggests that a pro-drug approach is viable. The functionalized nanoparticle allows drugs to be dosed multiple times, ensuring that the drug concentration in the tumor is greater than that specified by the IC-50 in tumor tissue, although it will not be dose-limiting for organs in other tissues. , such as the heart, liver or kidneys. The therapeutic agent and nanoparticle can be radiolabeled or optically labeled separately, allowing independent monitoring of the therapeutic agent and nanoparticle. In one embodiment, radiofluorinated dasatinib (i.e., 18F) is coupled with PEG-3400 moieties attached to the nanoparticle via NHS ester linkages. Radiofluoride is crucial to be able to independently monitor time-dependent changes in drug distribution and release from the radioiodinated (124I) fluorescent (Cy5) nanoparticle. This way, we can monitor the prodrug (dasatinib) and the nanoparticle separately. This allows optimization of prodrug design compared to methods in the prior art where a dual-labeling approach is not used. In another embodiment, radiotherapeutic iodine molecules (i.e., I-131), or other therapeutic gamma or alpha ray emitters, are conjugated to PEG via a maleimide functional group, where the therapeutic agent may not dissociate from the PEG in vivo. .

[00175] Uma abordagem generalizável referida aqui, neste requerimento de patente, como "química de click" é descrita abaixo. De modo à presente nanopartícula acomodar prontamente grandes faixas de ligantes, agentes de contraste ou quelatos, a superfície da nanopartícula pode ser modificada para incorporar um grupamento funcional. A nanopartícula também pode ser modificada com polímeros orgânicos (por exemplo, PEGs) ou quelatos que podem incorporar um grupa mento funcional. Entretanto, o ligante, o agente de contraste, ou o agente terapêutico é modificado para incorporar um grupamento funcional que é capaz de reagir com o grupamento funcional sobre a nanopartícula, ou sobre os PEGs ou os agentes quelantes anexados à nanopartícula sob condições adequadas. Por conseguinte, qualquer ligante, agente de contraste ou agente terapêutico que tem o grupamento funcional reativo é capaz de ser prontamente conjugado à nanopartícula. Esta abordagem generalizável é referida aqui, neste requerimento de patente, como "química de click", a qual vai permitir uma grande dose de versatilidade para explorar aplicações multimoda- lidades. Nas reações químicas de "química de click", dois componentes moleculares podem ser unidos através de uma reação seletiva, rápida, limpa, bioortogonal, e/ou biocompatível. Kolb et al., (2001) Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angewandte Chemie International Edition 40, 2004-2021. Lim et al., (2010) Bioorthogonal chemistry: recent progress and future directions. Chemical Communications 46, 1589-1600. Sletten et al., (2009) Bioorthogonal chemistry: fishing for selectivity in a sea of functionality. Angewandte Chemie International Edition 48, 6973-6998.[00175] A generalizable approach referred to herein in this patent application as "click chemistry" is described below. In order for the present nanoparticle to readily accommodate wide ranges of ligands, contrast agents or chelates, the surface of the nanoparticle can be modified to incorporate a functional group. The nanoparticle can also be modified with organic polymers (e.g., PEGs) or chelates that can incorporate a functional group. However, the ligand, contrast agent, or therapeutic agent is modified to incorporate a functional group that is capable of reacting with the functional group on the nanoparticle, or on the PEGs or chelating agents attached to the nanoparticle under suitable conditions. Therefore, any ligand, contrast agent or therapeutic agent that has the reactive functional group is capable of being readily conjugated to the nanoparticle. This generalizable approach is referred to here in this patent application as "click chemistry", which will allow a great deal of versatility to explore multimodal applications. In "click chemistry" chemical reactions, two molecular components can be joined through a selective, fast, clean, bioorthogonal, and/or biocompatible reaction. Kolb et al., (2001) Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angewandte Chemie International Edition 40, 2004-2021. Lim et al., (2010) Bioorthogonal chemistry: recent progress and future directions. Chemical Communications 46, 1589-1600. Sletten et al., (2009) Bioorthogonal chemistry: fishing for selectivity in a sea of functionality. Angewandte Chemie International Edition 48, 6973-6998.

[00176] Qualquer mecanismo de reação adequado pode ser adaptado na presente invenção para "química de click", contanto que possa ser obtida fixação do ligante, do agente de contraste ou do quelato à nanopartícula de modo fácil e controlado. Em uma modalidade, uma ligação tripla livre é introduzida sobre PEG, o qual já está conjugado de modo covalente com a concha da nanopartícula. Nesse ínterim, uma ligação de azida é introduzida sobre o ligante desejado (ou agente de contraste, quelato). Quando a nanopartícula PEGuilada e o ligante (ou agente de contraste, quelato) são misturados na presença de um catalisador de cobre, vai ocorrer cicloadição de azida à ligação, resultando na conjugação do ligante com a nanopartícula. Um exemplo de química de click é a cicloadição de Huisgen entre uma azida e al- quina catalisada por Cu(I) [3+2]. Moses et al., (2007) The growing applications of click chemistry. Chemical Society Reviews 36, 1249-1262. Glaser et al., (2009) 'Click labelling' in PET radiochemistry. Journal of Labelled Compounds & Radiopharmaceuticals 52, 407-414. Mindt et al., (2009) A "Click Chemistry" Approach to the Efficient Synthesis of Multiple Imaging Probes derived from a Single Precursor. Bioconjugate Chemistry 20, 1940-1949. New et al., (2009) Growing applications of "click chemistry" for bioconjugation in contemporary biomedical research. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals 24, 289-301. Wang et al., (2010) Application of "Click Chemistry" in Synthesis of Ra-diopharmaceuticals. Progress in Chemistry 22, 1591-1602. Schultz et al., (2010) Synthesis of a DOTA-Biotin Conjugate for Radionuclide Chelation via Cu-Free Click Chemistry. Organic Letters 12, 2398-2401. Martin et al., (2010) A DOTA-peptide conjugate by copper-free click chemistry. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 20, 4805-4807. Lebedev et al., (2009) Clickable bifunctional radiometal chelates for peptide labeling. Chemical Communications 46, 1706-1708. Knor et al., (2007) Synthesis of novel 1,4,7,10-tetraazacyclodecane-1,4,7,10- tetraacetic acid (DOTA) derivatives for chemoselective attachment to unprotected polyfunctionalized compounds. Chemistry--a European Journal 13, 6082-6090. Em uma segunda modalidade, um grupamento funcional de maleimida e um grupamento tiol podem ser introduzidos sobre a nanopartícula e o ligante desejado (ou agente de contraste, quelato), com a nanopartícula tendo o grupamento funcional maleimida, o ligante (ou agente de contraste, quelato) tendo o grupamento tiol, ou vice versa. A ligação dupla de maleimida prontamente reage com o grupamento tiol para formar uma ligação de carbono e enxofre estável. Em uma terceira modalidade, um grupamento funcional de éster ativado, por exemplo, um grupamento de éster succinimidílico, e um gru- pamento de amina pode ser introduzido sobre a nanopartícula e o ligante, agente de contraste ou quelato desejado. O grupamento de éster ativado prontamente reage com o grupamento de amina para formar uma ligação de amida de carbono-nitrogênio estável. Em uma quarta modalidade, a química de click envolve a reação de Diels-Alder de demanda de elétrons inversa entre uma porção tetrazina e um al- queno deslocado (Figura 21c). Devaraj et al., (2009) Fast and Sensitive Pretargeted Labeling of Cancer Cells through a Tetrazine/trans- Cyclooctene Cycloaddition. Angewandte Chemie-International Edition 48, 7013-7016. Devaraj et al., (2008) Tetrazine-Based Cycloadditions: Application to Pretargeted Live Cell Imaging. Bioconjugate Chemistry 19, 2297-2299. Blackman et al., (2008) Tetrazine ligation: fast bioconjugation based on inverse electron demand Diels-Alder reactivity. Journal of the American Chemical Society 130, 13518-13519. A ligação pode ser seletiva, rápida, biocompatível, e/ou bioorhogonal. Diferentemente de muitas reações de Diels-Alder, a ligação é irreversível, formando alguns produtos de piridazina estáveis depois da liberação de dinitrogênio de retro-Diels-Alder pelo intermediário da reação. Uma porção tetrazina e um alqueno deslocado pode ser introduzida sobre a nanopartícula e o ligante desejado (ou agente de contraste, quelato), com a nanopartícula tendo a porção tetrazina, o ligante (ou agente de contraste, quelato) tendo o alqueno deslocado, ou vice versa. Uma série de diferentes pares de alqueno deslocado de tetrazinco podem ser usados para a reação, incluindo, por exemplo, a combinação de 3-(4- benzilamino)-1,2,4,5-tetrazina (Tz) e ou norborneno- ou trans- cicloocteno-dervados. Schoch et al., (2010) Post-Synthetic Modification of DNA by Inverse-Electron-Demand Diels-Alder Reaction. Journal of the American Chemical Society 132, 8846-8847. Devaraj et al., (2010) Bioorthogonal Turn-On Probes for Imaging Small Molecules Inside Living Cells. Angewandte Chemie International Edition 49. Haun et al., (2010) Bioorthogonal chemistry amplifies nanoparticle binding and enhances the sensibility of cell detection. Nature Nanotechnology 5, 660-665. Rossin et al., (2010) In vivo chemistry for pretargeted tumor imaging in live mice. Angewandte Chemie International Edition 49, 3375-3378. Li et al., (2010) Tetrazine-trans-cyclooctene ligation for the rapid construction of 18-F labeled probes. Chemical Communications 46, 8043-8045. Reiner et al., (2011) Synthesis and in vivo imaging of a 18F-labeled PARP1 inhibitor using a chemically orthogonal scavenger- assisted high-performance method. Angewandte Chemie International Edition 50, 1922-1925. Por exemplo, a superfície das nanopartículas pode ser decorada com porções de tetrazina, as quais podem em seguida ser conjugadas a ligante modificado com norborneno (ou agente de contraste, ou quelato) (Figuras 21d e 21e). Em um aspecto, as nanopartículas são revestidas com tetrazina, as quais pdoem ser então modificadas com os quelatos DOTA usando a ligação de tetrazina- norborneno, e radiomarcadas com 64Cu.[00176] Any suitable reaction mechanism can be adapted in the present invention to "click chemistry", as long as attachment of the ligand, contrast agent or chelate to the nanoparticle can be achieved in an easy and controlled manner. In one embodiment, a free triple bond is introduced onto PEG, which is already covalently conjugated to the nanoparticle shell. In the meantime, an azide bond is introduced onto the desired ligand (or contrast agent, chelate). When the PEGylated nanoparticle and the ligand (or contrast agent, chelate) are mixed in the presence of a copper catalyst, cycloaddition of azide will occur to the bond, resulting in the conjugation of the ligand with the nanoparticle. An example of click chemistry is the Huisgen cycloaddition between an azide and alkyne catalyzed by Cu(I) [3+2]. Moses et al., (2007) The growing applications of click chemistry. Chemical Society Reviews 36, 1249-1262. Glaser et al., (2009) 'Click labelling' in PET radiochemistry. Journal of Labeled Compounds & Radiopharmaceuticals 52, 407-414. Mindt et al., (2009) A "Click Chemistry" Approach to the Efficient Synthesis of Multiple Imaging Probes derived from a Single Precursor. Bioconjugate Chemistry 20, 1940-1949. New et al., (2009) Growing applications of "click chemistry" for bioconjugation in contemporary biomedical research. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals 24, 289-301. Wang et al., (2010) Application of "Click Chemistry" in Synthesis of Ra-diopharmaceuticals. Progress in Chemistry 22, 1591-1602. Schultz et al., (2010) Synthesis of a DOTA-Biotin Conjugate for Radionuclide Chelation via Cu-Free Click Chemistry. Organic Letters 12, 2398-2401. Martin et al., (2010) A DOTA-peptide conjugate by copper-free click chemistry. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 20, 4805-4807. Lebedev et al., (2009) Clickable bifunctional radiometal chelates for peptide labeling. Chemical Communications 46, 1706-1708. Knor et al., (2007) Synthesis of novel 1,4,7,10-tetraazacyclodecane-1,4,7,10- tetraacetic acid (DOTA) derivatives for chemoselective attachment to unprotected polyfunctionalized compounds. Chemistry--a European Journal 13, 6082-6090. In a second embodiment, a maleimide functional group and a thiol group can be introduced onto the nanoparticle and the desired ligand (or contrast agent, chelate), with the nanoparticle having the maleimide functional group, the ligand (or contrast agent, chelate) having the thiol group, or vice versa. The maleimide double bond readily reacts with the thiol group to form a stable carbon-sulfur bond. In a third embodiment, an activated ester functional group, for example, a succinimidyl ester group, and an amine group can be introduced onto the nanoparticle and the desired ligand, contrast agent or chelate. The activated ester group readily reacts with the amine group to form a stable carbon-nitrogen amide bond. In a fourth embodiment, click chemistry involves the inverse electron demand Diels-Alder reaction between a tetrazine moiety and a displaced alkene (Figure 21c). Devaraj et al., (2009) Fast and Sensitive Pretargeted Labeling of Cancer Cells through a Tetrazine/trans- Cyclooctene Cycloaddition. Angewandte Chemie-International Edition 48, 7013-7016. Devaraj et al., (2008) Tetrazine-Based Cycloadditions: Application to Pretargeted Live Cell Imaging. Bioconjugate Chemistry 19, 2297-2299. Blackman et al., (2008) Tetrazine ligation: fast bioconjugation based on inverse electron demand Diels-Alder reactivity. Journal of the American Chemical Society 130, 13518-13519. Binding can be selective, rapid, biocompatible, and/or bioorhogonal. Unlike many Diels-Alder reactions, the binding is irreversible, forming some stable pyridazine products after the release of dinitrogen from retro-Diels-Alder by the reaction intermediate. A tetrazine moiety and a displaced alkene may be introduced onto the nanoparticle and the desired ligand (or contrast agent, chelate), with the nanoparticle having the tetrazine moiety, the ligand (or contrast agent, chelate) having the displaced alkene, or vice versa. A number of different tetrazinc displaced alkene pairs can be used for the reaction, including, for example, the combination of 3-(4-benzylamino)-1,2,4,5-tetrazine (Tz) and or norbornene- or trans-cyclooctene-derivatives. Schoch et al., (2010) Post-Synthetic Modification of DNA by Inverse-Electron-Demand Diels-Alder Reaction. Journal of the American Chemical Society 132, 8846-8847. Devaraj et al., (2010) Bioorthogonal Turn-On Probes for Imaging Small Molecules Inside Living Cells. Angewandte Chemie International Edition 49. Haun et al., (2010) Bioorthogonal chemistry amplifies nanoparticle binding and enhances the sensitivity of cell detection. Nature Nanotechnology 5, 660-665. Rossin et al., (2010) In vivo chemistry for pretargeted tumor imaging in live mice. Angewandte Chemie International Edition 49, 3375-3378. Li et al., (2010) Tetrazine-trans-cyclooctene ligation for the rapid construction of 18-F labeled probes. Chemical Communications 46, 8043-8045. Reiner et al., (2011) Synthesis and in vivo imaging of a 18F-labeled PARP1 inhibitor using a chemically orthogonal scavenger-assisted high-performance method. Angewandte Chemie International Edition 50, 1922-1925. For example, the surface of nanoparticles can be decorated with tetrazine moieties, which can then be conjugated to norbornene-modified ligand (or contrast agent, or chelate) (Figures 21d and 21e). In one aspect, the nanoparticles are coated with tetrazine, which can then be modified with DOTA chelates using the tetrazine-norbornene bond, and radiolabeled with 64Cu.

Duração da permanência / clearance in vivoLength of stay/clearance in vivo

[00177] Depois da administração da presente nanopartícula a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue das nanopartículas podem variar a partir de cerca de 2 horas até cerca de 25 horas, a partir de cerca de 3 horas até cerca de 20 horas, a partir de cerca de 3 horas até cerca de 15 horas, a partir de cerca de 4 horas até cerca de 10 horas, ou a partir de cerca de 5 horas até cerca de 6 horas. Meia- vida de permanência no sangue mais longa significa circulação mais longa, a qual permite que mais nanopartículas se acumulem no sítio alvo in vivo. A meia-vida de permanência no sangue pode ser avaliada como se segue. As nanopartículas são primeiro administradas a um sujeito (por exemplo, um camundongo, um mini porco ou um ser humano). Em vários pontos do tempo depois da administração, são colhidas amostras de sangue para medir as concentrações de nanopartí- culas através de métodos adequados.[00177] After administration of the present nanoparticle to a subject, the blood half-life of the nanoparticles may vary from about 2 hours to about 25 hours, from about 3 hours to about 20 hours , from about 3 hours to about 15 hours, from about 4 hours to about 10 hours, or from about 5 hours to about 6 hours. Longer blood half-life means longer circulation, which allows more nanoparticles to accumulate at the target site in vivo. The half-life of residence in the blood can be evaluated as follows. The nanoparticles are first administered to a subject (e.g., a mouse, a mini pig, or a human). At various time points after administration, blood samples are taken to measure nanoparticle concentrations using appropriate methods.

[00178] Em uma modalidade, depois da administração da nanopartícula PEGuilada (ou de controle) a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 2 horas até cerca de 15 horas, ou a partir de cerca de 4 horas até cerca de 10 horas. A meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 5 horas até cerca de 2 dias, a partir de cerca de 10 horas até cerca de 4 dias, ou a partir de cerca de 15 horas até cerca de 3,5 dias. A proporção de meia-vida de permanência no tumor para meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 2 até cerca de 30, a partir de cerca de 3 até cerca de 20, ou a partir de cerca de 4 até cerca de 15. O clearance renal da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 10% da DI (dose inicial) até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas, ou a partir de cerca de 40% da DI até cerca de 70% da DI em cerca de 24 horas. Em uma modalidade, depois da nanopartícula ser administrada a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula varia a partir de cerca de 2 horas até cerca de 25 horas, a meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula varia a partir de cerca de 5 horas até cerca de 5 dias, e o clearance renal da nanopartícula varia a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas.[00178] In one embodiment, after administration of the PEGylated (or control) nanoparticle to a subject, the blood half-life of the nanoparticle can vary from about 2 hours to about 15 hours, or from from about 4 hours to about 10 hours. The tumor half-life of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject may vary from about 5 hours to about 2 days, from about 10 hours to about 4 days, or from about 15 hours to about 3.5 days. The ratio of tumor half-life to blood half-life of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can vary from about 2 to about 30, from about 3 to about 20, or from about 4 to about 15. Renal clearance of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can vary from about 10% of the DI (initial dose) to about 100% of the DI at about 24 hours, from about 30% DI to about 80% DI in about 24 hours, or from about 40% DI to about 70% DI in about 24 hours. In one embodiment, after the nanoparticle is administered to a subject, the blood half-life of the nanoparticle varies from about 2 hours to about 25 hours, the tumor half-life of the nanoparticle varies from from about 5 hours to about 5 days, and renal clearance of the nanoparticle varies from about 30% of DI to about 80% of DI in about 24 hours.

[00179] Depois da administração da presente nanopartícula a um sujeito, a meia-vida de permanência no tumor das presentes nanopartículas podem variar a partir de cerca de 5 horas até cerca de 5 dias, a partir de cerca de 10 horas até cerca de 4 dias, a partir de cerca de 15 horas até cerca de 3,5 dias, a partir de cerca de 20 horas até cerca de 3 dias, a partir de cerca de 2,5 dias até cerca de 3.1 dias, a partir de cerca de 1 dia até 3 dias, ou cerca de 73,5 horas.[00179] After administration of the present nanoparticle to a subject, the tumor half-life of the present nanoparticles can vary from about 5 hours to about 5 days, from about 10 hours to about 4 days, from about 15 hours to about 3.5 days, from about 20 hours to about 3 days, from about 2.5 days to about 3.1 days, from about 1 day to 3 days, or about 73.5 hours.

[00180] A proporção da meia-vida de permanência no tumor para a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 2 até cerca de 30, a partir de cerca de 3 até cerca de 20, a partir de cerca de 4 até cerca de 15, a partir de cerca de 4 até cerca de 10, a partir de cerca de 10 até cerca de 15, ou cerca de 13.[00180] The ratio of the half-life of residence in the tumor to the half-life of residence in the blood of the nanoparticle can vary from about 2 to about 30, from about 3 to about 20, from from about 4 to about 15, from about 4 to about 10, from about 10 to about 15, or about 13.

[00181] Em uma modalidade, a presente invenção proporciona uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; e um ligante anexado à nanopartícula, em que a nanopartícula tem um diâmetro entre cerca de 1 nm e cerca de 15 nm. Depois da administração da nanopartícula PEGuilada (de controle) a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 2 horas até cerca de 25 horas, ou a partir de cerca de 2 horas até cerca de 15 horas; a meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 5 horas até cerca de 2 dias; e clearance renal da nanopartícula pode variar a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas. O número de ligantes anexados à nanopartícula pode variar a partir de cerca de 1 até cerca de 30, ou a partir de cerca de 1 até cerca de 10. O diâmetro da nanopartícula pode ser entre cerca de 1 nm e cerca de 8 nm. Um agente de contraste, tal como um radionuclídeo, pode ser anexado à nanopartícula. Alternativamente, um quelato pode ser anexado à nanopartícula. A b nanopartícula pode ser detectada por PET, SPECT, CT, MRI, imagiologia ótica, imagiologia por bioluminescência, ou combinações dos mesmos. Um agente terapêutico pode ser anexado à nanopartícula. Depois da administração da nanopartícula dire- cionada radiomarcada a um sujeito, a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula também pode variar a partir de cerca de 3 horas até cerca de 15 horas, ou a partir de cerca de 4 horas até cerca de 10 horas. A meia-vida de permanência no tumor da nanopartícula depois da administração da nanopartícula a um sujeito também pode variar a partir de cerca de 10 horas até cerca de 4 dias, ou a partir de cerca de 15 horas até cerca de 3,5 dias. A proporção da meia-vida de permanência no tumor para a meia-vida de permanência no sangue da nanopartícula direcionada depois da administração da nanopartícula a um sujeito pode variar a partir de cerca de 2 até cerca de 30, a partir de cerca de 3 até cerca de 20, ou a partir de cerca de 4 até cerca de 15. O clearance renal da nanopartícula também pode variar a partir de cerca de 45% da DI até cerca de 90% da DI em cerca de 24 horas depois da administração da nanopartícula a um sujeito.[00181] In one embodiment, the present invention provides a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; and a linker attached to the nanoparticle, wherein the nanoparticle has a diameter between about 1 nm and about 15 nm. After administration of the PEGylated (control) nanoparticle to a subject, the blood half-life of the nanoparticle may vary from about 2 hours to about 25 hours, or from about 2 hours to about 15 hours; the nanoparticle's half-life in the tumor can vary from about 5 hours to about 2 days; and renal clearance of the nanoparticle can vary from about 30% of DI to about 80% of DI in about 24 hours. The number of ligands attached to the nanoparticle can range from about 1 to about 30, or from about 1 to about 10. The diameter of the nanoparticle can be between about 1 nm and about 8 nm. A contrast agent, such as a radionuclide, can be attached to the nanoparticle. Alternatively, a chelate can be attached to the nanoparticle. The b nanoparticle can be detected by PET, SPECT, CT, MRI, optical imaging, bioluminescence imaging, or combinations thereof. A therapeutic agent can be attached to the nanoparticle. After administration of the radiolabeled targeted nanoparticle to a subject, the blood half-life of the nanoparticle may also vary from about 3 hours to about 15 hours, or from about 4 hours to about 10 hours. The tumor residence half-life of the nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can also vary from about 10 hours to about 4 days, or from about 15 hours to about 3.5 days. The ratio of the tumor half-life to the blood half-life of the targeted nanoparticle after administration of the nanoparticle to a subject can vary from about 2 to about 30, from about 3 to about 20, or from about 4 to about 15. Renal clearance of the nanoparticle can also vary from about 45% DI to about 90% DI in about 24 hours after nanoparticle administration. to a subject.

[00182] Em uma modalidade, de modo a estimar os valores da meia-vida de permanência (ou clearance) das nanopartículas radiomarcadas (TI/2) no sangue, no tumor, e em outros órgãos maiores/ tecidos, os valores da percentagem da dose injetada por grama (% da DI/g) são medidos sacrificando grupos de camundongos em momentos especificados depois da administração das nanopartículas. O sangue, o tumor, e os órgãos são colhidos, pesados, e contados em um contador de cintilação Y. Os valores da % da DI/g são corrigidos para decaimento radioativo para o momento de injeção. Os dados de concentração de tempo-atividade resultantes para cada tecido são fit ajustados para uma função monoexponencial decrescente para estimar os valores da T1/2 dos tecidos / órgãos.[00182] In one embodiment, in order to estimate the values of the half-life of residence (or clearance) of radiolabeled nanoparticles (TI/2) in the blood, tumor, and other larger organs/tissues, the values of the percentage of injected dose per gram (% DI/g) are measured by sacrificing groups of mice at specified times after administration of the nanoparticles. Blood, tumor, and organs are harvested, weighed, and counted in a Y scintillation counter. % ID/g values are corrected for radioactive decay at the time of injection. The resulting activity-time concentration data for each tissue are fit adjusted to a decreasing monoexponential function to estimate tissue/organ T1/2 values.

[00183] Depois da administração da presente nanopartícula a um sujeito, o clearance renal das presentes nanopartículas podem variar a partir de cerca de 45% da DI (dose inicial) até mais de 90% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 20% da DI até cerca de 90% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 30% da DI até cerca de 80% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 40% da DI até cerca de 70% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 40% da DI até cerca de 60% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 40% da DI até cerca de 50% da DI em cerca de 24 horas, about 43% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 10% da DI até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 40% da DI até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 80% da DI até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 90% da DI até cerca de 95% da DI em cerca de 24 horas, a partir de cerca de 90% da DI até cerca de 100% da DI em cerca de 24 horas, ou a partir de cerca de 80% da DI até cerca de 95% da DI em cerca de 24 horas. O clearance renal pode ser avaliado como se segue. As nanopartículas são primeiro administradas a um sujeito (por exemplo, um camundongo, um mini porco ou um ser humano). Em vários pontos do tempo depois da administração, amostras de urina são colhidas para medir as concentrações de nanopartículas através de métodos adequados.[00183] After administration of the present nanoparticle to a subject, the renal clearance of the present nanoparticles can vary from about 45% of the DI (initial dose) to more than 90% of the DI in about 24 hours, from from about 20% DI to about 90% DI in about 24 hours, from about 30% DI to about 80% DI in about 24 hours, from about 40% DI to about 70% of DI in about 24 hours, from about 40% of DI to about 60% of DI in about 24 hours, from about 40% of DI to about 50% of DI in about 24 hours, about 43% of DI in about 24 hours, from about 10% of DI to about 100% of DI in about 24 hours, from about 40% of DI to from about 100% DI in about 24 hours, from about 80% DI to about 100% DI in about 24 hours, from about 90% DI to about 95% DI in about 24 hours, from about 90% DI to about 100% DI in about 24 hours, or from about 80% DI to about 95% DI in about 24 hours . Renal clearance can be assessed as follows. The nanoparticles are first administered to a subject (e.g., a mouse, a mini pig, or a human). At various time points after administration, urine samples are collected to measure nanoparticle concentrations using appropriate methods.

[00184] Em uma modalidade, o clearance renal (por exemplo, a fração de nanopartículas excretadas na urina ao longo do tempo) é avaliado como se segue. Um sujeito é administrado com as presentes nanopartículas, e amostras de urina são coletadas durante um certo período de tempo (por exemplo, por 168 horas). As concentrações de partículas em cada ponto do tempo são determinadas usando análises fluorométricas e uma curva de calibração da diluição serial gerada a partir de medições de sinais da fluorescência corrigida pelo fundo de amostras de urina misturadas com concentrações de partículas conhecidas (% da DI). Os valores de concentração, junto com estimativas dos volumes médios de urina de camundongo diariamente, são usados para computar a % cumulativa da DI/g de urina excretada. Em outra modalidade, o clearance renal de nanopartículas radiomarcadas é avaliado medindo as atividades de amostras de urina (contages por minuto) durante intervalos de tempo similares usando, por exemplo, contagem Y, e depois de administração das nanopartículas para computar a excreção de urina cumulativa.[00184] In one embodiment, renal clearance (e.g., the fraction of nanoparticles excreted in urine over time) is assessed as follows. A subject is dosed with the present nanoparticles, and urine samples are collected over a certain period of time (e.g., for 168 hours). Particle concentrations at each time point are determined using fluorometric analyzes and a serial dilution calibration curve generated from measurements of background-corrected fluorescence signals from urine samples spiked with known particle concentrations (% ID). The concentration values, along with estimates of average daily mouse urine volumes, are used to compute the cumulative % DI/g of urine excreted. In another embodiment, renal clearance of radiolabeled nanoparticles is assessed by measuring the activities of urine samples (counts per minute) during similar time intervals using, for example, Y counts, and after administration of the nanoparticles to compute cumulative urine excretion. .

[00185] Em uma terceira modalidade, de modo a avaliar a excreção fecal cumulativa, as fezes são coletadas em gaiolas metabólicas durante intervalos de tempo similares depois da administração das nanopartículas e as atividades das amostras são determinadas usando um contador Y-[00185] In a third modality, in order to evaluate cumulative fecal excretion, feces are collected in metabolic cages during similar time intervals after administration of the nanoparticles and the activities of the samples are determined using a Y-counter.

[00186] Quando as nanopartículas na quantidade de cerca de 100 vezes da dose humana equivalente são administradas a um sujeito, substancialmente não são observadas anemia, perda de peso, agitação, aumento da respiração, distúrbio gastro intestinal, comportamento anormal, disfunção neurológica, anormalidades na hematologia, anormalidades na clínica laboratorial, lesões relacionadas com fármacos em patologia de órgãos, mortalidade, ou combinações dos mesmos em cerca de 10 até cerca de 14 dias.[00186] When nanoparticles in an amount of about 100 times the equivalent human dose are administered to a subject, substantially no anemia, weight loss, agitation, increased breathing, gastrointestinal disturbance, abnormal behavior, neurological dysfunction, abnormalities are observed. in hematology, abnormalities in clinical laboratory, drug-related injuries in organ pathology, mortality, or combinations thereof in about 10 to about 14 days.

[00187] Quando a presente nanopartícula contém no mínimo um ligante anexado, o reforço da nanopartícula multivalência (por exemplo, comparada com o ligante isolado) pode variar a partir de cerca de 1,5 vezes até cerca de 10 vezes, a partir de cerca de 2 vezes até cerca de 8 vezes, a partir de cerca de 2 vezes até cerca de 6 vezes, a partir de cerca de 2 vezes até cerca de 4 vezes, ou cerca de 2 vezes.[00187] When the present nanoparticle contains at least one ligand attached, the reinforcement of the multivalency nanoparticle (e.g., compared to the isolated ligand) can vary from about 1.5 times to about 10 times, from about from 2 times to about 8 times, from about 2 times to about 6 times, from about 2 times to about 4 times, or about 2 times.

[00188] As nanopartículas da presente invenção apresentam inesperados parâmetros fisicoquímicos e biológicos in vitro e in vivo em vista da arte anterior. Por exemplo, a meia-vida de permanência no sangue estimada para as nanopartículas anexadas a ligante (por exemplo, cerca de 5,5 horas para nanopartículas anexadas a cRGD) é substancialmente mais longa do que a do ligante correspondente (por exemplo, cerca de 13 minutos para cRGD). Montet et al. Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 60876093 (2006). As prolongadas meias-vidas de permanência no sangue podem reforçar a biodisponibilidade da sonda, facilitam o direcionamento tumoral, e produzrm maior captação tumoral durante períodos de tempo mais longos. Em uma modalidade, a meia-vida de permanência no tumor para as nanopartículas direcionadas (isto é, nanopartículas anexadas a ligante) é cerca de 13 vezes maior do que meia-vida de permanência no sangue, ao passo que a meia-vida de permanência no tumor para as nanopartículas não-direcionadas (isto é, nanopartículas correspondentes não anexadas com ligantes) é somente cerca de 5 vezes maior do que meia-vida de permanência no sangue. Esta diferença sugere acumulação em tecido tumoral substancialmente maior das na-nopartículas direcionadas comparada com as nanopartículas não direcionadas. Em determinadas modalidades, dado o número de ligantes anexados à nanopartícula, as presentes nanopartículas apresentam inesperada ligação de alta afinidade (por exemplo, Kd de 0,51 nM e IC50 de 1,2 nM para nanopartícula anexada a cRGD), reforço multivalência (por exemplo, reforço de mais de 2 vezes para nanopartículas anexadas a cRGD comparadas com peptídeo cRGD isolado), significativa captação tumoral diferencial (por exemplo, nanopartículas de PEG anexadas a cRGD apresentam aumento de cerca de 3 a 4 vezes na captação tumoral diferencial em relação às nanopartículas revestidas com PEG durante 72 horas pós-administração), e significativo contraste tumoral em relação a músculo normal (por exemplo, cerca de 3 a 5 vezes durante 72 horas pós-administração) com base nas proporções de captação por tumor para músculo.[00188] The nanoparticles of the present invention present unexpected physicochemical and biological parameters in vitro and in vivo in view of the prior art. For example, the estimated blood half-life for ligand-attached nanoparticles (e.g., about 5.5 hours for cRGD-attached nanoparticles) is substantially longer than that of the corresponding ligand (e.g., about 13 minutes for cRGD). Montet et al. Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 60876093 (2006). Prolonged blood half-lives may enhance probe bioavailability, facilitate tumor targeting, and produce greater tumor uptake over longer periods of time. In one embodiment, the tumor half-life for targeted nanoparticles (i.e., ligand-attached nanoparticles) is about 13 times greater than the blood half-life, whereas the half-life for nanoparticles is about 13 times longer than the half-life for targeted nanoparticles. in the tumor for non-targeted nanoparticles (i.e. corresponding nanoparticles not attached with ligands) is only about 5 times longer than the half-life of residence in the blood. This difference suggests substantially greater accumulation in tumor tissue of targeted nanoparticles compared to non-targeted nanoparticles. In certain embodiments, given the number of ligands attached to the nanoparticle, the present nanoparticles exhibit unexpected high-affinity binding (e.g., Kd of 0.51 nM and IC50 of 1.2 nM for nanoparticle attached to cRGD), multivalence reinforcement (e.g., example, more than 2-fold boost for nanoparticles attached to cRGD compared to cRGD peptide alone), significant differential tumor uptake (e.g., PEG nanoparticles attached to cRGD show about a 3- to 4-fold increase in differential tumor uptake relative to PEG-coated nanoparticles during 72 hours post-administration), and significant tumor versus normal muscle contrast (e.g., approximately 3- to 5-fold during 72 hours post-administration) based on tumor-to-muscle uptake ratios.

[00189] Em uma modalidade, foram encontrados aumentos de três vezes na atividade - concentração para nanopartículas anexadas a ligante em tumores expressando integrina em relação aos controles (por exemplo, nanopartículas anexadas a ligante em tumores não- ex-pressando integrina, ou nanopartículas correspondentes não anexadas com ligantes em tumores expressando integrina) no momento de máxima captação tumoral (cerca de 4 horas pós injeção das nanopartículas). Além disso, as proporções de captação tumoral para muscular para nanopartículas direcionadas (isto é, nanopartículas anexadas a ligante) revelam aumento do contraste do tecido tumoral em relação ao músculo normal, comparado com o reduzido contraste do tecido tumoral em relação ao músculo normal para nanopartículas não- direcionadas (isto é, nanopartículas correspondentes não anexadas com ligantes), sugerindo que as nanopartículas direcionadas são tu-mor-seletivas.[00189] In one embodiment, three-fold increases in activity - concentration were found for ligand-attached nanoparticles in integrin-expressing tumors relative to controls (e.g., ligand-attached nanoparticles in non-integrin-expressing tumors, or corresponding nanoparticles not attached with ligands in integrin-expressing tumors) at the time of maximum tumor uptake (about 4 hours after injection of the nanoparticles). Furthermore, tumor-to-muscle uptake ratios for targeted nanoparticles (i.e., ligand-attached nanoparticles) reveal increased contrast of tumor tissue relative to normal muscle compared with reduced contrast of tumor tissue relative to normal muscle for nanoparticles. non-targeted (i.e., corresponding nanoparticles not attached with ligands), suggesting that targeted nanoparticles are tumor-selective.

[00190] Em outra modalidade, tanto as nanopartículas direcionadas quanto as não direcionadas apresentam eficiente excreção renal durante o mesmo período de tempo. Quase metade da dose injetada é excretada durante as primeiras 24 horas pós injeção e cerca de 72% por volta de 96 horas, sugerindo que a maior parte da excreção ocorreu no primeiro dia depois de injeção. Por contraste, os perfis de excreção fecal das nanopartículas direcionadas indicam que, em média, 7% e 15% da dose injetada é eliminada durante 24 e 96 horas, respectivamente.[00190] In another modality, both targeted and non-targeted nanoparticles exhibit efficient renal excretion during the same period of time. Almost half of the injected dose is excreted during the first 24 hours after injection and about 72% by 96 hours, suggesting that the majority of excretion occurred within the first day after injection. By contrast, the fecal excretion profiles of the targeted nanoparticles indicate that, on average, 7% and 15% of the injected dose is eliminated over 24 and 96 hours, respectively.

[00191] Os parâmetros fisicoquímicos e biológicos das nanopartículas não tóxicas, junto com suas capacidades de imagiologia multimodal (por exemplo, PET e imagiologia ótica), expandem a gama de suas potenciais aplicações biomédicas. As aplicações incluem (a) monitoramento por longo termo: o tempo de circulação sanguínea estendido e a correspondente biodisponibilidade das nanopartículas salientam sua versatilidade tanto para monitoramento precoce quanto de longo termo do manejo de vários estágios de doença (tal como diagnóstico por triagem, avaliação pré-tratamento, intervenção terapêutica, e moni toramento pós-tratamento) sem restrições impostas por considerações de toxicidade; (b) aumento da penetração tumoral: as propriedades de clearance das nanopartículas direcionadas (por exemplo, seu clearance renal pe menor do que o das sondas moleculares na arte anterior) serão úteis para vários tipos de aplicações biológicas. Por exemplo, as nanopartículas vão ser particularmente úteis em casos de tumores sólidos mal vascularizados e relativamente inacessíveis nos quais a localização de agentes é tipicamente lenta depois de administração sistêmica; (c) capacidades de imagiologia multimodal: estas modalidades podem ser combinadas em múltiplas escalas (isto é, níveis de corpo todo até celular) para adquirir informação biológica complementar, sensível à profundidade. Por exemplo, no mapeamento do linfonodo sentinela, linfonodos profundos podem ser mapeados por PET em termos de sua distribuição e número, ao passo que localização mais precisa e detalhada de linfonodos superficiais pode ser obtida por imagiologia por fluorescência; e (d) terapêuticos direcionados: clearance mais longo das nanopartículas direcionadas do tumor comparado com o do sangue pode ser explorado para aplicações diagnósticas / terapêuticas combinadas, nas quais as nanopartículas podem servir como um radioterapêutico ou como um veículo de liberação de fármaco.[00191] The physicochemical and biological parameters of non-toxic nanoparticles, along with their multimodal imaging capabilities (e.g., PET and optical imaging), expand the range of their potential biomedical applications. Applications include (a) long-term monitoring: the extended blood circulation time and corresponding bioavailability of the nanoparticles highlight their versatility for both early and long-term monitoring of the management of various stages of disease (such as screening diagnosis, pre- -treatment, therapeutic intervention, and post-treatment monitoring) without restrictions imposed by toxicity considerations; (b) increased tumor penetration: the clearance properties of targeted nanoparticles (e.g., their renal clearance is lower than that of molecular probes in the prior art) will be useful for various types of biological applications. For example, nanoparticles will be particularly useful in cases of poorly vascularized and relatively inaccessible solid tumors in which localization of agents is typically slow after systemic administration; (c) Multimodal imaging capabilities: These modalities can be combined at multiple scales (i.e., whole-body to cellular levels) to acquire complementary, depth-sensitive biological information. For example, in sentinel lymph node mapping, deep lymph nodes can be mapped by PET in terms of their distribution and number, whereas more precise and detailed localization of superficial lymph nodes can be obtained by fluorescence imaging; and (d) targeted therapeutics: longer clearance of targeted nanoparticles from tumor compared to blood can be exploited for combined diagnostic/therapeutic applications, in which nanoparticles can serve as a radiotherapeutic or as a drug delivery vehicle.

Composições farmacêuticasPharmaceutical compositions

[00192] A presente invenção adicionalmente proporciona uma composição farmacêutica compreendendo a presente nanopartícula. As composições farmacêuticas da invenção podem ser administradas por via oral sob a forma de uma forma de unidade de dosagem farmacêutica adequada. As composições farmacêuticas da invenção podem ser preparadas em muitas formas as quais incluem comprimidos, cápsulas de gelatina dura ou mole, soluções aquosas, suspensões, e liposso- mas e outras formulações de lenta liberação, tais como géis poliméri- cos modelados.[00192] The present invention additionally provides a pharmaceutical composition comprising the present nanoparticle. The pharmaceutical compositions of the invention can be administered orally in the form of a suitable pharmaceutical dosage unit form. The pharmaceutical compositions of the invention can be prepared in many forms which include tablets, hard or soft gelatin capsules, aqueous solutions, suspensions, and liposomes and other slow release formulations, such as shaped polymeric gels.

[00193] Modos de administração adequados para a presente nanopartícula ou composição incluem, mas não estão limitados a, administração oral, intravenosa, retal, sublingual, mucosa, nasal, oftálmica, subcutânea, intramuscular, transdérmica, intradérmica, subdérmica, peritumoral, espinhal, intratecal, intra-articular, intra-arterial, subarac- noide, bronquial, e linfática, e outras formas de dosagem para liberação sistêmica de ingredientes ativos. A presente composição farmacêutica pode ser administrada por qualquer método conhecido na arte, incluindo, sem limitação, transdérmico (passivo através de emplastro, gel, creme, pomada ou iontoforético); intravenoso (bolus, infusão); subcutâneo (infusão, depósito); transmucoso (bucal e sublingual, por exemplo, comprimidos orodispersíveis, wafers, película, e formulações efervescentes; conjuntivo (gotas oculares); retal (supositório, enema)); ou intradérmico (bolus, infusão, depósito). A composição pode ser liberada topicamente.[00193] Suitable modes of administration for the present nanoparticle or composition include, but are not limited to, oral, intravenous, rectal, sublingual, mucosal, nasal, ophthalmic, subcutaneous, intramuscular, transdermal, intradermal, subdermal, peritumoral, spinal, intrathecal, intra-articular, intra-arterial, subarachnoid, bronchial, and lymphatic, and other dosage forms for systemic delivery of active ingredients. The present pharmaceutical composition can be administered by any method known in the art, including, without limitation, transdermal (passive via patch, gel, cream, ointment or iontophoretic); intravenous (bolus, infusion); subcutaneous (infusion, depot); transmucosal (buccal and sublingual, e.g., orodispersible tablets, wafers, film, and effervescent formulations; conjunctive (eye drops); rectal (suppository, enema)); or intradermal (bolus, infusion, depot). The composition can be released topically.

[00194] Composições farmacêuticas líquidas orais podem estar sob a forma de, por exemplo, suspensões aquosas ou oleosas, soluções, emulsões, xaropes ou elixires, ou podem ser apresentadas como um produto seco para constituição com água ou outro veículo adequado antes do uso. As composições farmacêuticas líquidas referidas podem conter aditivos convencionais tais como agentes de suspensão, agentes emulsificantes, veículos não-aquosos (os quais podem incluir óleos comestíveis), ou preservantes.[00194] Oral liquid pharmaceutical compositions may be in the form of, for example, aqueous or oily suspensions, solutions, emulsions, syrups or elixirs, or may be presented as a dry product for constitution with water or another suitable vehicle before use. Said liquid pharmaceutical compositions may contain conventional additives such as suspending agents, emulsifying agents, non-aqueous carriers (which may include edible oils), or preservatives.

[00195] As composições farmacêuticas de nanopartículas da invenção também podem ser formuladas para administração parenteral (por exemplo, por injeção, por exemplo, injeção de bolus ou infusão contínua) e podem ser apresentadas em forma de unidade de dosagem em ampolas, seringas previamente enchidas, recipientes de infusão de pequeno volume ou recipientes multidoses com um preservante adicionado. As composições farmacêuticas podem tomar formas tais como suspensões, soluções, ou emulsões em veículos oleosos ou aquosos, e podem conter agentes de formulação tais como agentes de suspensão, estabilizantes e/ou dispersantes. Alternativamente, as composições farmacêuticas da invenção podem estar em forma de pó, obtida por isolamento asséptico de sólido estéril ou por liofilização de solução, para constituição com um veículo adequado, por exemplo, água estéril, livre de pirogênio, antes do uso.[00195] The nanoparticle pharmaceutical compositions of the invention may also be formulated for parenteral administration (e.g., by injection, e.g., bolus injection or continuous infusion) and may be presented in unit dosage form in ampoules, pre-filled syringes , small volume infusion containers or multi-dose containers with an added preservative. Pharmaceutical compositions may take forms such as suspensions, solutions, or emulsions in oily or aqueous vehicles, and may contain formulating agents such as suspending, stabilizing and/or dispersing agents. Alternatively, the pharmaceutical compositions of the invention may be in powder form, obtained by aseptic isolation of a sterile solid or by lyophilization of a solution, for constitution with a suitable vehicle, for example, sterile, pyrogen-free water, before use.

[00196] Para administração tópica na epiderme, as composições farmacêuticas podem ser formuladas como pomadas, cremes ou loções, ou como o ingrediente ativo de um emplastro transdérmico. Sistemas de liberção transdérmica adequados são revelados, por exemplo, em A. Fisher et al. (Patente dos Estados Unidos No. 4.788.603), ou em R. Bawa et al. (Patentes dos Estados Unidos Nos. 4.931.279; 4.668.506; e 4.713.224). Pomadas e cremes podem ser formulados, por exemplo, com uma base aquosa ou oleosa com a adição de agentes de espessamento e/ou gelificação adequados. As loções podem ser formuladas com uma base aquosa ou oleosa e em geral também vai conter um ou mais agentes emulsificantes, agentes estabilizantes, agentes dispersantes, agentes de suspensão, agentes espessantes, ou agentes colorantes. As composições farmacêuticas também podem ser liberadas através de ionoforese, por exemplo, conforme revelado in as Patentes dos Estados Unidos Nos. 4.140.122; 4.383.529; ou 4.051.842.[00196] For topical administration to the epidermis, pharmaceutical compositions can be formulated as ointments, creams or lotions, or as the active ingredient of a transdermal patch. Suitable transdermal delivery systems are disclosed, for example, in A. Fisher et al. (United States Patent No. 4,788,603), or in R. Bawa et al. (United States Patent Nos. 4,931,279; 4,668,506; and 4,713,224). Ointments and creams can be formulated, for example, with an aqueous or oily base with the addition of suitable thickening and/or gelling agents. Lotions may be formulated with an aqueous or oily base and will generally also contain one or more emulsifying agents, stabilizing agents, dispersing agents, suspending agents, thickening agents, or coloring agents. Pharmaceutical compositions may also be released via ionophoresis, for example, as disclosed in United States Patent Nos. 4,140,122; 4,383,529; or 4,051,842.

[00197] Composições farmacêuticas adequadas para administração tópica na boca incluem formas de unidade de dosagem tais como pastilhas compreendendo uma composição farmacêutica da invenção em uma base aromatizada, de modo geral sacarose e acacia ou tragacan- to; pastilhas compreendendo a composição farmacêutica em uma base inerte tal como gelatina e glicerina ou sacarose e acacia; géis mu- coaderentes, e colutórios compreendendo a composição farmacêutica em um suporte líquido adequado.[00197] Pharmaceutical compositions suitable for topical administration in the mouth include dosage unit forms such as lozenges comprising a pharmaceutical composition of the invention in a flavored base, generally sucrose and acacia or tragacanth; tablets comprising the pharmaceutical composition in an inert base such as gelatin and glycerin or sucrose and acacia; mucoadherent gels, and mouthwashes comprising the pharmaceutical composition in a suitable liquid carrier.

[00198] Para administração tópica no olho, as composições farmacêuticas podem ser administradas como gotas, géis (S. Chrai et al., Patente dos Estados Unidos No. 4.255.415), gomas (S. L. Lin et al., Patente dos Estados Unidos No. 4.136.177) ou através de uma inserção ocular de liberação prolongada (A. S. Michaels, Patente dos Estados Unidos No. 3.867.519 e H. M. Haddad et al., Patente dos Estados Unidos No. 3.870.791).[00198] For topical administration to the eye, pharmaceutical compositions can be administered as drops, gels (S. Chrai et al., United States Patent No. 4,255,415), gums (S. L. Lin et al., United States Patent No. 4,136,177) or through an extended release ocular insert (A. S. Michaels, United States Patent No. 3,867,519 and H. M. Haddad et al., United States Patent No. 3,870,791).

[00199] Quando desejados, as composições farmacêuticas acima descritas podem ser adaptadas para proporcionar liberação gradual de um composto terapêutico empregado, por exemplo, por combinação com determinadas matrizes de polímero hidrofílico, por exemplo, compreendendo géis naturais, géis de polímeros sintéticos ou misturas dos mesmos.[00199] When desired, the pharmaceutical compositions described above can be adapted to provide gradual release of a therapeutic compound employed, for example, by combination with certain hydrophilic polymer matrices, for example, comprising natural gels, synthetic polymer gels or mixtures of the same.

[00200] Composições farmacêuticas adequadas para administração retal em que o suporte é um sólido são de modo o mais preferencial apresentadas como supositórios de unidade de dose. Suportes adequados incluem manteiga de cacau e outros materiais comumente usados na arte, e os supositórios podem ser formados convenientemente por mistura da composição farmacêutica com o um ou mais suportes amolecidos ou fundidos seguida por arrefecimento e modelagem em moldes.[00200] Pharmaceutical compositions suitable for rectal administration in which the support is a solid are most preferably presented as unit dose suppositories. Suitable carriers include cocoa butter and other materials commonly used in the art, and the suppositories can conveniently be formed by mixing the pharmaceutical composition with the one or more softened or molten carriers followed by cooling and shaping in molds.

[00201] Composições farmacêuticas adequadas para administração vaginal podem ser apresentadas como pessários, tampões, cremes, géis, pastas, espumas ou sprays contendo, além das nanopartículas e o agente terapêutico, os suportes referidos são de conhecimento geral na arte.[00201] Pharmaceutical compositions suitable for vaginal administration may be presented as pessaries, tampons, creams, gels, pastes, foams or sprays containing, in addition to nanoparticles and the therapeutic agent, the aforementioned supports are generally known in the art.

[00202] Para administração por inalação, as composições farmacêuticas de acordo com a invenção são liberadas convenientemente a partir de um insuflador, de um nebulizador ou de uma embalada pressurizada ou outros meios convenientes de liberação de um spray de aerosol. Embaladas pressurizadas podem compreender um propelente adequado tal como diclorodifluorometano, triclorofluorometano, diclorotetrafluo- roetano, dióxido de carbono ou gás outro adequado. No caso de um aerosol pressurizado, a unidade de dosagem pode ser determinada proporcionando uma válvula para liberar uma quantidade dosada.[00202] For administration by inhalation, the pharmaceutical compositions according to the invention are conveniently released from an insufflator, a nebulizer or a pressurized package or other convenient means of releasing an aerosol spray. Pressurized packages may comprise a suitable propellant such as dichlorodifluoromethane, trichlorofluoromethane, dichlorotetrafluoroethane, carbon dioxide or other suitable gas. In the case of a pressurized aerosol, the dosage unit can be determined by providing a valve to release a metered amount.

[00203] Alternativamente, para administração por inalação ou insuflação, as composições farmacêuticas da invenção podem tomar a forma de uma composição de pó a seco, por exemplo, uma mistura de pó da composição farmacêutica e uma base de pó adequado tal como lactose ou amido. A composição de pó pode ser apresentada em forma de unidade de dosagem, por exemplo, em cápsulas ou cartuchos ou, por exemplo, gelatina ou blister packs (pacotes de bolhas) a partir dos quais o pó pode ser administrado com o auxílio de um inalador ou um insuflador.[00203] Alternatively, for administration by inhalation or insufflation, the pharmaceutical compositions of the invention may take the form of a dry powder composition, for example, a powder mixture of the pharmaceutical composition and a suitable powder base such as lactose or starch. . The powder composition may be presented in unit dosage form, for example in capsules or cartridges or, for example, gelatin or blister packs from which the powder can be administered with the aid of an inhaler. or an inflator.

[00204] Para administração intranasal, as composições farmacêuticas da invenção podem ser administradas através de um spray de líquido, tal como através de um atomizador de frasco plástico. Típicos destes são o Mistometer® (inalador de isoproterenol Wintrop) e o Me- dihaler® (inalador de isoproterenol isoproterenol Riker).[00204] For intranasal administration, the pharmaceutical compositions of the invention can be administered through a liquid spray, such as through a plastic bottle atomizer. Typical of these are the Mistometer® (Wintrop isoproterenol inhaler) and the Medihaler® (Riker isoproterenol inhaler).

[00205] Composições farmacêuticas da invenção também podem conter outros adjuvantes tais como aromatizantes, colorantes, agentes antimicrobianos, ou preservantes.[00205] Pharmaceutical compositions of the invention may also contain other adjuvants such as flavorings, colorings, antimicrobial agents, or preservatives.

[00206] Será adicionalmente reconhecido que a quantidade das composições farmacêuticas requeridas para uso em tratamento vai variar não somente com o agente terapêutico selecionado, mas também com a via de administração, a natureza da condição sendo tratada e a idade e condição do paciente e em última análise estará à critério do clínico ou médico assistente. Para avaliações destes fatores, vide J. F. Brien et al., Europ. J. Clin. Pharmacol., 14, 133 (1978); e Physicians' Desk Reference, Charles E. Baker, Jr., Pub., Medical Economics Co., Oradell, N.J. (41st ed., 1987). Geralmente, as dosagens do agente terapêutico quando usado em combinação com as nanopartículas fluorescentes da presente invenção pode ser menor do que quando o agente terapêutico é administrado isolado ou em formas de dosagens farmacêuticas convencionais. A alta especificidade da nanopartícula fluorescente por um sítio alvo, tal como um receptor situado sobre uma superfície celular, pode proporcionar uma concentração relativamente altamente localizada de um agente terapêutico, ou alternativamente, uma liberação gradual de um agente terapêutico durante um período de tempo prolongado.[00206] It will be further recognized that the amount of pharmaceutical compositions required for use in treatment will vary not only with the therapeutic agent selected, but also with the route of administration, the nature of the condition being treated and the age and condition of the patient and in The final analysis will be at the discretion of the clinician or attending physician. For assessments of these factors, see J. F. Brien et al., Europ. J. Clin. Pharmacol., 14, 133 (1978); and Physicians' Desk Reference, Charles E. Baker, Jr., Pub., Medical Economics Co., Oradell, N.J. (41st ed., 1987). Generally, dosages of the therapeutic agent when used in combination with the fluorescent nanoparticles of the present invention can be lower than when the therapeutic agent is administered alone or in conventional pharmaceutical dosage forms. The high specificity of the fluorescent nanoparticle for a target site, such as a receptor located on a cell surface, can provide a relatively highly localized concentration of a therapeutic agent, or alternatively, a gradual release of a therapeutic agent over an extended period of time.

[00207] As presentes nanopartículas ou composições podem ser administradas a um sujeito. O sujeito pode ser um mamífero, de modo preferencial um humano. Mamíferos incluem, mas não estão limitados a, murinos, ratos, coelhos, símios, bovinos, ovino, suíno, caninos, felino, animais de criação, animais de competição, animais de estimação, equinos, e primatas.[00207] The present nanoparticles or compositions can be administered to a subject. The subject may be a mammal, preferably a human. Mammals include, but are not limited to, murine, rat, rabbit, ape, bovine, sheep, swine, canine, feline, farm animals, competitive animals, pets, equines, and primates.

Usos de NanopartículasUses of Nanoparticles

[00208] A presente invenção adicionalmente proporciona um método para detecção de um componente de uma célula compreendendo as etapas de: (a) contactar a célula com uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; a partir de cerca de 1 até cerca de 25 ligantes (a partir de cerca de 1 até cerca de 20 ligantes, ou a partir de cerca de 1 até cerca de 10 ligantes, ou outras faixas; vide discussões inclusas) anexados à nanopartícula; e um agente de contraste ou um quelato anexado à nanopartícula; e (b) monitoramento da ligação da nanopartícula à célula ou um componen- te celular (e/ou sua potencial captação intracelular) por no mínimo uma técnica de imagiologia. A técnica de imagiologia pode ser PET, SPECT, CT, MRI, bioluminescência ótica ou imagiologia por fluorescência, e combinações das mesmas.[00208] The present invention further provides a method for detecting a component of a cell comprising the steps of: (a) contacting the cell with a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within silica-based core; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; from about 1 to about 25 ligands (from about 1 to about 20 ligands, or from about 1 to about 10 ligands, or other ranges; see included discussions) attached to the nanoparticle; and a contrast agent or a chelate attached to the nanoparticle; and (b) monitoring the binding of the nanoparticle to the cell or a cellular component (and/or its potential intracellular uptake) by at least one imaging technique. The imaging technique may be PET, SPECT, CT, MRI, optical bioluminescence or fluorescence imaging, and combinations thereof.

[00209] A localização do componente celular pode ser detectada e determinada dentro de uma célula inteira metabolicamente ativa, em um lisado de célula inteira, em uma célula permeabilizada, em uma células fixa, ou com um componente celular parcialmente purificado em um ambiente livre de células. A quantidade e a duração do contato pode depender, por exemplo, dos objetivos de diagnóstico ou terapêuticos do método de tratamento, tal como detecção mediadapo por anticorpo ou fluorescente de intermediários do caminho de sinalização hi- perregulados (isto é, Akt, NF-KB), dps estados de doença ou condições, da liberação de um agente terapêutico, ou ambos. A quantidade e a duração do contato também pode depender da concentração relativa da nanopartícula fluorescente para o analito alvo, do tempo de incubação da partícula, e do estado da célula para tratamento.[00209] The location of the cellular component can be detected and determined within a metabolically active whole cell, in a whole cell lysate, in a permeabilized cell, in a fixed cell, or with a partially purified cellular component in a cell-free environment. cells. The amount and duration of contact may depend, for example, on the diagnostic or therapeutic objectives of the treatment method, such as antibody-mediated or fluorescent detection of upregulated signaling pathway intermediates (i.e., Akt, NF-KB ), from disease states or conditions, from the release of a therapeutic agent, or both. The amount and duration of contact may also depend on the relative concentration of the fluorescent nanoparticle to the target analyte, the particle incubation time, and the state of the cell for treatment.

[00210] A presente invenção adicionalmente proporciona um método para direcionamento de uma célula tumoral compreendendo administração a um paciente com câncer de uma quantidade eficaz de uma nanopartícula fluorescente à base de sílica compreendendo um núcleo à base de sílica compreendendo um composto fluorescente posicionado dentro do núcleo à base de sílica; uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo; um polímero orgânico anexado à nanopartícula; um ligante anexado à nanopartícula e capaz de ligar um marcador tumoral; e no mínimo um agente terapêutico.[00210] The present invention further provides a method for targeting a tumor cell comprising administering to a cancer patient an effective amount of a silica-based fluorescent nanoparticle comprising a silica-based core comprising a fluorescent compound positioned within the core. silica-based; a silica shell surrounding at least a portion of the core; an organic polymer attached to the nanoparticle; a ligand attached to the nanoparticle and capable of binding a tumor marker; and at least one therapeutic agent.

[00211] A nanopartícula pode ser radiomarcada. A nanopartícula pode ser radiomarcada usando quaisquer técnicas adequadas. A radi- omarcação pode ser automatizada. Em uma modalidade, a nanopartícula é radiomarcada a plataforma de síntese de radioquímica FASTlab (GE Healthcare). Os parâmetros da síntese podem ser aperfeiçoados para obter altas reprodutibilidades, produção / pureza radioquímica, eficiência da marcação, e tempos de síntese relativamente curtos. Nos rastreadores de partícula podem ser acomodados no mesmo módulo FASTlab.[00211] The nanoparticle can be radiolabeled. The nanoparticle can be radiolabeled using any suitable techniques. Radiomarking can be automated. In one embodiment, the nanoparticle is radiolabeled on the FASTlab (GE Healthcare) radiochemistry synthesis platform. Synthesis parameters can be optimized to achieve high reproducibility, radiochemical yield/purity, labeling efficiency, and relatively short synthesis times. In particle trackers can be accommodated in the same FASTlab module.

[00212] A nanopartícula pode ser administrada ao paciente, porém não restrita, pelas seguintes vias: oral, intravenosa, nasal, subcutânea, local, intramuscular ou transdérmica.[00212] The nanoparticle can be administered to the patient, but not restricted, via the following routes: oral, intravenous, nasal, subcutaneous, local, intramuscular or transdermal.

[00213] Em determinadas modalidades, pode ser desejável usar uma mistura de dois ou mais tipos de nanopartículas fluorescentes tendo diferentes propriedades para avaliar diferentes tipos de tecido.[00213] In certain embodiments, it may be desirable to use a mixture of two or more types of fluorescent nanoparticles having different properties to evaluate different types of tissue.

[00214] Os métodos e composições da invenção podem ser usados para ajudar um médico ou cirurgião a identificar e caracterizar áreas de doença, tais como cânceres e processos inflamatórios / infecciosos, incluindo, mas não restritos a, cânceres da pele (melanoma), de cabeça e pescoço, de próstata, cerebral, e dos intestinos, a distinguir tecido doente e normal, tal como detectando margens tumorais que são difíceis de detectar usando um microscópio de operação usual, por exemplo, em cirurgia cerebral, para ajudar a prescrever uma intervenção terapêutica ou cirúrgica, por exemplo, determinando se uma lesão é cancerosa e deve ser removida ou é não cancerosa e não deve ser removida, ou no estagiamento cirúrgico de uma doença, por exemplo, estagiamento intraoperatório de linfonodos, mapeamento do linfonodo sentinela (SLN), por exemplo, procedimentos de preservação dos nervos para preservar estruturas neurais vitais (nervos intraparotídeos).[00214] The methods and compositions of the invention can be used to help a physician or surgeon identify and characterize areas of disease, such as cancers and inflammatory/infectious processes, including, but not restricted to, cancers of the skin (melanoma), of head and neck, prostate, brain, and intestines, to distinguish diseased and normal tissue, such as detecting tumor margins that are difficult to detect using a usual operating microscope, for example in brain surgery, to help prescribe an intervention therapeutic or surgical, for example, determining whether a lesion is cancerous and should be removed or is non-cancerous and should not be removed, or in surgical staging of a disease, for example, intraoperative lymph node staging, sentinel lymph node (SLN) mapping , for example, nerve-sparing procedures to preserve vital neural structures (intraparotid nerves).

[00215] Os métodos e composições da invenção podem ser usados na detecção de doença metastática, no monitoramento da resposta ao tratamento, no mapeamento / direcionamento de linfonodos sentinela, em procedimentos de preservação de nervos, na detecção de doença residual, na liberação direcionada de terapêuticos (plataforma de diag nóstico / terapêutica combinada), na liberação local de nanopartículas não direcionadas carregando fármacos (liberação de cateter), em terapêuticos para a barreira hematoencefálica, no tratamento de doenças inflamatórias / isquêmicas (isto é, cerebrais, cardíacas, do trato urinário, da bexiga), no tratamento e detecção combinados de doença (por exemplo, detecção de pH Ratiométrica, detecção de oxigênio), etc.[00215] The methods and compositions of the invention can be used in detecting metastatic disease, monitoring response to treatment, mapping/targeting sentinel lymph nodes, nerve sparing procedures, detecting residual disease, targeted release of therapeutics (diagnostic platform/combination therapeutics), in the local release of non-targeted nanoparticles carrying drugs (catheter delivery), in blood-brain barrier therapeutics, in the treatment of inflammatory/ischemic diseases (i.e., brain, cardiac, tract urinary tract, bladder), in the combined treatment and detection of disease (e.g. Ratiometric pH detection, oxygen detection), etc.

[00216] Os métodos e composições da invenção também podem ser usados na detecção, caracterização e/ou determinação da localização de uma doença, especialmente doença inicial, da gravidade de uma doença ou de uma condição associada com doença, do estagia- mento de uma doença, e/ou do monitoramento uma doença. A presença, a ausência, ou o nível de um sinal emitido pode ser indicativo de um estado de doença. Os métodos e composições da invenção também podem ser usados para monitorar e/ou guiar várias intervenções terapêuticas, tais como procedimentos cirúrgicos e à base de cateter, e monitoramento de terapia de fármacos, incluindo terapias à base de células. Os métodos da invenção também podem ser usados no prognóstico de uma doença ou de uma condição de doença. Sub- populações celulares inerentes dentro do ou marginando o sítio de doença, tais como células stem-like ("células tronco cancerosas") e/ou celulas inflamatórioas / fagocíticas podem ser identificadas e caracterizadas usando os métodos e as composições da invenção. Com respeito a cada um dos precedentes, exemplos de semelhantes doença ou condições de doença que podem ser detectados ou monitorados (antes, durante ou depois de terapia) incluem câncer (por exemplo, melanoma, da tiroide, colorretal, ovariano, pulmonar, de mama, de próstata, cervical, de pele, cerebral, gastrointestinal, de boca, renal, esofageano, ósseo), que podem ser usados para identificar sujeitos que têm uma suscetibilidade aumentada para desenvolver câncer e/ou malignidades, isto é, são predispostos a desenvolver câncer e/ou ma- lignidades, inflamação (por exemplo, condições inflamatórias induzidas pela presença de lesões cancerosas), doença cardiovascular (por exemplo, aterosclerosie e condições inflamatórias dos vasos sanguíneos, isquemia, derrame, trombose), doença dermatológica (por exemplo, Sarcoma de Kaposi, psoríase), doença oftálmica (por exemplo, degeração macular, retinopatia diabética), doença infecciosa (por exemplo, infecções bacterianas, virais, fúngicas e parasitárias, incluindo a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida), doença imunológica (por exemplo, um distúrbio autoimune, linfoma, esclerose múltipla, artrite reumatóide, diabetes mellitus), doença do sistema nervoso central (por exemplo, uma doença neurodegenerativa, tal como a doença de Parkinson ou a doença de Alzheimer), doenças hereditárias, doenças metabólicas, doenças ambientais (por exemplo, envenenamento por chumbo, mercúrio e radioativo, câncer de pele), doença relacionadas com os ossos (por exemplo, osteoporose, tumores ósseos primários e metastàticos, osteoartrite) e uma doença neurodegenerativa.[00216] The methods and compositions of the invention can also be used in detecting, characterizing and/or determining the location of a disease, especially initial disease, the severity of a disease or a condition associated with disease, the staging of a disease, and/or monitoring a disease. The presence, absence, or level of a signal emitted may be indicative of a disease state. The methods and compositions of the invention can also be used to monitor and/or guide various therapeutic interventions, such as surgical and catheter-based procedures, and drug therapy monitoring, including cell-based therapies. The methods of the invention may also be used in the prognosis of a disease or disease condition. Inherent cellular subpopulations within or bordering the site of disease, such as stem-like cells ("cancer stem cells") and/or inflammatory/phagocytic cells can be identified and characterized using the methods and compositions of the invention. With respect to each of the foregoing, examples of similar disease or disease conditions that may be detected or monitored (before, during, or after therapy) include cancers (e.g., melanoma, thyroid, colorectal, ovarian, lung, breast , prostate, cervical, skin, cerebral, gastrointestinal, oral, renal, esophageal, bone), which can be used to identify subjects who have an increased susceptibility to developing cancer and/or malignancies, that is, are predisposed to developing cancer and/or malignancies, inflammation (e.g., inflammatory conditions induced by the presence of cancerous lesions), cardiovascular disease (e.g., atherosclerosy and inflammatory conditions of blood vessels, ischemia, stroke, thrombosis), dermatological disease (e.g., Kaposi's sarcoma, psoriasis), ophthalmic disease (e.g., macular degeneration, diabetic retinopathy), infectious disease (e.g., bacterial, viral, fungal, and parasitic infections, including Acquired Immune Deficiency Syndrome), immunological disease (e.g., a autoimmune disorder, lymphoma, multiple sclerosis, rheumatoid arthritis, diabetes mellitus), central nervous system disease (e.g., a neurodegenerative disease such as Parkinson's disease or Alzheimer's disease), hereditary diseases, metabolic diseases, environmental diseases ( e.g., lead, mercury and radioactive poisoning, skin cancer), bone-related disease (e.g., osteoporosis, primary and metastatic bone tumors, osteoarthritis) and a neurodegenerative disease.

[00217] Os métodos e composições da invenção, portanto, podem ser usados, por exemplo, para determinar a presença e/ou a localização de células tumor e/ou células stem-like co-residentes ("células tronco cancerígenas"), a presença e/ou localização de células inflamatórias, incluindo a presença de macrófagos ativados, por exemplo, em regiões peritumo- rais, a presença e na localização de doença vascular incluindo áreas em risco para oclusão aguda (isto é, placas vulneráveis) em artérias coronárias e periféricas, regiões de aneurismas em expansão, placa instável em artérias carótidas, e áreas isquèmicas. Os métodos e composições da invenção também podem ser usados em identificação e avaliação de morte celular, lesão, apoptose, necrose, hipóxia e angiogênese. Publicação de Patente No. PCT/US2006/049222.[00217] The methods and compositions of the invention, therefore, can be used, for example, to determine the presence and/or location of tumor cells and/or co-resident stem-like cells ("cancer stem cells"), to presence and/or location of inflammatory cells, including the presence of activated macrophages, e.g., in peritumoral regions, the presence and location of vascular disease including areas at risk for acute occlusion (i.e., vulnerable plaques) in coronary arteries and peripheral, regions of expanding aneurysms, unstable plaque in carotid arteries, and ischemic areas. The methods and compositions of the invention can also be used in identifying and evaluating cell death, injury, apoptosis, necrosis, hypoxia and angiogenesis. Patent Publication No. PCT/US2006/049222.

[00218] Os exemplos que se seguem são apresentados para os fins de ilustração somente e não são limitantes da invenção.[00218] The following examples are presented for illustration purposes only and are not limiting of the invention.

Exemplo 1Example 1 Preparação e Caracterização de Nanopartículas Revestidas com PEGPreparation and Characterization of PEG-Coated Nanoparticles

[00219] Nanopartículas contendo um corante emissor NIR (Cy-5) foram sintetizadas e funcionalizadas por PEGuilação de acordo com protocolos bem estabelecidos conforme revelado na Plubalicação de Patente No. PCT/US2008/074894 e por Stober et al. Controlled growth of monodispersed silica spheres in the micron size range. Colloid Interface Sci. 1968; 26:62-69. Ohnishi et al. J. Mol. Imaging 2005, 4:172181. Cy5 malemida foi reagido com um composto de organo silano co- reativo, (3-Mercaptopropil)trometoxissilano para formar um precursor de sílica fluorescente. Este precursor de sílica fluorescente foi co- condensado com tetraetilortossilicato para formar um núcleo à base de sílica fluorescente. Um composto de PEG-silano, com cadeias de po- li(etileno glicol) terminadas com metóxi chains (PEG, ~0,5 kDa) Meto- xi(Polietilenoóxi)Propil]-Trimetoxisilano, foi adicionado ao núcleo à base de sílica fluorescente para formar um revestimento de PEG sobre o núcleo. Nanopartículas revestidas com PEG foram dialisada para salina fisiológica (0,15 M de NaCl em H2O) através de membranas de diá- lise 3500 MWCO Snakeskin Dialysis Membranes e filtradas estéreis. Todas as amostras foram combinadas por densidade ótica em seu comprimento de onda de absorção de pico (640 nm) antes de injeção. As medições dos tamanhos hidrodinâmicos foram obtidas por Dispersão da luz dinâmica (DLS) e Espectroscopia de correlação da fluores-cência (FCS). Em resumo, partículas dialisadas para água foram medidas em um sistema da Brookhaven Instruments Company 200SM static/DLS usando um laser de HeNe (À = 632,8 nm). Devido à sobreposição da absorção do corante com a fonte de excitação, foram usados tempos de integração de 15 min para obter proporções aceitáveis de sinal para ruído. Para FCS, as partículas foram dialisadas para água, diluídas em 0,15 M de NaCl, e medidas em um Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS (excitação de HeNe de 633 nm). O instrumento foi calibrado por tamanho antes de todas as medições. A comparação do brilho relativo das nanopartículas PEGuiladas com corante livre foi determinada a partir de curvas de FCS, medida como taxa de contagem por molécula / partícula.[00219] Nanoparticles containing a NIR emitting dye (Cy-5) were synthesized and functionalized by PEGylation according to well-established protocols as disclosed in Patent Application No. PCT/US2008/074894 and by Stober et al. Controlled growth of monodispersed silica spheres in the micron size range. Colloid Interface Sci. 1968; 26:62-69. Ohnishi et al. J. Mol. Imaging 2005, 4:172181. Cy5 malemide was reacted with a coreactive organosilane compound, (3-Mercaptopropyl)tromethoxysilane to form a fluorescent silica precursor. This fluorescent silica precursor was co-condensed with tetraethylorthosilicate to form a fluorescent silica-based core. A PEG-silane compound, with poly(ethylene glycol) chains terminated with methoxy chains (PEG, ~0.5 kDa) Methoxy(Polyethyleneoxy)Propyl]-Trimethoxysilane, was added to the fluorescent silica-based core to form a PEG coating over the core. PEG-coated nanoparticles were dialyzed into physiological saline (0.15 M NaCl in H2O) through 3500 MWCO Snakeskin Dialysis Membranes and sterile filtered. All samples were optical density matched at their peak absorption wavelength (640 nm) prior to injection. Hydrodynamic size measurements were obtained by Dynamic Light Scattering (DLS) and Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Briefly, particles dialyzed to water were measured on a Brookhaven Instruments Company 200SM static/DLS system using a HeNe laser (À = 632.8 nm). Due to the overlap of dye absorption with the excitation source, integration times of 15 min were used to obtain acceptable signal-to-noise ratios. For FCS, particles were dialyzed into water, diluted in 0.15 M NaCl, and measured on a Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS (633 nm HeNe excitation). The instrument was size calibrated before all measurements. Comparison of the relative brightness of PEGylated nanoparticles with free dye was determined from FCS curves, measured as count rate per molecule/particle.

Exemplo 2Example 2 Clearance Renal de Nanopartículas Revestidas com PEGRenal Clearance of PEG-Coated Nanoparticles

[00220] Nanopartículas de sílica de núcleo e concha fluorescentes, tendo um raio hidrodinâmico de cerca de 3 nm, foram sintetizadas. Estas nanopartículas foram consideradas como estando na faixa de 6 a 10 nm de diâmetro, conforme mostrado pelos resultados da dispersão da luz dinâmica (DLS) (Figura 1a). Imagiologia por fluorescência próxima ao infravermelho de corpo inteiro in vivo de nanopartículas de sílica sem revestimento (sem revestimento de PEG), da ordem de 6 nm e de 3,3 nm, em camundongos nude mostrou considerávle clearance renal 45 min depois de injeção com uma acumulação significativa remanescente no fígado (Figura 1b). Excreção eventual dentro da circulação enterohepática ocorreu durante as 24 h seguintes. Com base nestes resultados, as partículas foram revestidas de modo covalente com cadeias de poli(etileno glicol) terminadas com metóxi (PEG, ~0,5 kDa), de acordo com os protocolos na Publicação de Patente No. PCT/US2008/074894, de modo a prevenir opsonização e a reforçar mais o clearance das partículas ao mesmo tempo que mantendo um pequeno tamanho hidrodinâmico. Este tratamento diminuiu a retenção pelo fígado e resultou em aumentada filtração renal para dentro da bexiga em 45 min depois de injeção por imagiologia por fluorescência próxima ao infravermelho (Figura 1c), com fluorescência da bexiga visível até 24 h. As sondas foram bem toleradas, sem efeitos adversos ou óbitos dos animais observados durante o curso do estudo. Imagiologia por PET-CT co-registrada serial 24 horas pós injeção de Nano- partículas revestidas com PEG com etiqueta de 124I (Figura 1 d, linha superior) demonstraram uma pequena quantidade de atividade na bexiga residual, bem como atividade de sobreposição no fígado / trato gastrointestinal (centro), flanqueada por microCT e microPET scans adquiridos de modo independente. Imagens por microPET serial confirmaram os achados da imagiologia por fluorescência próxima ao infravermelho. A meia-vida da permanência no sangue das nanopartículas PEGuiladas com etiqueta de 124I com base nas alterações na atividade sanguínea dependentes do tempo durante um período de 96 horas foi considerada como sendo de 7,3 horas. Para as nanopartículas ligadas a RGD, com etiqueta de 124I, a meia-vida da permanência no sangue foi considerada como sendo de 5,6 horas.[00220] Fluorescent core-shell silica nanoparticles, having a hydrodynamic radius of about 3 nm, were synthesized. These nanoparticles were considered to be in the range of 6 to 10 nm in diameter, as shown by dynamic light scattering (DLS) results (Figure 1a). In vivo whole-body near-infrared fluorescence imaging of uncoated silica nanoparticles (without PEG coating), on the order of 6 nm and 3.3 nm, in nude mice showed considerable renal clearance 45 min after injection with a significant accumulation remaining in the liver (Figure 1b). Eventual excretion into the enterohepatic circulation occurred during the following 24 h. Based on these results, the particles were covalently coated with methoxy-terminated poly(ethylene glycol) chains (PEG, ~0.5 kDa) according to the protocols in Patent Publication No. PCT/US2008/074894, in order to prevent opsonization and further enhance particle clearance while maintaining a small hydrodynamic size. This treatment decreased retention by the liver and resulted in increased renal filtration into the bladder within 45 min after injection by near-infrared fluorescence imaging (Figure 1c), with bladder fluorescence visible for up to 24 h. The probes were well tolerated, with no adverse effects or animal deaths observed during the course of the study. Serial co-registered PET-CT imaging 24 hours post injection of 124I-labeled PEG-coated nanoparticles (Figure 1d, top row) demonstrated a small amount of activity in the residual bladder, as well as overlapping activity in the liver/ gastrointestinal tract (center), flanked by independently acquired microCT and microPET scans. Serial microPET imaging confirmed the near-infrared fluorescence imaging findings. The blood half-life of 124I-labeled PEGylated nanoparticles based on time-dependent changes in blood activity over a 96-hour period was considered to be 7.3 hours. For nanoparticles linked to RGD, with a 124I label, the half-life of stay in the blood was considered to be 5.6 hours.

[00221] Com base nestes dados in vivo, um estudo mais detalhado de biodistribuição e clearance de nanopartículas revestidas foi empreendido sobre dois grupos de partículas contendo Cy5 PEGuiladas para avaliar os efeitos do tamanho da sonda sobre a biodistribuição. Nanopartículas com diâmetros hidrodinâmicos de 3,3 ± 0,06 e 6,0 ± 0,1 nm, conforme medido por espectroscopia de correlação da fluorescência (FCS), foram geradas (Figura 2a). Antes de estudos in vivo, as propriedades fotofísicas das partículas foram investigadas para estabelecer seus níveis de performance versus corante livre. Apesar do tamanho extremamente pequeno das partículas, moléculas de corante encapsuladas com sílica apresentaram reforços fotofísicos em relação ao corante livre que escalaram com o tamanho da partícula, incluindo au-mentos significativos no brilho, conforme determinado por espectroscopia de absorção e emissão (Figura 2b) e FCS (Figura 2c). Comparadas com corante livre, as nanopartículas de 3,3 e de 6,0 nm de diâmetro apresentaram aumentos de 2 e de 3 vezes na meia-vida de fo- todegradação, respectivamente, quando irradiadas com um laser de alta potência de 635 nm (Figura 2d). Portanto, estas sondas de nano- partículas foram consideradas como sendo tanto mais brilhantes quanto mais fotoestáveis do que suas equivalentes de corante livre.[00221] Based on these in vivo data, a more detailed study of biodistribution and clearance of coated nanoparticles was undertaken on two groups of particles containing PEGylated Cy5 to evaluate the effects of probe size on biodistribution. Nanoparticles with hydrodynamic diameters of 3.3 ± 0.06 and 6.0 ± 0.1 nm, as measured by fluorescence correlation spectroscopy (FCS), were generated (Figure 2a). Prior to in vivo studies, the photophysical properties of the particles were investigated to establish their performance levels versus free dye. Despite the extremely small particle size, silica-encapsulated dye molecules showed photophysical enhancements relative to the free dye that scaled with particle size, including significant increases in brightness, as determined by absorption and emission spectroscopy (Figure 2b). and FCS (Figure 2c). Compared with free dye, 3.3- and 6.0-nm diameter nanoparticles showed 2- and 3-fold increases in photodegradation half-life, respectively, when irradiated with a 635-nm high-power laser ( Figure 2d). Therefore, these nanoparticle probes were considered to be both brighter and more photostable than their free-dye counterparts.

[00222] Além de avaliação semiquantitativa do comportamento das nanopartículas in vivo a partir de imagiologia de corpo inteiro, análise ex vivo de homogenados de tecido e de fluidos foi realizada usando uma leitora de placa de fluorescência, a qual permitiu quantificação calibrada das variações observadas em imagiologia por fluorescência próxima ao infra-vermelho. As amostras foram agrupadas como fontes de fluorescência de partícula "retida" (fígado, rim, pulmão, baço homogenados, e sangue) e "excretada" (urina), foram corrigidas pelo fundo e foram convertidas para percentagem da dose inicial (% da DI) por animal com base em curvas de calibração. Análise tecidual mostrou mínima retenção de partícula nos órgãos principais, com a maior parte da fluorescência atribuída ao sangue circulante (Figura 3a). A retenção de partícula pura, calculada como a soma dos componentes "retidos", foi ajustada com uma curva de decaimento exponencial para determinar a cinética de excreção (Figura 3b). Partículas maiores apresentaram uma meia-vida tecidual mais longa (W2(3,3 nM) = 190 min, t/2(6,0 nm) = 350 min) e maior retenção orgânica inicial. Depois de 48 h, a partícula de 6 nm apresentou mínima retenção no corpo (Rtotal(6,0 nm) = 2,4 ± 0,6% da DI). Amostras de urina colhidas no momento do sacrifício, em conjunto com dados de calibração da diluição serial, foram usadas para estimar o clearance renal total com base em uma estimativa conservadora do volume urinário médio excretado por unidade de tempo. Por meio deste método, foi estimada a % da DI excretada ao longo do tempo para ambos os tamanhos das partículas (Figura 3c).[00222] In addition to semi-quantitative assessment of nanoparticle behavior in vivo from whole-body imaging, ex vivo analysis of tissue homogenates and fluids was performed using a fluorescence plate reader, which allowed calibrated quantification of the variations observed in near-infrared fluorescence imaging. Samples were grouped as "retained" (liver, kidney, lung, spleen homogenates, and blood) and "excreted" (urine) particle fluorescence sources, were background corrected, and were converted to percentage of initial dose (% DI ) per animal based on calibration curves. Tissue analysis showed minimal particle retention in major organs, with most of the fluorescence attributed to circulating blood (Figure 3a). Pure particle retention, calculated as the sum of “retained” components, was fitted with an exponential decay curve to determine excretion kinetics (Figure 3b). Larger particles had a longer tissue half-life (W2(3.3 nM) = 190 min, t/2(6.0 nm) = 350 min) and greater initial organic retention. After 48 h, the 6 nm particle showed minimal retention in the body (Rtotal(6.0 nm) = 2.4 ± 0.6% of DI). Urine samples collected at the time of sacrifice, together with serial dilution calibration data, were used to estimate total renal clearance based on a conservative estimate of the mean urinary volume excreted per unit time. Using this method, the % of DI excreted over time was estimated for both particle sizes (Figure 3c).

Exemplo 3Example 3 Nanopartículas de Sílica Fluorescente Conjugadas com Peptídeo de Direcionamento para αvβ3 Integrina (Modelo de Melanoma)Fluorescent Silica Nanoparticles Conjugated with αvβ3 Integrin Targeting Peptide (Melanoma Model)

[00223] De modo a sintetizar uma nanopartícula multimodal (ótica- PET) com alta afinidade pelo marcador tumoral αvβ3 integrina, penta- peptídeo RGD cíclico (RGDYC) foi conjugado à nanopartícula através de uma ligação de Cys-maleimida. O encadeador de tirosina, Y, foi usado para anexar subsequentemente um radiomarcador. Camundongos nude atímicos machos foram injetados por via subcutânea em seus flancos com células de glioma de rato C6. Em ~0,5 cm de diâmetro, os camundongos foram injetados por via IV ou com nanopartículas de sílica sem revestimento (Figura 4A) ou com nanopartículas de RGD PEG-uiladas (Figura 4B, ~500 nm/kg). A Figura 4 mostra a biodistribuição in vivo em camundongos não portadores de tumor e portadores de tumor usando imagiologia ótica de corpo inteiro.[00223] In order to synthesize a multimodal nanoparticle (optical-PET) with high affinity for the tumor marker αvβ3 integrin, cyclic penta-peptide RGD (RGDYC) was conjugated to the nanoparticle through a Cys-maleimide bond. The tyrosine linker, Y, was used to subsequently attach a radiotracer. Male athymic nude mice were injected subcutaneously into their flanks with C6 rat glioma cells. At ~0.5 cm in diameter, mice were injected IV with either uncoated silica nanoparticles (Figure 4A) or PEG-ylated RGD nanoparticles (Figure 4B, ~500 nm/kg). Figure 4 shows in vivo biodistribution in non-tumor-bearing and tumor-bearing mice using whole-body optical imaging.

[00224] A ligação in vitro de nanopartículas direcionadas (ligadas a RGD) e não direcionadas (revestidas com PEG) a linhagens de células de melanoma humano positivo para αvβ3-integrina (M21) foi investigada como parte de um estudo de dose resposta usando citometria de fluxo (Figuras 5A, 5B). A ligação / captação de partículas foi avaliada como uma função do tempo (Figura 5A) e da concentração (Figura 5B).[00224] In vitro binding of targeted (RGD-bound) and non-targeted (PEG-coated) nanoparticles to αvβ3-integrin (M21) positive human melanoma cell lines was investigated as part of a dose response study using cytometry flow (Figures 5A, 5B). Particle binding/uptake was assessed as a function of time (Figure 5A) and concentration (Figure 5B).

Exemplo 4Example 4 Nanopartículas de Sílica Fluorescente Conjugadas com Peptídeo de Direcionamento para αvβ3 Integrina e Mapeamento Nodal (Modelo de Melanoma)Fluorescent Silica Nanoparticles Conjugated with αvβ3 Integrin Targeting Peptide and Nodal Mapping (Melanoma Model)

[00225] Nós utilizadmos um material biocompatível, sílica, o qual tem uma arquitetura que pode ser ajustada precisamente aos tamanhos das partículas otimizados para clearance renal. Nós anexamos pequenos peptídeos de direcionamento e uma etiqueta radioativa à superfície das partículas para medições por imagiologia por imagiologia por PET serial em um modelo de melanoma humano in vivo bem caracterizado, e mapeamos linfonodos de drenagem e canais linfáticos usando um corante próximo ao infravermelho (NIR) encapsulado e mé- todos de imagiologia por fluorescência ótica multi-escala. Ballou et al., Sentinel lymph node imaging using quantum dots in mice tumor models. Bioconjugate Chem. 18, 389-396 (2007). Kim et al., Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node maping. Nat. Biotechnol. 22, 93-97 (2003). Tanaka et al, Image-guided oncologic surgery using invisible light: completed pre-clinical development for sentinel lymph node maping. J Surg Oncol. 13, 1671-1681 (2006). Também foi realizado teste de toxicidade e foram derivadas as doses de radiação dos órgãos normais humanos. Especificamente, nós sintetizamos nanopartículas de sílica de núcleo e concha encapsulando corante próximo ao infra-vermelho (NIR) de cerca de 7 nm de diâmetro, revestidas com cadeias de PEG e funcionalizadas na superfície com um pequeno número (cerca de 6 a 7) de peptídeos de direcionamento e radiomarcadores.[00225] We use a biocompatible material, silica, which has an architecture that can be precisely adjusted to particle sizes optimized for renal clearance. We attached small targeting peptides and a radioactive tag to the particle surface for serial PET imaging measurements in a well-characterized in vivo human melanoma model, and mapped draining lymph nodes and lymphatic channels using a near-infrared (NIR) dye. ) encapsulated and multi-scale optical fluorescence imaging methods. Ballou et al., Sentinel lymph node imaging using quantum dots in mice tumor models. Bioconjugate Chem. 18, 389-396 (2007). Kim et al., Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping. Nat. Biotechnol. 22, 93-97 (2003). Tanaka et al, Image-guided oncologic surgery using invisible light: completed pre-clinical development for sentinel lymph node mapping. J Surg Oncol. 13, 1671-1681 (2006). Toxicity testing was also performed and radiation doses of normal human organs were derived. Specifically, we synthesize core-shell silica nanoparticles encapsulating near-infrared (NIR) dye of about 7 nm in diameter, coated with PEG chains and functionalized on the surface with a small number (about 6 to 7) of targeting peptides and radiolabels.

[00226] Nós demonstramos que estas sondas simultaneamente são não-tóxicas, apresentam ligação de alta afinidade / avidez, eficiente excreção, e significativa captação diferencial e contraste entre tecidos tumorais e normais usando abordagens de imagiologia molecular multimodal. As sensíveis detecção, localização, e interrogação de linfonodos e canais linfáticos, possibilitada pela fluorescência do corante próximo ao infra-vermelho, salienta a distinta vantagem potencial desta plataforma multimodal para detecção e estagiamento de doença me- tastática no cenário clínico, ao mesmo tempo que estendendo a menor faixa de tamanhos nodais que podem ser detectados.[00226] We demonstrate that these probes are simultaneously non-toxic, exhibit high affinity/avidity binding, efficient excretion, and significant differential uptake and contrast between tumor and normal tissues using multimodal molecular imaging approaches. The sensitive detection, localization, and interrogation of lymph nodes and lymphatic channels, enabled by near-infrared dye fluorescence, highlights the distinct potential advantage of this multimodal platform for detecting and staging metastatic disease in the clinical setting, while also extending the smallest range of nodal sizes that can be detected.

Materiais e MétodosMaterials and methods Síntese de Nanopartículas-cRGDY-PEG e Nanopartículas-PEGSynthesis of Nanoparticles-cRGDY-PEG and Nanoparticles-PEG

[00227] As partículas foram preparadas por uma condensação de sílica do tipo de Stober modificado conforme descrito previamente. Wiesner et al., PEG-coated Core-shell Silica Nanoparticles and Methods of Manufacture and Use, PCT/US2008/74894. Larson, et al., Silica na noparticle architecture determines radiative properties of encapsulated chromophores. Chem. Mater. 20, 2677-2684 (2008). Bogush, et al., Preparation of Monodisperse Silica Particles: Control of Size and Mass Fraction. J. Non-Cryst. Solids, 104, 95-106 (1988). Sadasivan, et al., Alcoholic Solvent Effect on Silica Synthesis--NMR and DLS Investigation. J. Sol-Gel Sci. Technol. 12, 5-14 (1998). Herz, et al., Large Stokes- Shift Fluorescent Silica Nanoparticles with Enhanced Emission over Free Dye for Single Excitation Multiplexing. Macromol Rapid Commun. 30, 1907-1910 (2009). Resíduos tirosina foram conjugados a cadeias de PEG para fixação de radioiodo ou porções de iodo estáveis. Hermanson, Bioconjugate Techniques, (Academic Press, London, ed. 2, 2008). Todas as amostras foram combinadas por densidade ótica em seu comprimento de onda de absorção de pico (640 nm) antes de ra- diomarcação. Os peptídeos cRGD foram anexados a cadeias de PEG funcionalizadas através de uma ligação de cisteína-maleimida, e o número de peptídeos cRGD ligados à partícula foi estimado usando medições à base de FCS das concentrações de partículas absolutas e da concentração de partida dos reagentes para o peptídeo cRGD.[00227] The particles were prepared by a silica condensation of the modified Stober type as previously described. Wiesner et al., PEG-coated Core-shell Silica Nanoparticles and Methods of Manufacture and Use, PCT/US2008/74894. Larson, et al., Silica in noparticle architecture determines radiative properties of encapsulated chromophores. Chem. Mater. 20, 2677-2684 (2008). Bogush, et al., Preparation of Monodisperse Silica Particles: Control of Size and Mass Fraction. J. Non-Cryst. Solids, 104, 95-106 (1988). Sadasivan, et al., Alcoholic Solvent Effect on Silica Synthesis--NMR and DLS Investigation. J. Sol-Gel Sci. Technol. 12, 5-14 (1998). Herz, et al., Large Stokes-Shift Fluorescent Silica Nanoparticles with Enhanced Emission over Free Dye for Single Excitation Multiplexing. Macromol Rapid Commun. 30, 1907-1910 (2009). Tyrosine residues were conjugated to PEG chains for attachment of radioiodine or stable iodine moieties. Hermanson, Bioconjugate Techniques, (Academic Press, London, ed. 2, 2008). All samples were optical density matched at their peak absorption wavelength (640 nm) prior to radiolabeling. The cRGD peptides were attached to functionalized PEG chains via a cysteine-maleimide linkage, and the number of particle-bound cRGD peptides was estimated using FCS-based measurements of absolute particle concentrations and the starting concentration of reactants for the cRGD peptide.

Medições do Tamanho Hidrodinâmico e de Comparações do Brilho Relativo por Espectroscopia de Correlação da Fluorescência (FCS)Hydrodynamic Size Measurements and Relative Brightness Comparisons by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS)

[00228] Partículas dialisadas para água foram diluídas em salina fisiológica (0,15 M de NaCl em H2O) e medidas em um Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS usando excitação de HeNe de 633 nm. O instrumento foi calibrado por tamanho antes de todas as medições. As diferenças do tempo de difusão foram usadas para avaliar variações nos tamanhos hidrodinâmicos do corante e das espécies de partículas. Foram realizadas comparações do brilho relativo do corante livre e das nanopartículas de PEG- e das nanopartículas de RGDY-PEG usando con-tagem de taxas por molécula / partícula.[00228] Particles dialyzed to water were diluted in physiological saline (0.15 M NaCl in H2O) and measured on a Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS using 633 nm HeNe excitation. The instrument was size calibrated before all measurements. Diffusion time differences were used to evaluate variations in the hydrodynamic sizes of the dye and particle species. Comparisons of the relative brightness of the free dye and PEG-nanoparticles and RGDY-PEG nanoparticles were performed using counting rates per molecule/particle.

Radiomarcação de Conjugados de C DotRadiolabeling of C Dot Conjugates

[00229] Radiomarcação das cRGDY-PEG-nanopartículas e das PEG-nanopartículas foi realizada usando o método do IODOGEN (Pierce, Rockford, Ill.). Piatyszek, et al., Iodo-gen mediated radioiodination of nucleic acids. J. Anal. Biochem. 172, 356-359 (1988). As atividades foram medidas por contagem por raios gama (Y) e a fluorescência foi medida usando um fluorômetro Varian (excitação de 650 nm / emissão de 680 nm).[00229] Radiolabeling of cRGDY-PEG-nanoparticles and PEG-nanoparticles was performed using the IODOGEN method (Pierce, Rockford, Ill.). Piatyszek, et al., Iodine-mediated radioiodination of nucleic acids. J. Anal. Biochem. 172, 356-359 (1988). Activities were measured by gamma (Y) ray counting and fluorescence was measured using a Varian fluorometer (650 nm excitation/680 nm emission).

Células e Cultura CelularCells and Cell Culture

[00230] Linhagens celulares de melanoma humano M21 e M21 variantes (M21-L, αv negativas) foram mantidas em meio RPMI 1640 / 10% de BSA fetal, 2 mM de penicilina L-glutamina, e estreptomicina (Core Media Preparation Facility, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York). Células endoteliais do cordão venoso umbilical humano (HUVECs) foram cultivadas em meio M199 / 10% de soro fetal bovino, 20 μg/ml de fator de crescimento celular endotelial, 50 μg/ml de heparina, penicilina e estreptomicina.[00230] Human melanoma cell lines M21 and M21 variants (M21-L, αv negative) were maintained in RPMI 1640 medium/10% fetal BSA, 2 mM penicillin L-glutamine, and streptomycin (Core Media Preparation Facility, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York). Human umbilical cord endothelial cells (HUVECs) were cultured in M199 medium/10% fetal bovine serum, 20 μg/ml endothelial cell growth factor, 50 μg/ml heparin, penicillin, and streptomycin.

Ligação Celular In Vitro e Especificidade Molecular de 124I-cRGD-PEG- NanopartículasIn Vitro Cellular Binding and Molecular Specificity of 124I-cRGD-PEG- Nanoparticles

[00231] De modo a avaliar a ligação de partículas e a especificidade para células M21, placas de 24 cavidades foram revestidas com 10 μg/ml de colágeno tipo I (BD Biosciences, Bedford, Mass.) em salina tamponada com fosfato (PBS) e incubadas (37° C., 30 min). Células M21 (3,0 a 4,0x105 células/ cavidade) foram cultivadas até a confluência e lavadas com meio RPMI 1640 / 0,5% de albumina sérica bovina (BSA). 124I-cRGD-PEG-nanopartículas (0 a 4,0 ng/ml) foram adicionadas às cavidades e células incubadas (25° C., 4 horas), lavadas com meio RPMI 1640 / 0,5% de BSA, e dissolvidas em 0,2 M de NaOH. A radioatividade foi avaliada usando um contador gama 1480 Automatic Gamma Counter (Perkin Elmer) calibrado para iodo-124. Ligação ines- pecífica foi determinada na presença de um excesso de 1000 vezes de cRGD (Peptides International, Louisville, Ky.). Foram gerados gráficos de Scatchard dos dados de ligação e analisados usando análise de regressão linear (Microsoft Excel 2007) para derivar parâmetros de ligação de receptor (Kd, Bmax, IC50).[00231] In order to evaluate particle binding and specificity for M21 cells, 24-well plates were coated with 10 μg/ml type I collagen (BD Biosciences, Bedford, Mass.) in phosphate-buffered saline (PBS) and incubated (37° C., 30 min). M21 cells (3.0 to 4.0x105 cells/well) were grown to confluence and washed with RPMI 1640 medium/0.5% bovine serum albumin (BSA). 124I-cRGD-PEG-nanoparticles (0 to 4.0 ng/ml) were added to the wells and incubated cells (25° C., 4 hours), washed with RPMI 1640 medium/0.5% BSA, and dissolved in 0.2 M NaOH. Radioactivity was assessed using a 1480 Automatic Gamma Counter (Perkin Elmer) calibrated for iodine-124. Nonspecific binding was determined in the presence of a 1000-fold excess of cRGD (Peptides International, Louisville, Ky.). Scatchard plots were generated from the binding data and analyzed using linear regression analysis (Microsoft Excel 2007) to derive receptor binding parameters (Kd, Bmax, IC50).

Estudos de Ligação Celular In Vitro Usando Métodos de Detecção ÓticaIn Vitro Cell Binding Studies Using Optical Detection Methods

[00232] Máxima ligação diferencial de cRGDY-PEG-nanopartículas e PEG-nanopartículas a células M21 foi determinada para uma faixa de tempos de incubação e concentrações de partículas usando citometria de fluxo, com valores ótimos usados em estudos de ligação competitiva e de especificidade. As células (3,0*105 células/ cavidade) foram lavadas com meio RPMI 1640 / 0,5% de BSA, destacadas usando 0,25% de tripsina / EDTA, e peletizadas em um tubo de micro- centrífuga (5 min a 1400 rpm, 25° C.). Os péletes foram ressuspendi- dos em solução BD FACSFlow (BD Biosciences, San Jose, CA.) e analisados no canal de Cy5 para determinar a percentagem de sonda ligada a partícula (FACSCalibur, Becton Dickinson, Mountain View, CA.). Estudos de ligação competitiva foram adicionalmente realizados depois de incubação de cRGDY-PEG-nanopartículas (2,5 ng/ml) com células M21, M21L, e HUVEC na presença de excesso de cRGD e/ou anticorpo conjugado a αvβ3 fluoresceína anti-integrina humana monoclonal de camundongo (Millipore, Temecula, CA.) e analisadas por citometria de fluxo. De modo a avaliar a potência das nanopartículas de RGDY-PEG em relação ao peptídeo cRGD, foram realizados testes anti-adesão. Placas de 96 cavidades foram revestidas com vitronectina em PBS (5 μg/ml), seguido por 200 μl de RPMI / 0,5% de BSA (1 h, 37° C.). As células (3*104/100 μl/ cavidade) foram incubadas em qua- druplicata (30 min, 25° C.) com várias concentrações de cRGDY-PEG- nanopartículas ou peptídeo cRGD em RPMI / 0,1% de BSA, e adicionadas a placas revestidas com vitronectina (30 min, 37° C.). As cavidades foram delicadamente enxaguadas com RPMI / 0,1% de BSA para remover células não aderentes; as células aderentes foram fixadas com 4% de PFA (20 min, 25° C.) e coradas com azul de metileno (1 h, 37° C.) para determinação das densidades óticas, medidas usando uma leitora de placas Tecan Safire (Àex = 650 nm, Àem = 680 nm, largura de banda de 12 nm). O fator de reforço multivalente foi computado como a proporção do peptídeo cRGD para valores da IC50 de cRGDY-PEG-dot. Montet, et al., Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 6087-6093 (2006).[00232] Maximum differential binding of cRGDY-PEG-nanoparticles and PEG-nanoparticles to M21 cells was determined for a range of incubation times and particle concentrations using flow cytometry, with optimal values used in competitive binding and specificity studies. Cells (3.0*105 cells/well) were washed with RPMI 1640 medium/0.5% BSA, detached using 0.25% trypsin/EDTA, and pelleted in a microcentrifuge tube (5 min at 1400 rpm, 25° C.). The pellets were resuspended in BD FACSFlow solution (BD Biosciences, San Jose, CA.) and analyzed in the Cy5 channel to determine the percentage of probe bound to the particle (FACSCalibur, Becton Dickinson, Mountain View, CA.). Competitive binding studies were additionally performed after incubation of cRGDY-PEG-nanoparticles (2.5 ng/ml) with M21, M21L, and HUVEC cells in the presence of excess cRGD and/or anti-human integrin αvβ3 fluorescein-conjugated antibody. mouse monoclonal (Millipore, Temecula, CA.) and analyzed by flow cytometry. In order to evaluate the potency of the RGDY-PEG nanoparticles in relation to the cRGD peptide, anti-adhesion tests were carried out. 96-well plates were coated with vitronectin in PBS (5 μg/ml), followed by 200 μl of RPMI/0.5% BSA (1 h, 37° C.). Cells (3*104/100 μl/well) were incubated in quadruplicate (30 min, 25° C.) with various concentrations of cRGDY-PEG nanoparticles or cRGD peptide in RPMI/0.1% BSA, and added to vitronectin-coated plates (30 min, 37° C.). Wells were gently rinsed with RPMI/0.1% BSA to remove non-adherent cells; adherent cells were fixed with 4% PFA (20 min, 25° C.) and stained with methylene blue (1 h, 37° C.) to determine optical densities, measured using a Tecan Safire plate reader (Àex = 650 nm, Àem = 680 nm, bandwidth 12 nm). The multivalent boost factor was computed as the ratio of cRGD peptide to cRGDY-PEG-dot IC50 values. Montet, et al., Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 6087-6093 (2006).

Modelos Animais e Inoculação TumoralAnimal Models and Tumor Inoculation

[00233] Todos os experimentos com animais foram feitos de acordo com protocolos aprovados pelo Institutional Animal Care and Use Committee do Memorial Sloan-Kettering Cancer Center e seguiram as diretrizes do National Institutes of Health para o bem estar dos animais. Camundongos nu/nu atímicos machos (de 6 a 8 semanas de idade, Taconic Farms Inc, Hudson, N.Y.) foram providos com água contendo solução de iodeto de potássio para bloquear captação pela glândula tiroide de qualquer radioiodo livre in vivo, e mantidos em uma dieta de Harlan Teklad Global Diet 2016, ad libitum, conforme detalhado em outra parte 10. De modo a gerar xenoenxertos de M21 ou M21L, volumes iguais de células (~5*106/100 μl) e matrigel foram co- injetados por via subcutânea na pata traseira em diferentes camundongos. Os tamanhos dos tumores foram medidos regularmente com calibradores, produzindo volumes tumorais médios de 200 mm3.[00233] All animal experiments were performed in accordance with protocols approved by the Institutional Animal Care and Use Committee of the Memorial Sloan-Kettering Cancer Center and followed the National Institutes of Health guidelines for animal welfare. Male athymic nude/nude mice (6 to 8 weeks old, Taconic Farms Inc, Hudson, N.Y.) were provided with water containing potassium iodide solution to block uptake by the thyroid gland of any free radioiodine in vivo, and maintained in a Harlan Teklad Global Diet 2016, ad libitum, as detailed elsewhere 10. In order to generate M21 or M21L xenografts, equal volumes of cells (~5*106/100 μl) and matrigel were co-injected subcutaneously in the hind paw in different mice. Tumor sizes were regularly measured with calipers, yielding mean tumor volumes of 200 mm3.

Farmacocinética In Vivo e Medições da Meia Vida de Permanência (T112)In Vivo Pharmacokinetics and Dwell Half-Life Measurements (T112)

[00234] As concentrações de atividade dependente do tempo (% da DI/g), corrigidas para decaimento radioativo no momento da injeção, foram medidas sacrificando grupos de camundongos em momentos especificados depois de injeção i.v. de 124I-cRGDY-PEG- nanopartículas ou 124I-PEG-nanopartículas (~20 μCi/ camundongo) e colhendo, pesando, e contando sangue, tumor, e órgãos em um contador de cintilação Y calibrado para 124I. Os dados de concentrações de atividade por tempo resultante para cada tecido foram ajustados para uma função monoexponencial decrescente de modo a determinar os valores de TI/2 e A, a meia vida de permanência tecidual / orgânica e interceptação da hora zero, respectivamente, da função.[00234] Time-dependent activity concentrations (% DI/g), corrected for radioactive decay at the time of injection, were measured by sacrificing groups of mice at specified times after i.v. injection of 124I-cRGDY-PEG-nanoparticles or 124I -PEG-nanoparticles (~20 μCi/mouse) and harvesting, weighing, and counting blood, tumor, and organs in a Y scintillation counter calibrated to 124I. The resultant time activity concentrations data for each tissue were fitted to a decreasing monoexponential function in order to determine the TI/2 and A values, the half-life of tissue/organic residence and zero-hour intercept, respectively, of the function .

[00235] A fração de partículas excretadas na urina ao longo do tempo foi estimada usando métodos previamente descritos. Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters 9, 442-8 (2009). Em resumo, os camundongos foram injetados i.v. com ou 200 μl de cRGDY-PEG-nanopartículas não marcadas ou PEG-nanopartículas, e amostras de urina colhidas durante um período de 168 horas (n = 3 camundongos por ponto do tempo). As concentrações de partículas em cada ponto do tempo foram determinadsa usando análises fluorométricas e uma curva de calibração de diluição serial gerada a partir de medições do sinal de fluorescência, corrigidas pelo fundo, de amostras de urina misturadas com concentrações de partículas conhecidas (% da DI). Os valores das concentra-ções, junto com as estimativas dos volumes urinários médios diários dos camundongos, foram em seguida usados para computar a % da DI/g de urina cumulativa excretada ao longo do tempo. De modo a avaliar a excreção fecal cumulativa, foram usadas gaiolas metabólicas para coletar as fezes durante um intervalo de tempo similar depois de injeção i.v. de 200 μl de 124I-cRGDY-PEG-nanopartículas (n = 4 camundongos por ponto do tempo). As atividades das amostras foram medidas usando um contador Y calibrado para 124I.[00235] The fraction of particles excreted in urine over time was estimated using previously described methods. Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters 9, 442-8 (2009). Briefly, mice were injected i.v. with either 200 μl of unlabeled cRGDY-PEG-nanoparticles or PEG-nanoparticles, and urine samples collected over a 168-hour period (n = 3 mice per time point). Particle concentrations at each time point were determined using fluorometric analyzes and a serial dilution calibration curve generated from background-corrected fluorescence signal measurements of urine samples spiked with known particle concentrations (% ID ). The concentration values, along with estimates of the mice's average daily urinary volumes, were then used to compute the % DI/g of cumulative urine excreted over time. In order to assess cumulative fecal excretion, metabolic cages were used to collect feces over a similar time interval after i.v. injection of 200 μl of 124I-cRGDY-PEG-nanoparticles (n = 4 mice per time point). Sample activities were measured using a Y counter calibrated to 124I.

DosimetriaDosimetry

[00236] Funções de tempo - atividade derivadas para cada tecido foram integradas analiticamente (com inclusão do efeito de decaimento radioativo) para produzir a atividade cumulativa correspondente (isto é, o número total de decaimentos radioativos). Em seguida foram calculadas as doses absorvidas pelos órgãos dos camundongos 124I multiplicando a atividade cumulativa pela dose de equilíbrio de 124I constante para radiações não penetrantes (pósitrons), presumindo completa absorção local de semelhantes radiações e ignorando a contribuição de radiações penetrantes (isto é, radiação Y). Eckerman, et al., Radionuclide Data and Decay Schemes, 2nd ed. Reston, Va.: Society of Nuclear Medicine; 1989. As atividades acumuladas pelos órgãos normais de camundongo foram convertidas para atividades acumuladas pelos órgãos normais humanos por ajuste para as diferenças no peso total e nas massas dos órgãos entre camundongos e seres humanos (Homem Padrão de 70 kg). Cristy, et al., Specific absorbed fractions of energy at various ages from internal photon sources (I-VII). Oak Ridge National Laboratory Report ORNL/TM-8381/V1-7. Springfield, Va.: National Technical Information Service, Dept of Commerce; 1987. As atividades acumuladas de órgãos normais humanos calculadas foram introduzidas no programa de computação da dosimetria OLINDA para calcular, usando o formalismo do Medical Internal Dosimetry (MIRD) Committee of the Society of Nuclear Medicine, as doses absorvidas por órgãos pelo Homem Padrão (Standard Man). Loevinger, et al., MIRD Primer for Absorbed Dose Calculations (Society of Nuclear Medicine, New York, 1991). Stabin, et al., OLINDA/EXM: the second- generation personal computer software for internal dose assessment in nuclear medicine. J Nucl Med. 46, 1023-1027 (2005).[00236] Time - activity functions derived for each tissue were analytically integrated (with inclusion of the effect of radioactive decay) to produce the corresponding cumulative activity (i.e., the total number of radioactive decays). The doses absorbed by the organs of 124I mice were then calculated by multiplying the cumulative activity by the constant 124I equilibrium dose for non-penetrating radiation (positrons), assuming complete local absorption of similar radiation and ignoring the contribution of penetrating radiation (i.e., radiation Y). Eckerman, et al., Radionuclide Data and Decay Schemes, 2nd ed. Reston, Va.: Society of Nuclear Medicine; 1989. Activities accumulated by normal mouse organs were converted to activities accumulated by normal human organs by adjusting for differences in total weight and organ masses between mice and humans (70 kg Standard Human). Cristy, et al., Specific absorbed fractions of energy at various ages from internal photon sources (I-VII). Oak Ridge National Laboratory Report ORNL/TM-8381/V1-7. Springfield, Va.: National Technical Information Service, Dept of Commerce; 1987. The calculated accumulated activities of normal human organs were introduced into the OLINDA dosimetry computing program to calculate, using the formalism of the Medical Internal Dosimetry (MIRD) Committee of the Society of Nuclear Medicine, the doses absorbed by organs by the Standard Man (Standard Man). Loevinger, et al., MIRD Primer for Absorbed Dose Calculations (Society of Nuclear Medicine, New York, 1991). Stabin, et al., OLINDA/EXM: the second-generation personal computer software for internal dose assessment in nuclear medicine. J Nucl Med. 46, 1023-1027 (2005).

Estudos da Toxicidade Aguda e HistopatologiaAcute Toxicity and Histopathology Studies

[00237] Foi realizado teste da toxicidade aguda em seis grupos de camundongos B6D2F1 machos e fêmeas (7 semanas de idade, Jackson Laboratories, Bar Harbor, Me.). O grupo de tratamento (n = 6 machos, n = 6 fêmeas) recebeu sonda direcionada não marcada (127I- RGDY-PEG-nanopartículas) e o grupo de controle (n = 6 machos, n = 6 fêmeas) recebeu PEG-nanopartículas iodadas não marcadas (veículo, 127I-RGDY-PEG-nanopartículas) em uma única injeção i.v. (200 μl). Controles não tratados (n = 2 machos, n = 2 fêmeas) foram adicionalmente testados. Os camundongos foram observados diariamente durante 14 dias pós injeção para sinais de morbidez / mortalidade e alterações do peso, e foi realizada autópsia, histopatologia, e amostragem de sangue para hematologia e avaliação da química do soro em 7 e 14 dias pós injeção (Figura 10 e Table 3).[00237] Acute toxicity testing was performed on six groups of male and female B6D2F1 mice (7 weeks old, Jackson Laboratories, Bar Harbor, Me.). The treatment group (n = 6 males, n = 6 females) received unlabeled targeted probe (127I-RGDY-PEG-nanoparticles) and the control group (n = 6 males, n = 6 females) received iodinated PEG-nanoparticles unlabeled (vehicle, 127I-RGDY-PEG-nanoparticles) in a single i.v. injection (200 μl). Untreated controls (n = 2 males, n = 2 females) were additionally tested. Mice were observed daily for 14 days post-injection for signs of morbidity/mortality and weight changes, and autopsy, histopathology, and blood sampling for hematology and assessment of serum chemistry were performed at 7 and 14 days post-injection (Figure 10 and Table 3).

Imagiologia por PET Serial de Direcionamento Tumoral-EspecíficoSerial PET Imaging for Tumor-Specific Targeting

[00238] Foi realizada imagiologia usando um PET scanner de animais pequenos dedicados (Focus 120 microPET; Concorde Microsystems, Nashville, Tenn.). Camundongos carregando tumores de M21 ou M21L na pata traseira foram mantidas sob anestesia com 2% de isoflu- rano em oxigênio a 2 L/min durante todo o período do escaneamento. Aquisições em list-mode de uma hora foram iniciadas no momento da injeção i.v. de 200 μCi de 124I-cRGDY-PEG-nanopartículas ou 124I- PEG-nanopartículas em todos os camundongos, seguidas por imagens estáticas seriais por 30 min durante um intervalo de 96 horas. Os dados das imagens foram corrigidos para não uniformidade da resposta do scanner, perdas de contagem por tempo morto, contagens alea-tórias, e decaimento físico até o tempo de injeção. As taxas de contagem de Voxel nas imagens reconstruídas foram convertidas para concentrações de atividade (% da DI/g) por uso de um fator de calibração do sistema medido. Análise tridimensional da região de interesse (ROI) das imagens reconstruídas foi realizada por uso do software ASIPro (Concorde Microsystems, Nashville, Tenn.) para determinar a média, o máximo, e o desvio padrão de captação da sonda nos tumores. As proporções de concentração de atividade tumoral para muscular foram derivadas dividindo os valores de % da DI/g tumoral derivados por imagem pelos valores do contador Y de % da DI/g muscular.[00238] Imaging was performed using a dedicated small animal PET scanner (Focus 120 microPET; Concorde Microsystems, Nashville, Tenn.). Mice carrying M21 or M21L tumors in the hind paw were maintained under anesthesia with 2% isoflurane in oxygen at 2 L/min throughout the scanning period. One-hour list-mode acquisitions were initiated at the time of i.v. injection of 200 μCi of 124I-cRGDY-PEG-nanoparticles or 124I-PEG-nanoparticles into all mice, followed by serial static imaging for 30 min during an interval of 96 hours. The image data was corrected for non-uniformity of the scanner response, counting losses due to dead time, random counts, and physical decay until the injection time. Voxel count rates in the reconstructed images were converted to activity concentrations (% DI/g) by use of a measured system calibration factor. Three-dimensional region of interest (ROI) analysis of the reconstructed images was performed using ASIPro software (Concorde Microsystems, Nashville, Tenn.) to determine the mean, maximum, and standard deviation of probe uptake in tumors. Tumor to muscle activity concentration ratios were derived by dividing the image-derived % ID/g tumor values by the Y counter values of % ID/g muscle.

Mapeamento Nodal Usando Imagiologia por Fluorescência NIR e Mi- croscopia CombinadasNodal Mapping Using NIR Fluorescence Imaging and Microscopy Combined

[00239] Camundongos nude carregando tumores na pata traseira foram injetados por administração peritumoral nos 4 quadrantes, usando iguais volumes de uma amostra de 50 μl de cRGDY-PEG-dot e foram deixados para perambular livremente. Depois de um intervalo de 30 min a 1 horas, os camundongos foram anestesiados com uma mistura de 2% de isofluorine / 98% de oxigênio, e foi feita uma incisão de paramidlina superficial verticalmente ao longo do aspecto ventral do camundongo de modo a expor cirurgicamente a região da pata traseira até a axila ipsilateral ao tumor. Imagiologia ótica in situ de linfonodos locorregionais (isto é, inguinais, axilares) e linfáticos de drenagem (incluindo região axilar) foi realizada usando um microscópio de fluorescência macroscópica equipado com filtros de excitação NIR de 650 ± 20 nm e de emissão de passagem longa de 710 nm. Imagens óticas de corpo inteiro (Cambridge Research Instruments Maestro imager) foram adicionalmente adquiriras e deconvolvidas espectralmente con-forme reportado previamente. Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters 9, 442-8 (2009).[00239] Nude mice carrying tumors in the hind paw were injected by peritumoral administration in the 4 quadrants, using equal volumes of a 50 μl sample of cRGDY-PEG-dot and were allowed to roam freely. After an interval of 30 min to 1 hour, mice were anesthetized with a 2% isofluorine/98% oxygen mixture, and a superficial paramidline incision was made vertically along the ventral aspect of the mouse in order to surgically expose the region of the hind paw to the axilla ipsilateral to the tumor. In situ optical imaging of locoregional (i.e., inguinal, axillary) and draining lymph nodes (including axillary region) was performed using a macroscopic fluorescence microscope equipped with 650 ± 20 nm NIR excitation and long-pass emission filters. 710 nm. Whole-body optical images (Cambridge Research Instruments Maestro imager) were additionally acquired and spectrally deconvolved as previously reported. Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters 9, 442-8 (2009).

Análises EstatísticasStatistical Analysis

[00240] Análises estatísticas comparando grupos de camundongos com tumor recebendo sondas direcionadas / não direcionadas ou carregando tumores M21/M21L, foram realizadas usando um U teste de Mann-Whitney uni-caudado, com P<0,05 considerado estatisticamente significante. Para estudos da biodistribuição, os valores médios de % da DI/g tecidual-específica de 124I-cRGDY-PEG-(n = 7 camundongos) e 124I-PEG-nanopartículas (controle, n = 5 camundongos) foram comparados em cada ponto do tempo, com diferenças estatisticamente significantes nas atividades dos rastreadores observadas no sangue, no tumor, e em órgãos maiores em 4 e 96 horas pós injeção, bem como em 24 horas pós injeção para tumor e outros tecidos (Tabela 1). Para estudos de direcionamento para o tumor, diferenças em valores médios da % da DI/g entre camundongos com tumor M21 (n = 7) e M21L (n = 5), bem como camundongos recebendo sondas de controle (n = 5), foram consideradas como sendo máximas em 4 horas pós injeção (p = 0,0015 para ambos os controles), permanecendo significativamente elevados em 24 horas (p = 0,0015 e p = 0,004, respectivamente), 48 horas (p = 0,001 e p = 0,003, respectivamente), 72 horas (p = 0,015 e 0,005, respectivamente), e 96 horas (p = 0,005 para M21- M21L). As propoções de tumor para músculo para 124I-cRGDY-PEG- nanopartículas (n = 7) versus 124I-PEG-nanopartículas (n = 5) foram consideradas como sendo estatisticamente significantes em 24 horas pós injeção (p = 0,001) e 72 horas pós injeção (p = 0,006), mas não em 4 horas pós injeção (p = 0,35). A bondade dos valores de ajuste (R2), junto com seu p valores associados, foram determinadas para a curva de calibração urinária (R2 = 0,973, p = 0,01), bem como para a % da DI das curvas de excreção cumulativa urinária (R2>0,95, p = 0,047) e fecal (R2>0,995, p<0,002) usando análise de regressão não- linear (SigmaPlot, Systat, v. 11.0).[00240] Statistical analyzes comparing groups of tumor-bearing mice receiving targeted/non-targeted probes or carrying M21/M21L tumors were performed using a one-tailed Mann-Whitney U test, with P<0.05 considered statistically significant. For biodistribution studies, the mean values of % tissue-specific DI/g of 124I-cRGDY-PEG-(n = 7 mice) and 124I-PEG-nanoparticles (control, n = 5 mice) were compared at each time point. time, with statistically significant differences in tracer activities observed in blood, tumor, and larger organs at 4 and 96 hours post-injection, as well as at 24 hours post-injection for tumor and other tissues (Table 1). For tumor targeting studies, differences in mean % DI/g values between M21 (n = 7) and M21L (n = 5) tumor-bearing mice, as well as mice receiving control probes (n = 5), were considered to be maximum at 4 hours post injection (p = 0.0015 for both controls), remaining significantly elevated at 24 hours (p = 0.0015 and p = 0.004, respectively), 48 hours (p = 0.001 and p = 0.003, respectively), 72 hours (p = 0.015 and 0.005, respectively), and 96 hours (p = 0.005 for M21- M21L). The tumor to muscle ratios for 124I-cRGDY-PEG-nanoparticles (n = 7) versus 124I-PEG-nanoparticles (n = 5) were considered to be statistically significant at 24 hours post injection (p = 0.001) and 72 hours post injection (p = 0.006), but not at 4 hours post injection (p = 0.35). The goodness of fit values (R2), along with their associated p values, were determined for the urinary calibration curve (R2 = 0.973, p = 0.01) as well as for the % ID of the urinary cumulative excretion curves. (R2>0.95, p = 0.047) and fecal (R2>0.995, p<0.002) using non-linear regression analysis (SigmaPlot, Systat, v. 11.0).

ResultadosResults Esquema e Caracterização das NanopartículasScheme and Characterization of Nanoparticles

[00241] Nanopartículas de sílica de núcleo e concha encapsulando corante Cy5 (emissão máxima >650 nm), revestidas com cadeias de polietileno glicol (PEG) (PEG ~0,5 kDa) terminadas com metóxi, foram preparadas de acordo com protocolos previamente publicados. Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters, 9, 442-8 (2009). Ow, et al., Bright and stable core-shell fluorescent silica nanoparticles. Nano Lett. 5, 113-117 (2005). O revestimento de PEG neutro preveniu captação inespecífica pelo sistema retículo endotelial (opsonização). O uso de PEGs bifunci- onais permitiu a fixação de pequenos números (~6 a 7 por partícula) de ligantes de peptídeos cíclicos de arginina-glicina-ácido aspártico (cRGDY) de direcionamento de αvβ3 integrina para manter um pequeno tamanho hidrodinâmico facilitando o eficiente clearance renal. Ligantes de peptídeos foram adicionalmente marcados com 124I através do uso de um encadeador de tirosina para proporcionar um sinal o qual pode ser avaliado quantitativamente por imagens em três dimensões por PET (124I-cRGDY-PEG-dots, Figura 6A); uma importante vantagem prática de 124I de vida relativamente longa (meia-vida física: 4,2 dias) é que sinal suficiente persiste por bastante tempo para permitir radiodetecção até no mínimo vários dias pós administração, quando a atividade de fundo claredou em grande parte e é maximizado o contraste entre tumor para fundo. A pureca da nanopartícula direcionada radiomarcada foi >95% por cromatografia de radio camada fina. A estabilidade da nanopartícula direcionada não-radiomarcada é de cerca de 1 ano por medições por FCS. A partícula é excretada intacta na urina por análises por FCS. Conforme usado aqui, neste requerimento de patente, "dot" e "nanopartícula" são usados de modo intercambiável. Uma partícula revestida com PEG contendo um resíduo tirosina para marcação por 124I serviu como a sonda de controle (124I-PEG-dots). Purificação das amostras radiomarcadas por cromatografia de exclusão de tamanho (Figura 7) resultou em produções radioquímicas de >95%. Diâmetros hidrodinâmicos de ~7 nm de diâmetro interno (i.d.) foram medidos para cRGDY-PEG-dots e PEG-dots não-radioativos por espectroscopia de correlação da fluorescência (FCS) (Figuras 6B e 6C). O brilho relativo dos cRGDY-PEG-dots foi determinado, em média, como sendo 200% maior do que o do corante livre (Figura 6C), consistente com resultados anteriores. Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters, 9, 442-8 (2009). Larson, et al., Silica nanoparticle architecture determines radiative properties of encapsulated chromophores. Chem. Mater. 20, 2677-2684 (2008). Com base nestas propriedades fisico- químicas, nós previmos a obtenção de um equilíbrio favorável entre captação e retenção tumorais seletivas versus clearance renal da partícula direcionada, deste modo maximizando a localização para o tecido alvo ao mesmo tempo que minimizando a toxicidade para os tecidos normais e as doses de radiação.[00241] Core-shell silica nanoparticles encapsulating Cy5 dye (maximum emission >650 nm), coated with methoxy-terminated polyethylene glycol (PEG) chains (PEG ~0.5 kDa), were prepared according to previously published protocols . Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters, 9, 442-8 (2009). Ow, et al., Bright and stable core-shell fluorescent silica nanoparticles. Nano Lett. 5, 113-117 (2005). The neutral PEG coating prevented nonspecific uptake by the reticuloendothelial system (opsonization). The use of bifunctional PEGs allowed the attachment of small numbers (~6 to 7 per particle) of αvβ3 integrin-targeting cyclic arginine-glycine-aspartic acid (cRGDY) peptide ligands to maintain a small hydrodynamic size facilitating efficient renal clearance. Peptide ligands were additionally labeled with 124I through the use of a tyrosine linker to provide a signal which can be quantitatively evaluated by three-dimensional PET imaging (124I-cRGDY-PEG-dots, Figure 6A); An important practical advantage of relatively long-lived 124I (physical half-life: 4.2 days) is that sufficient signal persists long enough to permit radiodetection until at least several days post-administration, when background activity has largely cleared and tumor-to-background contrast is maximized. The purity of the radiolabeled targeted nanoparticle was >95% by radiothin layer chromatography. The stability of the non-radiolabeled targeted nanoparticle is about 1 year by FCS measurements. The particle is excreted intact in the urine by FCS analysis. As used herein in this patent application, "dot" and "nanoparticle" are used interchangeably. A PEG-coated particle containing a tyrosine residue for 124I labeling served as the control probe (124I-PEG-dots). Purification of the radiolabeled samples by size exclusion chromatography (Figure 7) resulted in radiochemical yields of >95%. Hydrodynamic diameters of ~7 nm inner diameter (i.d.) were measured for cRGDY-PEG-dots and non-radioactive PEG-dots by fluorescence correlation spectroscopy (FCS) (Figures 6B and 6C). The relative brightness of the cRGDY-PEG-dots was determined, on average, to be 200% greater than that of the free dye (Figure 6C), consistent with previous results. Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters, 9, 442-8 (2009). Larson, et al., Silica nanoparticle architecture determines radiative properties of encapsulated chromophores. Chem. Mater. 20, 2677-2684 (2008). Based on these physicochemical properties, we envision achieving a favorable balance between selective tumor uptake and retention versus renal clearance of the targeted particle, thereby maximizing localization to the target tissue while minimizing toxicity to normal tissues and radiation doses.

Estudos de Ligação de Receptores In VitroIn Vitro Receptor Binding Studies

[00242] De modo a examinar a afinidade de ligação e a especificidade in vitro de 124I-cRGDY-PEG-dots e 124I-PEGdots a superfícies en- doteliais vasculares e tumorais, foram usadas linhagens de células de melanoma superexpressando αvβ3 integrina (M21) e não expressando αvβ3 integrina (M21L) e de células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs). Ligação linear e saturável altamente específica dos cRGDY-PEG-dots foi observada sobre uma faixa de concentrações de partículas (0 a 8 ng/ml) e tempos de incubação (até 5 horas), com máxima ligação diferencial em 4 horas e ~2,0 ng/ml de concentração de partículas (dados não mostrados) usando citometria de fluxo. A especificidade de ligação de receptor de dots de 124I-cRGDY-PEG foi testada usando métodos de contagem de radiação Y depois de incubação inicial de células M21 com excesso de cRGD não-radiomarcado e em seguide adicionando várias concentrações da sonda direcionada radi- omarcada (Figura 8A). Análise de Scatchard dos dados de ligação produziu uma constante de equilíbrio de m dissociação, Kd, de 0,51 nM (Figura 8A, inserção) e concentração de receptor, Bmax, de 2,5 pM. Com base no valor da Bmax, a densidade do receptor de αvβ3 integrina foi estimada como sendo de 1,0x104 por célula M21, em razoável concordância com a estimativa previamente publicada de 5,6x104 para esta linhagem celular. Cressman, et al., Binding and uptake of RGD-containing ligands to cellular αvβ3 integrins. Int J Pept Res Ther. 15, 49-59 (2009). Aumentos incrementais na captação de células M21 integrina-específicas também foram observados sobre uma faixa de temperatura de 4 a 37° C., sugerindo que internalização celular mediada por receptor contribuiu para a captação total (dados não mostrados). Estudos adicionais de ligação competitiva usando a sonda direcionada mostraram completo bloqueio de ligação mediada por receptor com anticorpo anti-αvβ3 integrina (Figura 8B) por citometria de fluxo. Não foi vista redução significativa na magnitude de ligação de receptor (~10% de M21) com células M21L (Figura 8C) usando ou excesso de cRGDY ou anticorpo anti-αvβ3 integrina. Estes resultados foram con-firmados por estudos de contagem Y adicional, e uma concentração de inibição da ligação de 50%, IC50, de 1,2 nM foi determinada para o 124I-cRGDY-PEG-dot. Um fator de reforço multivalente associado de mais do que 2,0 foi encontrado para o cRGDY-PEG-dot em relação ao peptídeo cRGD monomérico usando um teste anti-adesão e células M21 (dados não mostrados). Montet, et al., Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 6087-6093 (2006). Li, et al., 64Cu-labeled tetrameric and octomeric RGD peptides for small-animal PET of tumor αvβ3 integrin expression. J. Nucl Med. 48, 1162-1171 (2007). De modo similar a células M21, excesso de anticorpo bloqueou de modo eficaz a ligação de receptor de cRGDY- PEG-dot a células HUVEC por citometria de fluxo (Figura 8D).[00242] In order to examine the binding affinity and in vitro specificity of 124I-cRGDY-PEG-dots and 124I-PEGdots to vascular and tumor endothelial surfaces, melanoma cell lines overexpressing αvβ3 integrin (M21) were used and non-expressing αvβ3 integrin (M21L) and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Highly specific linear and saturable binding of the cRGDY-PEG-dots was observed over a range of particle concentrations (0 to 8 ng/ml) and incubation times (up to 5 hours), with maximum differential binding at 4 hours and ~2. 0 ng/ml particle concentration (data not shown) using flow cytometry. The receptor binding specificity of 124I-cRGDY-PEG dots was tested using Y-radiation counting methods after initially incubating M21 cells with excess non-radiolabeled cRGD and then adding various concentrations of the radiolabeled targeted probe ( Figure 8A). Scatchard analysis of the binding data yielded an equilibrium dissociation constant, Kd, of 0.51 nM (Figure 8A, inset) and receptor concentration, Bmax, of 2.5 pM. Based on the Bmax value, the αvβ3 integrin receptor density was estimated to be 1.0x104 per M21 cell, in reasonable agreement with the previously published estimate of 5.6x104 for this cell line. Cressman, et al., Binding and uptake of RGD-containing ligands to cellular αvβ3 integrins. Int J Pept Res Ther. 15, 49-59 (2009). Incremental increases in integrin-specific M21 cell uptake were also observed over a temperature range of 4 to 37°C, suggesting that receptor-mediated cellular internalization contributed to total uptake (data not shown). Additional competitive binding studies using the targeted probe showed complete blockage of receptor-mediated binding with anti-αvβ3 integrin antibody (Figure 8B) by flow cytometry. No significant reduction in the magnitude of receptor binding (~10% of M21) was seen with M21L cells (Figure 8C) using either excess cRGDY or anti-αvβ3 integrin antibody. These results were confirmed by additional Y-counting studies, and a 50% binding inhibition concentration, IC50, of 1.2 nM was determined for 124I-cRGDY-PEG-dot. An associated multivalent enhancement factor of more than 2.0 was found for cRGDY-PEG-dot relative to the monomeric cRGD peptide using an anti-adhesion assay and M21 cells (data not shown). Montet, et al., Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 6087-6093 (2006). Li, et al., 64Cu-labeled tetrameric and octomeric RGD peptides for small-animal PET of tumor αvβ3 integrin expression. J. Nucl Med. 48, 1162-1171 (2007). Similar to M21 cells, excess antibody effectively blocked cRGDY-PEG-dot receptor binding to HUVEC cells by flow cytometry (Figure 8D).

Estudos da Biodistribuição e do ClearanceBiodistribution and Clearance Studies

[00243] A biodistribuição dependente do tempo, bem como o clearance renal e hepatobiliar foram avaliados por administração por via intravenosa de doses de rastreadores (~0,2 nanomoles) de 124I- cRGDY-PEGdots e 124I-PEG-dots a modelos de camundongo de xeno- enxerto de tumor M21 (Figura 9). Embora as concentrações de atividade tecidual (percentagem da dose injetada por grama (% da DI/g)) para a sonda direcionada tivessem sido medidas durante um intervalo de tempo de 196 horas pós injeção (p.i.), a comparação dos rastreado- res de 124I-cRGDY-PEGdot (Figura 9A) e 124I-PEG-dot (Figura 9B) foi restrita a uma janela de 96 horas, uma vez que os dados para o último não foram adquiridos na semana 1. Diferenças estatisticamente signi- ficantes (p<0,05) nas atividades dos rastreadores foram observadas para o sangue, o tumor, e os órgãos maiores em 4 e 96 horas pós injeção, bem como em 24 horas pós injeção para o tumor e vários outros tecidos (Tabela 1). A sonda direcionada foi quase inteiramente eliminada da carcaça em 1 semana pós injeção (~3% da DI). As meias vidas de permanência (TI/2) para o sangue, o tumor, e os órgãos maio-res para estes rastreadores são mostradas na Tabela 2 (colunas 2 e 5). Uma série de dados representativos (permanência no sangue) é mostrada na inserção da Figura 9A. Um valor da T1/2 no sangue relativamente longo de 7,3 ± 1,2 horas foi determinado para o 124I-PEG-dot. Depois de fixação do peptídeo cRGDY para sintetizar o 124I-cRGDY- PEG-dot, o valor da T1/2 diminui ligeiramente para 5,6 ± 0,15 horas, porém foi acompanhado por maior biodisponibilidade da sonda (Tabela 2, coluna 3). O valor da T1/2 do tumor para o 124I-cRGDY-PEG-dot foi considerado como sendo cerca de 13 vezes maior do que o para o sangue, versus somente uma diferença de 5 vezes para o 124I-PEG-dot (Tabela 2, colunas 2 e 5).TABELA 1p-valores de estudo de biodistribuição comparando 124I-cRGDY-PEG- e 124I-PEG-dots. T TABELA 2 [00243] Time-dependent biodistribution as well as renal and hepatobiliary clearance were evaluated by intravenously administering tracer doses (~0.2 nanomoles) of 124I-cRGDY-PEGdots and 124I-PEG-dots to mouse models of M21 tumor xenograft (Figure 9). Although tissue activity concentrations (percentage of injected dose per gram (% DI/g)) for the targeted probe were measured over a time interval of 196 hours post injection (pi), comparison of the 124I tracers -cRGDY-PEGdot (Figure 9A) and 124I-PEG-dot (Figure 9B) were restricted to a 96-hour window, as data for the latter were not acquired in week 1. Statistically significant differences (p< 0.05) in tracer activities were observed for blood, tumor, and major organs at 4 and 96 hours post-injection, as well as at 24 hours post-injection for tumor and several other tissues (Table 1). The targeted probe was almost entirely eliminated from the carcass within 1 week post injection (~3% of DI). The dwell half-lives (TI/2) for blood, tumor, and major organs for these tracers are shown in Table 2 (columns 2 and 5). A representative data set (blood retention) is shown in the inset of Figure 9A. A relatively long blood T1/2 value of 7.3 ± 1.2 hours was determined for 124I-PEG-dot. After fixation of the cRGDY peptide to synthesize 124I-cRGDY-PEG-dot, the T1/2 value decreased slightly to 5.6 ± 0.15 hours, but was accompanied by greater bioavailability of the probe (Table 2, column 3) . The tumor T1/2 value for 124I-cRGDY-PEG-dot was found to be about 13 times higher than that for blood, versus only a 5-fold difference for 124I-PEG-dot (Table 2 , columns 2 and 5).TABLE 1p-values from biodistribution study comparing 124I-cRGDY-PEG- and 124I-PEG-dots. T TABLE 2

[00244] Por apropriada translação ajustada pela massa dos dados de biodistribuição precedentes para o homem, as doses de radiação dos órgãos normais humanos foram derivadas e foram consideradas comparáveis às de outros radiotraçadores diagnósticos comumente usados (Tabela 2, colunas 8 e 9). Junto com a descoberta de que a sonda direcionada não foi tóxica e não resultou em efeitos patológicos tecido-específicos (isto é, nenhuma toxicidade aguda) (Figura 10 e Ta-bela 3), são planejadas aplicações de imagiologia molecular direcionada e não direcionada pela primeira vez no homem com estes agentes. TABELA 3 N: normal, U: Não disponíveis, NP: não presente, 1: mínima, 2: branda F: focal, MF: multifocal[00244] By appropriate mass-adjusted translation of the preceding biodistribution data for man, radiation doses of normal human organs were derived and were found to be comparable to those of other commonly used diagnostic radiotracers (Table 2, columns 8 and 9). Along with the discovery that the targeted probe was non-toxic and did not result in tissue-specific pathological effects (i.e., no acute toxicity) (Figure 10 and Table 3), applications of targeted and non-targeted molecular imaging are planned. first time in man with these agents. TABLE 3 N: normal, U: Not available, NP: not present, 1: minimal, 2: mild F: focal, MF: multifocal

[00245] Em outro estudo para confirmar que os pontos de 127I-RGD- PEG são não tóxicos depois de administração intravenosa em camundongos, foi realizado teste de toxicidade de dose única formal durante o curso de 2 semanas usando pontos de 127I-RGD-PEG (127I-RGD- PEG dots) em cerca de 100 vezes da dose humana equivalente. Os pontos de 127I-PEG (127I-PEG dots) serviram como a partícula de controle. Em resumo, o procedimento foi como se segue. Vinte e oito camundongos B6D2F1 de 8 semanas de idade foram usados no estudo de toxicidade aguda e foram divididos em um grupo de tratamento e um grupo de controle. O grupo de tratamento (n=6 machos + 6 fêmeas) recebeu uma dose de nanopartículas de sílica RGD 127I- PEGquiladas em uma dose de 1x10-9 moles/ camundongo por via intravenosa, e o grupo de controle (n=6 machos + 6 fêmeas) recebeu a mesma quantidade de veículo. Dois camundongos / grupo (um macho e uma fêmea / grupo) foram sacrificados no dia 7 pós dose e foram realizadas na autópsia química clínica, hematologia e histopatologia tecidual específica. Todos os animais remanescentes (n=5 machos + 5 fêmeas / grupo) foram observados por 14 dias depos do tratamento. Quatro camundongos não tratados (dois machos e duas fêmeas) foram usados como referência. A conclusão dos estudos foi que não fo ram observados eventos adversos durante dosagem ou durante o período de observação de 14 dias. Não foi observada mortalidade ou morbidez. As observações clínicas incluíram a ausência dos seguintes: anemia, perda de peso, agitação, aumento da respiração, distúrbio gastro intestinal, comportamento anormal, disfunção neurológica, anormalidades na hematologia, anormalidades nas químicas clínicas, ou lesões relacionadas com o fármaco em termos de patologia dos órgãos. Portanto, umaúynica injeção de nanopartículas de sílica RGD 127I-PEGuiladas e 1xio—9 moles/ camundongo, uma dose equivalente a um excesso de 100 vezes a dose de nanopartículas de sílica RGD PEGuiladas requeridas para estudos de imagiologia de Fase 0, é segura e não tóxica em camundongos B6D2F1.[00245] In another study to confirm that 127I-RGD-PEG dots are non-toxic after intravenous administration in mice, formal single dose toxicity testing was performed over the course of 2 weeks using 127I-RGD-PEG dots. (127I-RGD-PEG dots) at about 100 times the equivalent human dose. 127I-PEG dots served as the control particle. In summary, the procedure was as follows. Twenty-eight 8-week-old B6D2F1 mice were used in the acute toxicity study and were divided into a treatment group and a control group. The treatment group (n=6 males + 6 females) received a dose of RGD 127I-PEGkylated silica nanoparticles at a dose of 1x10-9 moles/mouse intravenously, and the control group (n=6 males + 6 females) received the same amount of vehicle. Two mice/group (one male and one female/group) were sacrificed on day 7 post dose and clinical chemical autopsy, hematology and tissue specific histopathology were performed. All remaining animals (n=5 males + 5 females/group) were observed for 14 days after treatment. Four untreated mice (two males and two females) were used as references. The conclusion of the studies was that no adverse events were observed during dosing or during the 14-day observation period. No mortality or morbidity was observed. Clinical observations included the absence of the following: anemia, weight loss, agitation, increased breathing, gastrointestinal disturbance, abnormal behavior, neurological dysfunction, hematology abnormalities, clinical chemistry abnormalities, or drug-related lesions in terms of pathology. of the bodies. Therefore, a single injection of 1x127I-PEGylated RGD silica nanoparticles and 1x9 moles/mouse, a dose equivalent to a 100-fold excess of the dose of PEGylated RGD silica nanoparticles required for Phase 0 imaging studies, is safe and not toxic in B6D2F1 mice.

[00246] Foi encontrada eficiente excreção renal para as sondas di-recionadas e não direcionadas de ~7 nm de diâmetro durante um período de tempo de 168 horas por análises fluorométricas de amostras de urina. Os sinais de fluorescência foram corrigidos pelo fundo e convertidos para concentrações de partículas (% da DI/μl) com base em um esquema de calibração da diluição serial (Figura 9C, inserção; Tabela 4, coluna 2). Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters, 9, 442-8 (2009). Os valores da concentração, junto com estimativas conservadoras dependentes da idade da taxa de excreção urinária média, permitiram que fosse computada a % da DI excretada cumulativa (Tabela 4, coluna 4). Drickamer, Rates of urine excretion by house mouse (mus domesticus): differences by age, sex, social status, and reproductive condition. J. Chem. Ecol. 21, 1481-1493 (1995). Observou-se que quase metade da dose injetada (cerca de 43% da DI) foi excretada durante as primeiras 24 horas pós injeção e ~72% da DI por volta de 96 horas, Figura 9C), sugerindo que a maior parte da excreção tinha ocorrido no primeiro dia pós injeção. Não pôde ser detectada fluorescência de partícula significativa na urina 168 horas pós injeção Os perfis de excreção fecal do 124I-cRGDY-PEG-dot indicaram que, em média, 7% da DI e 15% da DI da dose injetada foi eliminado durante 24 e 96 horas, respectivamente (Figura 9D). Análise por FCS de amostras de urina obtidas em múltiplos pontos do tempo depois de injeção da sonda direcionada revelaram que a partícula foi excretada intacta e sem libe-ração do corante encapsulado (dados não mostrados).TABELA 4Concentração Urinária e Dados de Excreção Cumulativa [00246] Efficient renal excretion was found for targeted and non-targeted probes of ~7 nm in diameter over a time period of 168 hours by fluorometric analyzes of urine samples. Fluorescence signals were background corrected and converted to particle concentrations (% DI/μl) based on a serial dilution calibration scheme (Figure 9C, inset; Table 4, column 2). Burns, et al., Fluorescent Silica Nanoparticles with Efficient Urinary Excretion for Nanomedicine, Nano Letters, 9, 442-8 (2009). The concentration values, together with conservative age-dependent estimates of the mean urinary excretion rate, allowed the cumulative % DI excreted to be computed (Table 4, column 4). Drickamer, Rates of urine excretion by house mouse (mus domesticus): differences by age, sex, social status, and reproductive condition. J. Chem. Ecol. 21, 1481-1493 (1995). It was observed that almost half of the injected dose (about 43% of the DI) was excreted during the first 24 hours post injection and ~72% of the DI by around 96 hours, Figure 9C), suggesting that the majority of the excretion had occurred on the first day after injection. No significant particle fluorescence could be detected in urine 168 hours post injection. Fecal excretion profiles of 124I-cRGDY-PEG-dot indicated that, on average, 7% of the DI and 15% of the DI of the injected dose was eliminated during 24 and 96 hours, respectively (Figure 9D). FCS analysis of urine samples obtained at multiple time points after injection of the targeted probe revealed that the particle was excreted intact and without release of the encapsulated dye (data not shown). TABLE 4Urinary Concentration and Cumulative Excretion Data

Estudos por PET de Corpo Inteiro SerialSerial Whole Body PET Studies

[00247] Imagiologia por PET scan da expressão de integrina em modelos de camundongo de xenoenxerto subcutâneo de M21 e M21L na pata traseira foi realizada em múltiplos pontos do tempo pós injeção depois de injeção i.v. de 124I-cRGDY-PEG-dots ou 124I-PEG-dots (controle). Imagens por microPET coronal de corpo inteiro representativas em 4 horas (esquerda: tumor de M21; meio: tumor de M21L) e 24 horas (direita: tumor de M21) pós injeção são mostradas na Figura 11A. O direcionamento específico do tumor M21 superexpressando αvβ3 integrina é claramente visível a partir destas imagens. A % da DI/g tumoral média e os desvios padrão são mostrados para grupos de tumores de M21 (n = 7) e de M21L (controle) (n = 5) recebendo os 124I- cRGDY-PEG-dots direcionados, bem como para camundongos com tumor de M21 (n = 5) recebendo rastreador de 124I-PEG-dot não- direcionado (Figura 11B). No momento da máxima captação tumoral (~4 horas pós injeção), foram vistos aumentos de três vezes na con-centração de atividade (em % da DI/g) nos tumores de M21 em relação aos controles. As diferenças foram estatisticamente significantes em todos os pontos do tempo pós injeção (p<0,05) com exceção de em 1 hora (p = 0,27).[00247] PET scan imaging of integrin expression in M21 and M21L hindpaw subcutaneous xenograft mouse models was performed at multiple post-injection time points following i.v. injection of 124I-cRGDY-PEG-dots or 124I-PEG -dots (control). Representative full-body coronal microPET images at 4 hours (left: M21 tumor; middle: M21L tumor) and 24 hours (right: M21 tumor) post injection are shown in Figure 11A. The specific targeting of the M21 tumor overexpressing αvβ3 integrin is clearly visible from these images. Mean % tumor DI/g and standard deviations are shown for groups of M21 (n = 7) and M21L (control) tumors (n = 5) receiving the targeted 124I-cRGDY-PEG-dots, as well as for M21 tumor-bearing mice (n = 5) receiving non-targeted 124I-PEG-dot tracer (Figure 11B). At the time of maximum tumor uptake (~4 hours post injection), three-fold increases in activity concentration (in % DI/g) were seen in M21 tumors in relation to controls. The differences were statistically significant at all post-injection time points (p<0.05) with the exception of 1 hour (p = 0.27).

[00248] As proporções de captação (% da DI/g) tumoral para muscular derivadas por imagem para os 124I-cRGDY-PEG-dots revelaram aumento do contraste tumoral nas horas posteriores (~24 a 72 horas pós injeção), ao passo que para 124I-PEG-dots declinaram (Figura 11C). Este achado sugeriu que 124I-cRGDY-PEG-dots foram, de fato, tumor- seletivos, o que se torna mais evidente à medida que a atividade no sangue foi clareada durante o período de 24 horas inicial (comparar a Figura 11C com inserção da Figura 9A). Uma correlação estatisticamente significante foi encontrada entre os valores da % da DI/g tecidual de tumores derivados por PET tanto para 124I-cRGDY-PEG-dots quanto para 124I-PEG-dots, e os valores da % da DI/g do tumor contado por radiação Y ex vivo correspondente (coeficiente de correlação r=0,94, P<0,0016; Figura 11D), confirmando a precisção de PET para dados de biodistribuição quantitativa derivados não-invasivamente.[00248] Imaging-derived tumor-to-muscle uptake ratios (% DI/g) for the 124I-cRGDY-PEG-dots revealed increased tumor contrast in the later hours (~24 to 72 hours post injection), whereas for 124I-PEG-dots declined (Figure 11C). This finding suggested that 124I-cRGDY-PEG-dots were, in fact, tumor-selective, which became more evident as activity in the blood cleared during the initial 24-hour period (compare Figure 11C with inset of Figure 9A). A statistically significant correlation was found between the values of % ID/g tissue of tumors derived by PET for both 124I-cRGDY-PEG-dots and 124I-PEG-dots, and the values of % ID/g of tumor counted by corresponding ex vivo Y radiation (correlation coefficient r=0.94, P<0.0016; Figure 11D), confirming the accuracy of PET for non-invasively derived quantitative biodistribution data.

Imagiologia por Fluorescência Próxima ao Infravermelho In Vivo e Mi- croscopiaIn Vivo Near-Infrared Fluorescence Imaging and Microscopy

[00249] Nós realizamos estudos de imagiologia in vivo por fluorescência usando nossas nanopartículas pequenas direcionadas para mapeamento dos linfonodos locais / regionais e dos canais linfáticos, deste modo superando a limitação precedente. De modo importante, a natureza multimodal e o pequeno tamanho de nossa sonda de partículas direcionadas podem ser explorados para visualizar uma faixa de tamanhos nodais e de ramificações linfáticas em nosso modelo de me- lanoma depois de administração peritumoral em 4 quadrantes, simulando procedimentos de mapeamento de linfonodo sentinela humano intraoperatório. Inicialmente, microscopia por fluorescência próxima ao infravermelho serial foi realizada em camundongos intactos durante um período de tempo de 4 horas usando ou as sondas de partículas direcionadas ou não-direcionadas. Administração peritumoral da sonda direcionada revelou drenagem para dentro e persistente visualização de linfonodos adjacentes inguinais e popliteais durante este intervalo, com linfonodos e linfáticos menores e/ou mais distantes mais difíceis de visualizar. Em contraste, a sonda não direcionada produziu visualização de termo mais curto (~1 hora) de linfonodos locais com sinal de fluorescência progressivamente mais fraco observado (dados não mostrados). Depois de exposição cirúrgica, esta observação foi consi-derada como sendo o resultado de difusão de partículas mais rápida do sítio tumoral, em comparação com a prolongada retenção observada com a sonda direcionada.[00249] We perform in vivo fluorescence imaging studies using our targeted small nanoparticles for mapping local/regional lymph nodes and lymphatic channels, thereby overcoming the foregoing limitation. Importantly, the multimodal nature and small size of our targeted particle probe can be exploited to visualize a range of nodal and lymphatic branch sizes in our melanoma model after 4-quadrant peritumoral administration by simulating mapping procedures. of intraoperative human sentinel lymph node. Initially, serial near-infrared fluorescence microscopy was performed on intact mice over a 4-hour time period using either the targeted or non-targeted particle probes. Peritumoral administration of the targeted probe revealed inward drainage and persistent visualization of adjacent inguinal and popliteal lymph nodes during this interval, with smaller and/or more distant lymph nodes and lymphatics more difficult to visualize. In contrast, the untargeted probe produced shorter term (~1 hour) visualization of local lymph nodes with progressively weaker fluorescence signal observed (data not shown). After surgical exposure, this observation was considered to be the result of faster particle diffusion from the tumor site, compared to the prolonged retention observed with the targeted probe.

[00250] Em seguida nós realizamos mapeamento de linfonodo re-presentativo sobre múltiplas escalas espaciais usando imagiologia ótica de corpo inteiro em animal vivo (Figura 12A) e técnicas de microscopia por fluorescência próxima ao infravermelho (Figura 12B) para visualizar a drenagem linfática a partir da região peritumoral para os linfonodos inguinais e axilares em animais vivos cirurgicamente expostos. Além disso, imagens de fluorescência de maior resolução (Figura 12B, seta inferior) permitiram que fosse visualizada a arquitetura intra- nodal com mais detalhes, incluindo vênulas endoteliais altas, as quais facilitam a passagem de linfócitos naive circulantes para dentro do linfonodo, e as quais podem ter importantes implicações para o estagia- mento nodal e a capacidade para detectar micrometástases em estágios de doença anteriores. Também foram visualizadas ramificações linfáticas menores, e menos intensas por microscopia por fluorescên- cia na região axilar (dados não mostrados). Portanto, o pequeno tamanho da sonda direcionada não somente permite que seja visualizada a primeira drenagem (ou linfonodo sentinela), proximal ao tumor, mas também permite a visualização de linfonodos mais distantes e que seja visualizado o padrão de drenagem linfática.[00250] We next performed representative lymph node mapping over multiple spatial scales using live animal whole-body optical imaging (Figure 12A) and near-infrared fluorescence microscopy techniques (Figure 12B) to visualize lymphatic drainage from from the peritumoral region to the inguinal and axillary lymph nodes in surgically exposed live animals. Furthermore, higher resolution fluorescence images (Figure 12B, lower arrow) allowed us to visualize the intra-nodal architecture in more detail, including high endothelial venules, which facilitate the passage of circulating naïve lymphocytes into the lymph node, and the which may have important implications for nodal staging and the ability to detect micrometastases at earlier disease stages. Smaller, less intense lymphatic branches were also visualized by fluorescence microscopy in the axillary region (data not shown). Therefore, the small size of the targeted probe not only allows the first drainage (or sentinel lymph node), proximal to the tumor, to be visualized, but also allows more distant lymph nodes to be visualized and the lymphatic drainage pattern to be visualized.

DiscussãoDiscussion

[00251] Nós reportamos sobre nanopartículas de sílica não tóxicas, de alta afinidade, e clareadas de modo eficaz para direcionamento tumor-seletivo e nodal tumor-seletivo mapeamento, tendo tratado com sucesso uma série de desafios atuais associados com outras tecnologias de partícula. Esta é a primeira nanopartícula direcionada que, com base em suas propriedades favoráveis, pode-se dizer que é tra- duível clinicamente como uma sonda ótica-PET combinada. A natureza complementar desta sonda multimodal, acoplada com seu pequeno tamanho (~7 nm de diâmetro), pode facilitar a avaliação clínica permi-tindo a integração sem emenda de dados de imagiologia adquiridos em diferentes escalas espaciais, temporais, e de sensibilidade, poten-cialmente proporcionando novos insights nos processos moleculares fundamentais que governam a biologia tumoral.[00251] We report on non-toxic, high-affinity, and effectively cleared silica nanoparticles for tumor-selective targeting and tumor-selective nodal mapping, having successfully addressed a number of current challenges associated with other particle technologies. This is the first targeted nanoparticle that, based on its favorable properties, can be said to be clinically translatable as a combined optical-PET probe. The complementary nature of this multimodal probe, coupled with its small size (~7 nm in diameter), can facilitate clinical assessment by enabling the seamless integration of imaging data acquired at different spatial, temporal, and sensitivity scales, potentially cially providing new insights into the fundamental molecular processes that govern tumor biology.

[00252] Nossos resultados in vitro mostram especificidade de ligação de receptor das sondas de partículas de ~7 nm direcionadas para células M21 e HUVEC. Achados similares foram reportadas com testes de ligação de receptor usando os mesmos tipos de céluals, mas com a forma monovalente do peptídeo. Cressman, et al., Binding and uptake of RGD-containing ligands to cellular αvβ3 integrins. Int J Pept Res Ther. 15, 49-59 (2009). De modo importante, o reforço multivalên- cia da sonda de partícula ligada a cRGDY, junto com os valores da T1/2 de duração da permanência no sangue e tumoral estendidos, são propriedades chave associadas com a plataforma de partículas que não são encontradas com a forma monovalente do peptídeo.[00252] Our in vitro results show receptor binding specificity of the ~7 nm particle probes targeted to M21 and HUVEC cells. Similar findings have been reported with receptor binding assays using the same cell types, but with the monovalent form of the peptide. Cressman, et al., Binding and uptake of RGD-containing ligands to cellular αvβ3 integrins. Int J Pept Res Ther. 15, 49-59 (2009). Importantly, the multivalence enhancement of the cRGDY-linked particle probe, along with extended blood and tumor T1/2 values, are key properties associated with the particle platform that are not found with the monovalent form of the peptide.

[00253] O valor da T1/2 no sangue relativamente longo de 7,3 ± 1,2 horas estimado para o rastreador de 124I-PEG-dot pode estar relacionado com a superfície revestida com PEG quimicamente neutra, tornando a sonda biologicamente inerte e significativamente menos suscetível a fagocitose pelo sistema retículo endotelial. Foi visto que uma redução semelhante nos valores da T1/2 até 5,6 ± 0,15 horas encontrada para o rastreador de 124I-cRGDY-PEG-dot é mais provavelmente o resultado do reconhecimento por integrinas alvo e/ou atividade de ma- crófagos mais ativos. No entanto, é substancialmente mais longa do que os valores da T1/2 no sangue publicados dos rastreadores de peptídeos cRGDY existentes (~13 minutos), e resulta em maior biodispo- nibilidade da sonda, facilitando o direcionamento tumoral e produzindo maiores captações tumorais durante períodos de tempo mais longos. Montet, et al., Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 6087-6093 (2006). Além disso, o valor da T1/2 tumoral para o 124I-cRGDY-PEG-dot foi cerca de 13 vezes maior do que o para o sangue, versus somente uma diferença de cinco vezes para o 124I-PEG-dot, sugerindo localização no tecido alvo substancialmente maior do primeiro do que do último. As referidas interpretações mecanísticas dos dados in vivo podem ser exploradas de modo a refinar o diagnóstico clínico, o planejamento do tratamento, e os protocolos de monitoramento do tratamento.[00253] The relatively long blood T1/2 value of 7.3 ± 1.2 hours estimated for the 124I-PEG-dot tracer may be related to the chemically neutral PEG-coated surface, making the probe biologically inert and significantly less susceptible to phagocytosis by the reticuloendothelial system. It has been seen that a similar reduction in T1/2 values up to 5.6 ± 0.15 hours found for the 124I-cRGDY-PEG-dot tracer is most likely the result of recognition by target integrins and/or ma- more active crophages. However, it is substantially longer than published blood T1/2 values of existing cRGDY peptide tracers (~13 minutes), and results in greater probe bioavailability, facilitating tumor targeting and producing higher tumor uptakes during longer periods of time. Montet, et al., Multivalent effects of RGD peptides obtained by nanoparticle display. J Med Chem. 49, 6087-6093 (2006). Furthermore, the tumor T1/2 value for 124I-cRGDY-PEG-dot was about 13 times higher than that for blood, versus only a five-fold difference for 124I-PEG-dot, suggesting localization in the substantially larger target tissue of the former than of the latter. Said mechanistic interpretations of in vivo data can be explored in order to refine clinical diagnosis, treatment planning, and treatment monitoring protocols.

[00254] Os resultados deste estudo salientam as claras vantagens de corte oferecidas por PET, uma ferramenta de imagiologia poderosa, quantitativa, e altamente sensível para extrair informação molecular de modo não invasivo relacionada com os níveis de expressão de recep-tores, com a afinidade de ligação, e com a especificidade. A maior acumulação e o clearance mais lento dos tumores de M21, em relação às estruturas normais em torno, permite a discriminação de mecanismos de captação tumoral específicos de mecanismos inespecíficos (isto é, perfusão tecidual, vazamento) em tecidos normais. Um pequeno componente de captação do tumor M21, no entanto, presumivelmente pode ser atribuído às alterações da permeabilidade vascular (isto é, aumento da permeabilidade e efeitos de retenção). Seymour, Passive tumor targeting of soluble macromolecules and drug conjugates. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 9, 135-187 (1992). Este modo de captação inespecífico reflete uma porção relativamente pequena da captação tumoral total em pontos do tempo pós injeção iniciais com base nos aumentos da % da DI/g observados em camundongos recebendo o rastreador de controle (124I-PEG-dots, Figura 11B). Em 1 horas pós injeção, não foram vistos aumentos significantivos da % da DI/g nos tumores de M21 em relação aos controles. Esta observação pode refletir os efeitos de perfusão diferencial na primeira hora, com acumulação e retençãois tumoral essencialmente vistas em tempos pós injeção posteriores (isto é, 24 horas). Adicionalmente, em comparação com o rastreador de peptídeo clinicamente aprovado, 18F- galacto RGD, foi visto quase duas vezes mais captação em tumores de M21 para os 124I-cRGDY-PEG-dots34, enquanto adicionalmente oferecendo vantagens de ligação multivalente, tempos de circulação sanguínea prolongados, e maios clearance renal.[00254] The results of this study highlight the clear advantages offered by PET, a powerful, quantitative, and highly sensitive imaging tool for non-invasively extracting molecular information related to receptor expression levels, affinity binding, and specificity. The greater accumulation and slower clearance of M21 tumors, relative to surrounding normal structures, allows discrimination of specific tumor uptake mechanisms from nonspecific mechanisms (i.e., tissue perfusion, leakage) in normal tissues. A small component of M21 tumor uptake, however, can presumably be attributed to changes in vascular permeability (i.e., increased permeability and retention effects). Seymour, Passive tumor targeting of soluble macromolecules and drug conjugates. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 9, 135-187 (1992). This nonspecific mode of uptake reflects a relatively small portion of the total tumor uptake at early post-injection time points based on the %DI/g increases observed in mice receiving the control tracer (124I-PEG-dots, Figure 11B). At 1 hour post injection, no significant increases in % DI/g were seen in M21 tumors in relation to controls. This observation may reflect differential perfusion effects in the first hour, with tumor accumulation and retention essentially seen at later post-injection times (i.e., 24 hours). Additionally, compared to the clinically approved peptide tracer, 18F-galacto RGD, almost twice as much uptake in M21 tumors was seen for 124I-cRGDY-PEG-dots34, while additionally offering advantages of multivalent binding, blood circulation times prolonged periods, and greater renal clearance.

[00255] Uma vantagem de uma sonda ótica-PET combinada é a capacidade para avaliar estruturas anatômicas tendo tamanhos em ou bem abaixo do limite de resolução do PET scanner (isto é, o chamado efeito de volume parcial), o qual pode comprometer a detecção e a quantificação da atividade em lesões. Por exemplo, em modelos de animais pequenos, a avaliação de doença metastática em pequenos linfonodos locais / regionais, importante clinicamente para o estagia-mento e o tratamento do melanoma, pode não ser resolvida adequa-damente por imagiologia por PET scan, dado que o tamanho dos linfo-nodos observados são tipicamente da ordem de resolução espacial do sistema (1 a 2 mm). Utilizando uma segunda modalidade de imagiologia complementar e sensível, imagiologia por fluorescência próxima ao infra-vermelho (NIR), podem ser obtidos mapas funcionais revelando doença nodal e padrões de drenagem linfática. Ballou, et al., Sentinel lymph node imaging using quantum dots in mice tumor models. Bioconjugate Chem. 18, 389-396 (2007). Apesar de estudos adicionais investigando a distribuição de fluorescência de cRGDY-PEG-dot intra- nodal em relação a focos metastáticos sejam necessários de modo a determinar se pode ser obtida localização sensível de semelhantes focos, estes resultados claramente demonstram as vantagens de se trabalhar com uma sonda ótica-PET combinada semelhante.[00255] An advantage of a combined optical-PET probe is the ability to evaluate anatomical structures having sizes at or well below the resolution limit of the PET scanner (i.e., the so-called partial volume effect), which may compromise detection. and the quantification of activity in lesions. For example, in small animal models, assessment of metastatic disease in small local/regional lymph nodes, important clinically for staging and treatment of melanoma, may not be adequately resolved by PET scan imaging, given that the Sizes of observed lymph nodes are typically on the order of the spatial resolution of the system (1 to 2 mm). Using a second complementary and sensitive imaging modality, near-infrared (NIR) fluorescence imaging, functional maps revealing nodal disease and lymphatic drainage patterns can be obtained. Ballou, et al., Sentinel lymph node imaging using quantum dots in mice tumor models. Bioconjugate Chem. 18, 389-396 (2007). Although additional studies investigating the distribution of intra-nodal cRGDY-PEG-dot fluorescence in relation to metastatic foci are needed in order to determine whether sensitive localization of similar foci can be achieved, these results clearly demonstrate the advantages of working with a similar combined optical-PET probe.

[00256] Na clínica, os benefícios de uma plataforma combinada semelhante para o estagiamento e o tratamento tumorais não podem ser exagerados. O prolongado tempo de circulação sanguínea e a bio- disponibilidade resultante desta nano-sonda salienta seu uso como uma ferramenta versátil tanto para monitoramento precoce quanto de longo termo dos vários estágios do manejo da doença (diagnóstico por triagem, avaliação pré-tratamento, intervenção terapêutica, e monitoramento pós-tratamento) sem restrições impostas por considerações de toxicidade. Uma importante vantagem adicional é que enquanto sondas rapidamente clareadas podem ser úteis para determinadas aplicações onde a própria localização do tecido é rápida, a localização de muitos agentes frequentemente é mal vascularizada e de outro modo tumores sólidos relativamente inacessíveis provavelmente serão lentos depois de administração sistêmica. Portanto, a presente plataforma de nanopartículas expande a gama de aplicações dos agentes referidos, uma vez que a cinética da localização do tecido alvo não é mais limitante. Além do mais, linfonodos profundos podem ser mapeados por PET em termos de sua distribuição e de seu número ao passo que a localização mais precisa e detalhada de linfonodos superficiais pode ser obtida por imagiologia por fluorescência próxima ao infraver-melho. Finalmente, a permanência relativamente prolongada da sonda direcionada no tumor em relação à no sangue, além de seu reforço multivalência, pode ser explorada para futuras aplicações teranósticas como um radioterápico ou um veículo de liberação de fármaco.[00256] In the clinic, the benefits of a similar combined platform for tumor staging and treatment cannot be overstated. The prolonged blood circulation time and resulting bioavailability of this nanoprobe highlights its use as a versatile tool for both early and long-term monitoring of the various stages of disease management (screening diagnosis, pre-treatment assessment, therapeutic intervention , and post-treatment monitoring) without restrictions imposed by toxicity considerations. An important additional advantage is that while rapidly cleared probes may be useful for certain applications where tissue localization itself is rapid, the localization of many agents is often poorly vascularized and otherwise relatively inaccessible solid tumors are likely to be slowed after systemic administration. Therefore, the present nanoparticle platform expands the range of applications of the aforementioned agents, since the kinetics of target tissue localization is no longer limiting. Furthermore, deep lymph nodes can be mapped by PET in terms of their distribution and number whereas more precise and detailed localization of superficial lymph nodes can be obtained by near-infrared fluorescence imaging. Finally, the relatively prolonged residence of the targeted probe in the tumor compared to that in the blood, in addition to its multivalency reinforcement, can be exploited for future theranostic applications as a radiotherapeutic or drug delivery vehicle.

Exemplo 5Example 5 Nanopartículas de Sílica Fluorescente Conjugadas com Peptídeo de Direcionamento para αvβ3 Integrina e/ou Peptídeo de Direcionamento para uMUC1 (Modelos de Câncer da Tiroide e Carcinoma Celular Escamoso (SCC))Fluorescent Silica Nanoparticles Conjugated with αvβ3 Integrin Targeting Peptide and/or uMUC1 Targeting Peptide (Thyroid Cancer and Squamous Cell Carcinoma (SCC) Models)

[00257] Um peptídeo cRGD (Peptides International), tendo uma funcionalidade de extremidade cisteína, será anexado à nanopartícula PEG-uilada através de uma ligação de tiol-maleimida. As nanopartículas podem ser opcionalmente adicionalmente funcionalizadas por um ligante peptídico sintético, EPPT1. As nanopartículas serão caracterizadas com base no tamanho de partícula, na distribuição de tamanho, e na fotodegradação.[00257] A cRGD peptide (Peptides International), having a cysteine end functionality, will be attached to the PEG-uylated nanoparticle through a thiol-maleimide bond. The nanoparticles can optionally be further functionalized by a synthetic peptide ligand, EPPT1. The nanoparticles will be characterized based on particle size, size distribution, and photodegradation.

Caracterização de Conjugados de Nanopartículas-PeptídeosCharacterization of Nanoparticle-Peptide Conjugates

[00258] Para avaliação das propriedades fotofísicas em uma base por partícula, espectrofotometria, espectrofluorometria, e espectros- copia de correlação da fluorescência (FCS) multifótons será usada para determinar o tamanho de partícula, o brilho, e a distribuição de tamanho. Dados de tamanho serão corroborados por varredura por microscopia eletrônica e medições por dispersão da luz dinâmica (DLS). Ow et al. Bright and stable core-shell fluorescent silica nanoparticles. Nano Letters 2005; 5, 113. O número médio de peptídeos RGD por nanopartícula e a eficiência de ligação de RGD a grupamentos PEG funcionalizados serão avaliados colorimetricamente sob condições alcalinas e métodos espectrofotométricos de Biuret (À = 450 nm, absorvência máxima).[00258] To evaluate photophysical properties on a per-particle basis, spectrophotometry, spectrofluorometry, and multiphoton fluorescence correlation spectroscopy (FCS) will be used to determine particle size, brightness, and size distribution. Size data will be corroborated by scanning electron microscopy and dynamic light scattering (DLS) measurements. Ow et al. Bright and stable core-shell fluorescent silica nanoparticles. Nano Letters 2005; 5, 113. The average number of RGD peptides per nanoparticle and the binding efficiency of RGD to functionalized PEG groups will be evaluated colorimetrically under alkaline conditions and Biuret spectrophotometric methods (À = 450 nm, maximum absorbance).

[00259] Os conjugados de nanopartículas serão iodados através de encadeadores de tirosina de modo a criar uma forma radiomarcada (124I)(TI/2 ~4 dias) e estável (127I) usando Iodogen (Pierce, Rockford, Ill.). O produto final será purificado usando cromatografia de exclusão de tamanho.[00259] The nanoparticle conjugates will be iodinated through tyrosine linkers to create a radiolabeled (124I)(TI/2 ~4 days) and stable (127I) form using Iodogen (Pierce, Rockford, Ill.). The final product will be purified using size exclusion chromatography.

Avaliação da Especificidade de Direcionamento In Vitro e de Padrões de Biodistribuição das RGD- e RGD-EPPT-Nanopartículas.Assessment of In Vitro Targeting Specificity and Biodistribution Patterns of RGD- and RGD-EPPT-Nanoparticles.

[00260] Os padrões de expressão de αvβ3 integrina e uMUC1 em linhagens celulares da tiroide e de carcinoma celular escamoso (SCC) serão avaliados contra controles αvβ3 integrina-negativos e αvβ3 inte- grina-positivos (linhagens celulares de melanoma humano M21-L e M21, respectivamente) e uMUC1-negativos e uMUC1-positivos (linhagens celulares de U8728, H-29, respectivamente) conhecidos usando anticorpos anti-integrina e anti-uMUC 1. Linhagens celulares altamente expressando αvβ3-integrina e/ou MUC1 serão selecionadas para estudos de ligação diferencial com RGD- e RGD-EPPT-nanopartículas, bem como para imagiologia in vivo.[00260] The expression patterns of αvβ3 integrin and uMUC1 in thyroid and squamous cell carcinoma (SCC) cell lines will be evaluated against αvβ3 integrin-negative and αvβ3 integrin-positive controls (human melanoma cell lines M21-L and M21, respectively) and known uMUC1-negative and uMUC1-positive cell lines (U8728, H-29, respectively) using anti-integrin and anti-uMUC 1 antibodies. Cell lines highly expressing αvβ3-integrin and/or MUC1 will be selected for differential binding studies with RGD- and RGD-EPPT-nanoparticles, as well as for in vivo imaging.

[00261] Testes de ligação celular quantitativa vão avaliar a eficiência de marcação de células tumorais, e estudos de biodistribuição vali- ando a captação no tumor, nos órgãos, e nos fluidos serão realizados usando conjugados de nanopartículas radioiodadas (124I-RGD- nanopartículas, 124I-RGD-EPPT-nanopartículas). De modo a comparar os dados de captação por PET de conjugados de nanopartícula com os observados inicialmente usando imagiologia ótica por NIRF, cada conjugado de nanopartículas também vai ser iodado para criar uma forma radiomarcada (124I) e estável (127I).[00261] Quantitative cell binding tests will evaluate the efficiency of marking tumor cells, and biodistribution studies evaluating uptake in the tumor, organs, and fluids will be carried out using radioiodinated nanoparticle conjugates (124I-RGD- nanoparticles, 124I-RGD-EPPT-nanoparticles). In order to compare PET uptake data of nanoparticle conjugates with that initially observed using NIRF optical imaging, each nanoparticle conjugate will also be iodinated to create a radiolabeled (124I) and stable (127I) form.

[00262] Microscopia por Fluorescência com RGD- e RGD-EPPT-C- dots. A ligação diferencial de RGD-nanopartículas e RGD-EPPT- nanopartículas a linhagens celulares de carcinoma da tiroide / SCC altamente expressando αvβ3-integrina e/ou MUC1, versus linhagens e controle será visualizada por microscopia por fluorescência.[00262] Fluorescence Microscopy with RGD- and RGD-EPPT-C- dots. Differential binding of RGD-nanoparticles and RGD-EPPT-nanoparticles to thyroid carcinoma/SCC cell lines highly expressing αvβ3-integrin and/or MUC1, versus control lines will be visualized by fluorescence microscopy.

[00263] Modelos animais. Todos os experimentos com animais serão feitos de acordo com protocolos aprovados pelo Institutional Animal Care and Use Committee e seguindo as diretrizes da NIH para bem estar dos animais.[00263] Animal models. All animal experiments will be performed in accordance with protocols approved by the Institutional Animal Care and Use Committee and following NIH guidelines for animal welfare.

[00264] Biodistribuição In vivo: Camundongos nude atímicos machos (6 a 8 semanas de , n = 5 por tumor) serão injetados por via subcutânea (s.c.) em ambos os flancos com tumores negativos / positivos para integrina ou negativos / positivos para uMUC1 de diferentes origens de tecido (n = 3/ cada tumor). Em 0,5 cm de diâmetro (i.d.), os camundongos vão ser injetados por via intravenosa (IV) com conjugados de nanopartículas com etiqueta de 124I (~500 nm/kg). Os animais são sacrificados em 0,5, 1, e 24 horas depois, com remoção dos tumores, dos órgãos, e dos fluidos para pesagem e contagem (contador gama). Os resultados de biodistribuição serão expressados como a percentagem da dose injetada por grama de tecido.[00264] In vivo Biodistribution: Male athymic nude mice (6 to 8 weeks old, n = 5 per tumor) will be injected subcutaneously (s.c.) into both flanks with integrin-negative/positive or uMUC1-negative/positive tumors. different tissue origins (n = 3/each tumor). At 0.5 cm diameter (i.d.), mice will be injected intravenously (IV) with 124I-labeled nanoparticle conjugates (~500 nm/kg). Animals are sacrificed at 0.5, 1, and 24 hours later, with tumors, organs, and fluids removed for weighing and counting (gamma counter). Biodistribution results will be expressed as the percentage of the injected dose per gram of tissue.

[00265] Teste de Ligação Celular Quantitativa. A eficiência da marcação será avaliada incubando números fixos de células de carcinoma altamente expressando αvβ3-integrina e/ou MUC1, com concentrações pré-selecionadas de conjugados de nanopartículas com etiqueta de 124I por 1 hora em uma atmosfera de CO2 umidificada a 37° C. As células são extensivamente lavadas, lisadas com 0,1% de Triton X, com os lisados celulares contados em um contador gama.[00265] Quantitative Cellular Connection Test. Labeling efficiency will be assessed by incubating fixed numbers of carcinoma cells highly expressing αvβ3-integrin and/or MUC1, with preselected concentrations of 124I-labeled nanoparticle conjugates for 1 hour in a humidified CO2 atmosphere at 37°C. Cells are extensively washed, lysed with 0.1% Triton X, with cell lysates counted in a gamma counter.

Avaliação de Diferenças Relativas no Direcionamento Tumor- Específico Usando Imagiologia Multimodalidade (PET-NIRF) In Vivo.Assessment of Relative Differences in Tumor-Specific Targeting Using Multimodality Imaging (PET-NIRF) In Vivo.

[00266] Como uma ferramenta de diagnóstico por triagem de alta produtividade, imagiologia por NIRF ótica pode ser usada para avaliar as diferenças relativas na biodistribuição de conjugados de nanopartículas progressivamente funcionalizadas in vivo com aumentadas sensibilidade e resolução temporal. Dados semiquantitativos sobre direcionamento tu mor-específico também podem ser derivados. Estes estudos preliminares facilitam a seleção de linhagens celulares fortemente expressando mar-cadores de interesse para quantificação detalhada adicional da biodistri- buição e de direcionamento tumor-específico usando PET.[00266] As a high-throughput screening diagnostic tool, optical NIRF imaging can be used to assess relative differences in the biodistribution of progressively functionalized nanoparticle conjugates in vivo with increased sensitivity and temporal resolution. Semiquantitative data on tumor-specific targeting can also be derived. These preliminary studies facilitate the selection of cell lines strongly expressing markers of interest for additional detailed quantification of biodistribution and tumor-specific targeting using PET.

[00267] Imagiologia ótica por NIRF e microPET® de corpo inteiro será realizada durante um período de 1 semana de modo a avaliar a captação diferencial em tumores do flanco. Os resultados destes estudos serão validados com microscopia por fluorescência de tumores ex vivo.[00267] Whole-body NIRF and microPET® optical imaging will be performed over a 1-week period in order to assess differential uptake in flank tumors. The results of these studies will be validated with fluorescence microscopy of ex vivo tumors.

[00268] Imagiologia por NIRF In Vivo Serial. Os camundongos serão injetados bilateralmente com células negativas para αvβ3 integrina e positivas para αvβ3 integrina ou com células negativas para uMUC1 e positivas para uMUC1 (n = 5/ tumor). Depois dos tumores atingirem ~0,5 cm de diâmetro interno (i.d.), conjugados de nanopartículas estáveis iodados e não iodados (RGD, 127I-RGD, RDG-EPPT, 127I-RGD- EPPT) serão injetados IV. Imagiologia serial será realizada usando o sistema de imagiologia por fluorescência in vivo Maestro® (Maestro® In Vivo Fluorescence Imaging System) (CRI, Woburn, Mass.) em 0, 0,5, 1, 2, 4, 6, 12, e 24 horas. Em 24 horas, os camundongos são eu- tanizados, e os tecidos / órgãos maiores são dissecados, pesados, e colocados em placas de 6 cavidades para imagiologia ex vivo. A emissão de fluorescência será analisada usando regiões de interesse (ROIs) em relação a tumor, tecidos selecionado, e injetados de referência, empregando algoritmos de desmisturas espectrais para eliminar a autofluorescência. Dividindo as intensidades de fluorescência média dos tecidos pelos valores dos injetados vai permitir que sejam feitas comparações entre os vários tecidos / órgãos para cada conjugado de nanopartículas injetado.[00268] In Vivo Serial NIRF Imaging. Mice will be injected bilaterally with cells negative for αvβ3 integrin and positive for αvβ3 integrin or with cells negative for uMUC1 and positive for uMUC1 (n = 5/tumor). After tumors reach ~0.5 cm internal diameter (i.d.), iodinated and non-iodinated stable nanoparticle conjugates (RGD, 127I-RGD, RDG-EPPT, 127I-RGD-EPPT) will be injected IV. Serial imaging will be performed using the Maestro® in vivo fluorescence imaging system (Maestro® In Vivo Fluorescence Imaging System) (CRI, Woburn, Mass.) at 0, 0.5, 1, 2, 4, 6, 12, and 24 hours. At 24 hours, mice are euthanized, and larger tissues/organs are dissected, weighed, and placed in 6-well plates for ex vivo imaging. Fluorescence emission will be analyzed using regions of interest (ROIs) in relation to tumor, selected tissues, and injected reference, employing spectral unmixing algorithms to eliminate autofluorescence. Dividing the average fluorescence intensities of the tissues by the values of those injected will allow comparisons to be made between the various tissues/organs for each nanoparticle conjugate injected.

[00269] Aquisição por Imagiologia por MicroPET Dinâmica e Análise. Dois grupos de camundongos portadores de tumor (n = 5/ tumor) vão ser injetados com conjugados de nanopartículas radiomarcados com 124I (radiotraçadores), e imagiologia por PET dinâmica será realizada por 1 hora usando um Focus 120 microPET® (Concorde Microsystems, TN). Aquisições em list-mode de uma hora são iniciadas no momento da injeção IV de ~25,9 MBq (700 μCi) de radiotraçadores. Os dados do list-mode resultantes são reconstruídos em uma matriz de 128x128x96 poro retro-projeção filtrada. Análise ROI das imagens reconstruídas é realizada usando o software ASIPro® (Concorde Microsystems, TN) para determinar a captação de radiotraçador (% da DI/g) média e o desvio padrão em tumores, outros órgãos / tecidos, e no ventrículo esquerdo (LV). Dados adicionais serão obtidos a partir de imagens estáticas nos pontos do tempo de 24, 48, e 72 horas pós injeção. Um modelo cinético de três compartimentos, de quatro parâmetros será usado para caracterizar o comportamento do rastreador in vivo. Para esta análise, o input arterial é medido usando uma região de interesse (ROI) colocada sobre o ventrículo esquerdo.[00269] Dynamic MicroPET Imaging Acquisition and Analysis. Two groups of tumor-bearing mice (n = 5/tumor) will be injected with 124I-radiolabeled nanoparticle conjugates (radiotracers), and dynamic PET imaging will be performed for 1 hour using a Focus 120 microPET® (Concorde Microsystems, TN) . One-hour list-mode acquisitions are initiated at the time of IV injection of ~25.9 MBq (700 μCi) of radiotracers. The resulting list-mode data is reconstructed into a 128x128x96 pore filtered back-projection matrix. ROI analysis of the reconstructed images is performed using ASIPro® software (Concorde Microsystems, TN) to determine the mean radiotracer uptake (% DI/g) and standard deviation in tumors, other organs/tissues, and the left ventricle (LV ). Additional data will be obtained from still images at time points 24, 48, and 72 hours post injection. A three-compartment, four-parameter kinetic model will be used to characterize tracer behavior in vivo. For this analysis, arterial input is measured using a region of interest (ROI) placed over the left ventricle.

Exemplo 6Example 6 Mapeamento Nodal em Mini porcoNodal Mapping in Mini Pig

[00270] Varredura intraoperatória em tempo real da bacia nodal não pode ser realizada na prática no presente momento, uma vez que estes sistemas geralmente são caros e complicados demais para uso na sala de cirurgia ou podem não ser capazes de proporcionar o campo de visão ou o contraste de tecido necessários. Adicionalmente, não há agentes contendo fluoróforo bioestáveis, clinicamente promissores, que ofereçam aprimoradas características fotofísicas e vidas úteis na circulação mais longas em relação aos corantes de origem, disponíveis para reforçar o contraste tecidual para procedimentos prolongados de mapeamento nodal / ressecção. Com este estudo em animais, nós vamos mostrar que avanços tanto em sondas de partículas multi- modais quanto em tecnologias de dispositivos de imagiologia molecular em tempo real podem ser prontamente traduzidos para uma varie- dade de testes clínicos humanos futuros. As referidas tecnologias transformativas podem impactar significativamente o atendimento ao câncer intraoperatório de rotina proporcionando ferramentas de visua-lização direcionada do estado da arte para facilitar a detecção de linfo-nodo sentinela metastático e permitindo a precisa delineação de um ou mais linfonodos a partir da anatomia adjacente de modo a minimizar o risco de lesão para estruturas cruciais. Os benefícios incluem mapea-mento intraoperatório em tempo real in vivo prolongado da disseminação doença de nodal e da extensão tumoral para cabeça e pescoço. Linfonodos profundos podem ser mapeados por PET, enquando a lo-calização precisa e detalhada de linfonodos superficiais pode ser obtida por imagiologia por fluorescência próxima ao infra-vermelho. O pequeno tamanho da sonda de partícula também pode prolongar o limite inferior de tamanhos nodais que podem ser detectados sensivelmente. O efeito líquido da plataforma multimodal não tóxica proposta, junto com a aplicação de procedimentos de diagnósticoo / tratamento combinados, tem importantes implicações para o estagiamento de doença, para o prognóstico, e para o resultado clínico para esta doença altamente letal.[00270] Real-time intraoperative scanning of the nodal basin cannot be performed in practice at this time, as these systems are generally too expensive and complicated for use in the operating room or may not be able to provide the field of view or the necessary fabric contrast. Additionally, there are no clinically promising biostable fluorophore-containing agents offering improved photophysical characteristics and longer circulation lifetimes relative to parent dyes available to enhance tissue contrast for prolonged nodal mapping/resection procedures. With this animal study, we will show that advances in both multimodal particle probes and real-time molecular imaging device technologies can be readily translated to a variety of future human clinical trials. These transformative technologies can significantly impact routine intraoperative cancer care by providing state-of-the-art targeted visualization tools to facilitate metastatic sentinel lymph node detection and enabling accurate delineation of one or more lymph nodes from adjacent anatomy. so as to minimize the risk of injury to crucial structures. Benefits include prolonged in vivo real-time intraoperative mapping of nodal disease spread and tumor extension to the head and neck. Deep lymph nodes can be mapped by PET, while precise and detailed localization of superficial lymph nodes can be obtained by near-infrared fluorescence imaging. The small size of the particle probe may also extend the lower limit of nodal sizes that can be sensitively detected. The net effect of the proposed non-toxic multimodal platform, together with the application of combined diagnostic/treatment procedures, has important implications for disease staging, prognosis, and clinical outcome for this highly lethal disease.

Alvo da Doença.Disease Target.

[00271] Além de melanoma, uma série de outros tumores (isto é, de mama, pulmão, e cérebro) superexpressam receptores de αvβ3 integrina e podem servir como alvos de doença. O melanoma metastático tem um prognóstico muito ruim, com uma sobrevida mediana de menos de 1 ano. O sucesso do tratamento se baseia na identificação precoce com excisão cirúrgica adequada do câncer. A remoção cirúrgica da doença primária, a triagem, e o tratamento para disseminação para linfonodo regional é o padrão de tratamento nos Estados Unidos para estagiar com precisão a doença e personalizar o tratamento. As diretrizes de estagiamento recentemente revisadas reconhecem a presen ça de metástases nodais microscópicas como um característica mar-cante de doença em estágio avançado levando a sobrevida dramati-camente reduzida. O conhecimento do status nodal patológico é crucial para estratificação do risco precoce, previsões de desfecho aprimoradas, e seleção de subgrupos de paciente com probabilidade de se beneficiar de tratamento adjuvante (dissecção nodal terapêutica, quimioterapia) ou testes clínicos.[00271] In addition to melanoma, a number of other tumors (i.e., breast, lung, and brain) overexpress αvβ3 integrin receptors and may serve as disease targets. Metastatic melanoma has a very poor prognosis, with a median survival of less than 1 year. Treatment success is based on early identification with adequate surgical excision of the cancer. Surgical removal of primary disease, screening, and treatment for spread to regional lymph nodes is the standard of care in the United States to accurately stage disease and personalize treatment. Recently revised staging guidelines recognize the presence of microscopic nodal metastases as a hallmark of advanced-stage disease leading to dramatically reduced survival. Knowledge of pathologic nodal status is crucial for early risk stratification, improved outcome predictions, and selection of patient subgroups likely to benefit from adjuvant treatment (therapeutic nodal dissection, chemotherapy) or clinical trials.

Mapeamento de Linfonodo Sentinela (SLN).Sentinel Lymph Node (SLN) Mapping.

[00272] Técnicas de mapeamento do linfonodo sentinela, usadas rotineiramente no estagiamento do melanoma, identificam o um ou mais linfonodos específicos que estão em maior risco de metástases tumorais. Este procedimento identifica pacientes abrigando doença metastática para tratamento adicional. As técnicas de padrão de tratamento se baseiam na injeção de corante colóide de tecnécio radioativo (99mTc) enxofre em torno do tumor primário para localização do linfonodo sentinela, seguida pelo uso intraoperatório de uma sonda gama para medir a radioatividade nas estruturas linfáticas dentro de uma bacia nodal exposta. Corante azul injetado em torno do tumor primário pode ajudar a delinear pequenos linfonodos sentinelas do tecido adjacente, mas a técnica é pouco confiável e passível de complicações. As técnicas de mapeamento do linfonodo sentinela e de biópsia atuais têm limitações, e representam maiores taxas de não- localização de um ou mais linfonodos sentinela na cabeça e no pescoço comparados com outros sítios anatômicos. A região da cabeça e do pescoço é notória por seus padrões imprevisíveis de doença metastática. A íntima proximidade da doença primária com metástases nodais nesta região torna o uso intraoperatório da sonda gama difícil devido a interferência do sítio de injeção. De modo importante, a tecnologia atual não permite que o cirurgião visualize o linfonodo sentinela e o diferencie de modo confiável da gordura adjacente ou de outros teci- dos, colocando estruturas vitais (isto é, os nervos) em risco de lesão durante dissecção para identificar e colher este linfonodo. O pequeno tamanho dos linfonodos e a ampla variação nos padrões de drenagem proporcionam desafios adicionais, resultando em uma taxa de não- localização de cerca de 10%.[00272] Sentinel lymph node mapping techniques, routinely used in melanoma staging, identify the one or more specific lymph nodes that are at greatest risk for tumor metastases. This procedure identifies patients harboring metastatic disease for additional treatment. Standard of care techniques rely on injection of radioactive technetium (99mTc) sulfur colloid dye around the primary tumor to localize the sentinel lymph node, followed by intraoperative use of a gamma probe to measure radioactivity in lymphatic structures within a basin. nodal exposed. Blue dye injected around the primary tumor can help delineate small sentinel lymph nodes from adjacent tissue, but the technique is unreliable and prone to complications. Current sentinel lymph node mapping and biopsy techniques have limitations, and represent higher rates of non-localization of one or more sentinel lymph nodes in the head and neck compared to other anatomical sites. The head and neck region is notorious for its unpredictable patterns of metastatic disease. The close proximity of the primary disease to nodal metastases in this region makes intraoperative use of the gamma probe difficult due to interference at the injection site. Importantly, current technology does not allow the surgeon to visualize the sentinel lymph node and reliably differentiate it from adjacent fat or other tissues, placing vital structures (i.e., nerves) at risk of injury during dissection to identify and harvest this lymph node. The small size of lymph nodes and wide variation in drainage patterns provide additional challenges, resulting in a non-localization rate of about 10%.

Nanopartículas.Nanoparticles.

[00273] A maioria dos estudos pré-clínicos têm usado radiotraçadores conjugados a peptídeo ou peptídeo RGD como ligantes de direcio-namento para imagiologia por expressão de αvβ3-integrina. 18F- galacto-RGD e 99mTc-NC100692 são rastreadores peptídicos que têm sido usados com sucesso em pacientes para diagnosticar doença. Os rastreadores peptídicos clareiam rapidamente, o que pode resultar em ligação de receptores reduzida e sinal de fundo aumentado por dispersão tecidual inespecífica. Estas propriedades limitam o potencial dos rastreadores peptídicos para monitoramento por tempo mais longo. Em contraste, sondas de nanopartículas (~10 a 100 nm), as quais também têm sido usadas para imagiologia por expressão de integrina ao longo da neovasculatura tumoral, têm meias vidas na circulação prolongadas para realizar monitoramento por tempo mais longo (isto é, dias). As nanopartículas são tipicamente maiores do que anticorpos e radiofármacos (<10 kDa), e são associadas com transporte transmem- brana mais lento, aumentada captação pelo sistema retículo endotelial (RES), e aumento da captação inespecífica devido a alteração da permeabilidade vascular tumoral. As nanopartículas direcionadas de 7 nm de diâmetro usadas para este estudo de mapeamento do linfonodo sentinela são a grosso modo comparáveis ao diâmetro médio de uma molécula de albumina e 2 a 3 vezes menores do que o diâmetro médio de um anticorpo típico. Em relação aos rastreadores peptídicos, a sonda de partículas direcionadas é menos propensa a extravasação e está associada com meias vias na circulação prolongadas que refor- çam o direcionamento tumoral. De modo importante, 124I-cRGDY- PEG-dots demonstram propriedades chave in vitro e in vivo em tumores M21 necessárias para translação para a clínica.[00273] Most preclinical studies have used radiotracers conjugated to peptide or RGD peptide as targeting ligands for imaging by αvβ3-integrin expression. 18F-galacto-RGD and 99mTc-NC100692 are peptide tracers that have been used successfully in patients to diagnose disease. Peptide tracers clear rapidly, which can result in reduced receptor binding and increased background signal from nonspecific tissue scatter. These properties limit the potential of peptide tracers for longer-term monitoring. In contrast, nanoparticle probes (~10 to 100 nm), which have also been used for integrin expression imaging throughout tumor neovasculature, have extended circulation half-lives to perform longer time monitoring (i.e., days ). Nanoparticles are typically larger than antibodies and radiopharmaceuticals (<10 kDa), and are associated with slower transmembrane transport, increased uptake by the reticuloendothelial system (RES), and increased nonspecific uptake due to altered tumor vascular permeability. The 7 nm diameter targeted nanoparticles used for this sentinel lymph node mapping study are roughly comparable to the average diameter of an albumin molecule and 2 to 3 times smaller than the average diameter of a typical antibody. In relation to peptide tracers, the targeted particle probe is less prone to extravasation and is associated with prolonged half-paths in the circulation that reinforce tumor targeting. Importantly, 124I-cRGDY-PEG-dots demonstrate key in vitro and in vivo properties in M21 tumors required for translation to the clinic.

Materiais e Métodos.Materials and methods.

[00274] Suínos em miniatura Sinclair com melanoma espontâneo (10 a 12 kg, Sinclair Research Center, MO) foram injetados por via intravenosa com 5 mCi de 18F-fluoro-desoxiglicose (18F-FDG) para triagem do corpo inteiro de metástases nodais e/ou de órgãos. Os mini porcos foram submetidos a PET scan de corpo inteiro por 1 hora por 18F-FDG PET dinâmico usando um PET scanner clínico 40 minutos depois de injeção para triagem de doença metastática, seguido por aquisição por CT scan para localização anatômica. Em seguida os mini porcos foram injetados por via subdérmica em um padrão de 4 quadrantes em torno do sítio tumoral (sítios de cabeça e pescoço preferencialmente) com 124I-RGD-PEG-dots multimodais 48 horas depois de 18F-FDG PET, e uma segundo PET-CT scan dinâmico foi realizado para avaliar metástases nodais adicionais.[00274] Sinclair miniature pigs with spontaneous melanoma (10 to 12 kg, Sinclair Research Center, MO) were injected intravenously with 5 mCi of 18F-fluoro-deoxyglucose (18F-FDG) for whole-body screening of nodal metastases and /or organs. Mini pigs underwent 1-hour whole-body PET scanning by dynamic 18F-FDG PET using a clinical PET scanner 40 minutes after injection to screen for metastatic disease, followed by CT scan acquisition for anatomical localization. The mini pigs were then injected subdermally in a 4-quadrant pattern around the tumor site (preferably head and neck sites) with multimodal 124I-RGD-PEG-dots 48 hours after 18F-FDG PET, and a second Dynamic PET-CT scan was performed to evaluate additional nodal metastases.

[00275] Os mini porcos foram levados para a sala de operação para identificação de lifonodos. Imagiologia por fluorescência ótica foi reali-zada usando sistema de câmera de fluorescência próxima ao infra-vermelho de grande campo de visão, endoscópio modificado de campo de visão menor, e um estereomacroscópio modificado para a obtenção de imagens de fluorescência de maior resolução dentro do campo cirúrgico exposto.[00275] The mini pigs were taken to the operating room for lymph node identification. Optical fluorescence imaging was performed using a large-field-of-view near-infrared fluorescence camera system, a modified smaller-field-of-view endoscope, and a modified stereomacroscope to obtain higher resolution within-field fluorescence images. exposed surgery.

[00276] Validação do sinal fluorescente foi realizada intraoperativa- mente por contagem de raios gama com um dispositivo manual de PET scan clinicamente aprovado dentro da cama operatória para localizar pontos direcionados por via transdérmica, adquiridos intraoperati- vamente a partir da pele e os linfonodos dentro e na bacia nodal.[00276] Validation of the fluorescent signal was performed intraoperatively by counting gamma rays with a clinically approved handheld PET scan device within the operating bed to locate transdermally targeted points acquired intraoperatively from the skin and lymph nodes within and in the nodal basin.

[00277] A lesão de pele de melanoma primário foi excisada, e foi feita uma incisão para permitir acesso ao(s) linfonodo(s) sentinela. A identidade nodal foi confirmada usando PET manual e sistemas de imagiologia ótica multi-escala, e os linfonodos em questão foram exci- sados. As amostras foram enviadas para avaliação histológica para metástases e microscopia ótica confocal para confirmar a presença tanto de malignidade quanto de fluorescência de nanopartículas.[00277] The primary melanoma skin lesion was excised, and an incision was made to allow access to the sentinel lymph node(s). Nodal identity was confirmed using manual PET and multi-scale optical imaging systems, and the lymph nodes in question were excised. Samples were sent for histological evaluation for metastases and confocal optical microscopy to confirm the presence of both malignancy and nanoparticle fluorescence.

[00278] Depois da coleta dos linfonodos sentinela, toda a bacia de linfonodos foi excisada e adicionalmente avaliada usando métodos his-tológicos (com marcadores imunohistoquímicos para melanoma con-forme necessário), microscopia por fluorescência, e a sonda de PET manual para fins correlativos. Esta etapa ajudou a identificar quaisquer outros linfonodos malignos dentro da bacia nodal e o número de 124I- RGD-PEG-dots presentes em linfonodos adjacentes por seu aspecto na imagiologia.[00278] After harvesting the sentinel lymph nodes, the entire lymph node basin was excised and further evaluated using histological methods (with immunohistochemical markers for melanoma as needed), fluorescence microscopy, and the manual PET probe for correlative purposes. . This step helped identify any other malignant lymph nodes within the nodal basin and the number of 124I-RGD-PEG-dots present in adjacent lymph nodes by their appearance on imaging.

[00279] 124I-RGD-PEG-dots foram administrados por via subcutânea nos membros do animal sequencialmente. O trânsito dos 124I-RGD- PEG-dots para os linfonodos inguinais / axilares foi seguido usando o sistema de imagiologia ótica e sondas de PET manuais para confirmar a duração do trânsito ao longo dos caminhos linfáticos. A drenagem das bacias nodais foi exposta cirurgicamente e o padrão de drenagem dos linfonodos foi observado. O linfonodo sentinela foi colhido de cada sítio para confirmar a natureza linfática do tecido. Os animais foram eutanizados, e quaisquer lesões adicionais notadas na imagiologia foram excisadas na sala de necrópsia da instalação animal.[00279] 124I-RGD-PEG-dots were administered subcutaneously to the animal's limbs sequentially. The transit of the 124I-RGD-PEG-dots to the inguinal/axillary lymph nodes was followed using the optical imaging system and handheld PET probes to confirm the duration of transit along the lymphatic pathways. The drainage of the nodal basins was surgically exposed and the drainage pattern of the lymph nodes was observed. The sentinel lymph node was harvested from each site to confirm the lymphatic nature of the tissue. Animals were euthanized, and any additional lesions noted on imaging were excised in the animal facility's necropsy room.

DiscussãoDiscussion

[00280] Um PET-CT scan por 18F-fluorodesoxiglucose (18F-FDG) de corpo inteiro revelou uma lesão melanomatosa primária adjacente à coluna vertebral sobre a parte superior do dorso, bem como um único linfonodo no pescoço, posteriormente sobre o lado direito do animal, os quais foram ambos ávidos por FDG, e suspeitos para doença me- tastática. Este achado foi confirmado depois de injeção subdérmica, em 4 quadrantes de 124I-RGD-PEG-dots em torno do sítio tumoral, a qual adicionalmente identificou mais dois linfonodos hipermetabólicos, bem como os linfáticos de drenagem. Interpretação da varredura final apontou para 3 potenciais linfonodos metastáticos. Foi realizada exci- são cirúrgica da lesão primária, dos linfonodos hipermetabólicos, e de tecido de outras bacias nodais no pescoço bilateralmente depois de sondas de PET manuais terem identificado e confirmado elevadas taxas de contagem na localização do(s) linfonodo(s) sentinela. O sinal de fluorescência irregular medido no tecido do linfonodo sentinela posterior direito excisado se correlacionou com sítios de metástases de melanoma por análise histológica. Todas as amostras nodais hiperme- tabólicas foram pigmentadas em preto, e foi visto que se correlacionam com a presença de aglomerados distintos de células de melanoma. Portanto, os resultados de tecido ressecado cirurgicamente submetido a patologia para H&E e coloração por outros marcadores de melanoma conhecidos confirmaram os achados da imagiologia multimodal.[00280] A full-body 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) PET-CT scan revealed a primary melanomatous lesion adjacent to the spine over the upper back, as well as a single lymph node in the neck, posteriorly over the right side of the animal, which were both FDG-avid, and suspicious for metastatic disease. This finding was confirmed after subdermal injection, in 4 quadrants of 124I-RGD-PEG-dots around the tumor site, which additionally identified two more hypermetabolic lymph nodes, as well as draining lymph nodes. Interpretation of the final scan pointed to 3 potential metastatic lymph nodes. Surgical excision of the primary lesion, hypermetabolic lymph nodes, and tissue from other nodal basins in the neck was performed bilaterally after manual PET probes identified and confirmed high count rates at the location of the sentinel lymph node(s). The irregular fluorescence signal measured in excised right posterior sentinel lymph node tissue correlated with sites of melanoma metastases by histological analysis. All hypermetabolic nodal samples were pigmented black, and were seen to correlate with the presence of distinct clusters of melanoma cells. Therefore, results from surgically resected tissue subjected to pathology for H&E and staining for other known melanoma markers confirmed the multimodal imaging findings.

[00281] A Figura 13a mostra a configuração experimental do uso de modelo de melanoma de mini porco espontâneo para mapeamento bacias dos linfonodos e drenagem linfática regional do sítio de um tumor de melanoma primário conhecido. Este modelo de mini porco de tamanho intermediário é necessário para simular a aplicação de procedimentos de biópsia do linfonodo sentinela (SLN) em seres humanos, e mais precisamente recapitula doença humana. A Figura 13b mostra imagem de PET de pequeno campo de visão 5 minutos depois de injeção subdérmica de partículas multimodais (124I-RGD-PEG-dots) em torno do sítio tumoral. A região do tumor, os linfonodos, e a drenagem linfática do sítio tumoral são vistos como áreas de atividade aumentada (em preto).[00281] Figure 13a shows the experimental setup of using a spontaneous mini pig melanoma model for mapping lymph node basins and regional lymphatic drainage from the site of a known primary melanoma tumor. This intermediate-sized mini pig model is needed to simulate the application of sentinel lymph node (SLN) biopsy procedures in humans, and more accurately recapitulates human disease. Figure 13b shows small field of view PET image 5 minutes after subdermal injection of multimodal particles (124I-RGD-PEG-dots) around the tumor site. The tumor region, lymph nodes, and lymphatic drainage from the tumor site are seen as areas of increased activity (in black).

[00282] A Figura 14 mostra PET scan de 18F-fluorodesoxiglucose (18F-FDG) dinâmica de corpo inteiro (Figura 14a) e PET-CT scans de 18F-FDG fundidos (Figura 14b) demonstrando imagens sagitais, coronais, e axiais através do sítio de doença nodal no pescoço. O PET scan por 18F-FDG foi realizado para mapear sítios de doença metastática depois de administração intravenosa e antes de administração da sonda de nanopartículas radiomarcadas. Um único linfonodo hiperme- tabólico é visto no pescoço posteriormente sobre o lado direito do animal (setas, imagens axiais, painéis superior / inferior), também identificado sobre a imagem de corpo inteiro do mini porco (Figura 14c).[00282] Figure 14 shows dynamic whole-body 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) PET scans (Figure 14a) and fused 18F-FDG PET-CT scans (Figure 14b) demonstrating sagittal, coronal, and axial images through the site of nodal disease in the neck. 18F-FDG PET scanning was performed to map sites of metastatic disease after intravenous administration and before administration of the radiolabeled nanoparticle probe. A single hypermetabolic lymph node is seen in the neck posteriorly on the right side of the animal (arrows, axial images, top/bottom panels), also identified on the full-body image of the mini pig (Figure 14c).

[00283] Figura 15 mostra os mesmos conjuntos de imagens que na Figura 14, mas no nível da lesão de melanoma primário, adjacente à coluna vertebral sobre a parte superior do dorso. A lesão ávida por PET é identificada (setas, imagens axiais, painéis superior / inferior), bem como sobre a imagem de corpo inteiro do mini porco (Figura 15c).[00283] Figure 15 shows the same sets of images as in Figure 14, but at the level of the primary melanoma lesion, adjacent to the spine on the upper part of the back. The avid lesion by PET is identified (arrows, axial images, top/bottom panels) as well as on the full-body image of the mini pig (Figure 15c).

[00284] Figura 16 mostra imagens de PET dinâmica de alta resolução (Figura 16a) e imagens de PET-CT fundidas (Figura 16b) depois de injeção subdérmica, nos 4 quadrantes de 124I-RGD-PEG-dots em torno do sítio tumoral, simulando o protocolo clínico, durante um período de tempo de 1 hora. Três linfonodos hipermetabólicos (setas) foram encontrados no pescoço, sugerindo doença metastática. O linfonodo sentinela posterior direito excisado foi excisado e foi realizada imagiologia por fluorescência próxima ao infravermelho (NIR) de corpo inteiro. Sinal de fluorescência de Cy5 foi detectável dentro do linfonodo ressecado (Figura 16c, superior, imagiologia de Cy5) em imagiologia ótica de corpo inteiro. Análise patológica deste linfonodo pigmentado em preto (seta, SLN) demonstrou aglomerados de células de melanoma invasivas sobre visualizações transversais de baixa (setas) e de alta potência do linfonodo por coloração com H&E (duas imagens menores), e nós esperamos que a especificidade do melanoma fosse adi- cionalmente confirmada usando corantes especiais (Melan A, HMB45, PNL2, e "antígeno associado a melanoma" biogenex clone NKI/C3). Nós adicionalmente esperamos a colocalização da partícula com estes aglomerados metastáticos de células na microscopia por fluorescência confocal e autorradiografia digital de alta resolução, confirmando de-tecção da doença metastática.[00284] Figure 16 shows high-resolution dynamic PET images (Figure 16a) and fused PET-CT images (Figure 16b) after subdermal injection, in the 4 quadrants of 124I-RGD-PEG-dots around the tumor site, simulating the clinical protocol, for a period of time of 1 hour. Three hypermetabolic lymph nodes (arrows) were found in the neck, suggesting metastatic disease. The excised right posterior sentinel lymph node was excised and whole-body near-infrared (NIR) fluorescence imaging was performed. Cy5 fluorescence signal was detectable within the resected lymph node (Figure 16c, top, Cy5 imaging) on whole-body optical imaging. Pathologic analysis of this black-pigmented lymph node (arrow, SLN) demonstrated clusters of invasive melanoma cells on low-power (arrows) and high-power cross-sectional views of the lymph node by H&E staining (two smaller images), and we expect the specificity of the melanoma was further confirmed using special dyes (Melan A, HMB45, PNL2, and "melanoma-associated antigen" biogenex clone NKI/C3). We additionally expect particle colocalization with these metastatic clusters of cells on confocal fluorescence microscopy and high-resolution digital autoradiography, confirming detection of metastatic disease.

Exemplo 7Example 7 Nanopartículas de Sílica Fluorescente Conjugadas com Peptídeo de Direcionamento MC1R (Modelo de Melanoma)Fluorescent Silica Nanoparticles Conjugated with MC1R Targeting Peptide (Melanoma Model)

[00285] Para os experimentos de imagiologia diagnóstica de multi- modalidade (PET-NIRF), o peptídeo de direcionamento e o radiomarca- dor sobre a superfície da nanopartícula vão ser pemutados para deter-minar a especificidade do alvo, a afinidade / avidez de ligação, e a sen-sibilidade da detecção. Partículas terapêuticas subsequentes também vão ser sintetizadas usando radiomarcadores terapêuticos (lutécio-177, 177Lu, t1/2=6,65 dias) para morte direcionada de células de melanoma expressando MC1R. Os achados combinados de PET quantitativa e de imagiologia ótica serão correlacionados com autorradiografia do tecido tumoral e imagiologia ótica através de escalas espaciais. Para micros-copia celular, será usado um scanner de fluorescência confocal in vivo para imagiologia por reflectância e fluorescência combinadas.[00285] For multi-modality diagnostic imaging experiments (PET-NIRF), the targeting peptide and radiotracer on the nanoparticle surface will be exchanged to determine target specificity, affinity/avidity of connection, and detection sensitivity. Subsequent therapeutic particles will also be synthesized using therapeutic radiolabels (lutetium-177, 177Lu, t1/2=6.65 days) for targeted killing of melanoma cells expressing MC1R. Combined quantitative PET and optical imaging findings will be correlated with tumor tissue autoradiography and optical imaging across spatial scales. For cellular microscopy, an in vivo confocal fluorescence scanner will be used for combined reflectance and fluorescence imaging.

Exemplo 8Example 8 Nanopartículas Fluorescentes para Radioterapia DirecionadaFluorescent Nanoparticles for Targeted Radiotherapy

[00286] Dose estudos de escalonamento com nanopartículas de 131I- RGD serão realizados e a resposta ao tratamento vai ser monitorada semanalmente, durante o curso de seis semanas, usando 18F-FDG PET. Será realizada captação tumoral dependente do tempo e dosimetria da plataforma de nanopartículas usando imagiologia por câmera planar de raios gama. Dados de imagiologia in vivo serão correlacionados com a contagem de raios gama das amostras de tumor excisadas.[00286] Dose escalation studies with 131I-RGD nanoparticles will be carried out and response to treatment will be monitored weekly, over the course of six weeks, using 18F-FDG PET. Time-dependent tumor uptake and dosimetry of the nanoparticle platform will be performed using planar gamma-ray camera imaging. In vivo imaging data will be correlated with gamma ray counts from excised tumor samples.

[00287] Camundongos nude machos (6 a 8 semanas de idade, Charles River Labs, MA) serão usados para gerar modelos de xenoen- xerto da pata posterior depois de injeção de células de melanoma humano M21 (5x105 em PBS). Os tumores serão deixados para crescer por 10 a 14 dias até 0,5 a 0,9 cm3 de tamanho.[00287] Male nude mice (6 to 8 weeks old, Charles River Labs, MA) will be used to generate hindpaw xenograft models after injection of M21 human melanoma cells (5x105 in PBS). Tumors will be left to grow for 10 to 14 days to 0.5 to 0.9 cm3 in size.

[00288] Estudos de radioterapia direcionada à base de 131I. O ra- dionuclídeo terapêutico 131I será usado como um radiomarcador para radioterapia direcionada. Na estimativa da maior dose possível de 131I resultante em nenhnma morte animal e menos de 20% de perda de peso (MTD), será realizado um estudo de escalação da dose em camundongos nude portadores de tumor. Para uma dose de 200 rad para sangue 54, é necessária uma atividade administrada de 10 MBq, a qual vai liberar uma dose de 270 rad para o tumor. 4 doses de 10 MBq cada uma serão administradas para obter uma dose tumoral maior do que 1000 rad com fracionamento da dose projetado para permitir reparar e poupar a medula óssea. 131I permit imagiologia de câmera gama planar usando um colimador de pinhole para medir a captação tumoral dependente do tempo e a dosimetria das nanopartículas. 18F-FDG PET permite o monitoramento quantitativo da resposta tumoral, deste modo proporcionando informação complementar.[00288] 131I-based targeted radiotherapy studies. The therapeutic radionuclide 131I will be used as a radiotracer for targeted radiotherapy. In estimating the highest possible dose of 131I resulting in no animal deaths and less than 20% weight loss (MTD), a dose escalation study will be carried out in tumor-bearing nude mice. For a dose of 200 rad to blood 54, an administered activity of 10 MBq is required, which will deliver a dose of 270 rad to the tumor. 4 doses of 10 MBq each will be administered to obtain a tumor dose greater than 1000 rad with dose fractionation designed to allow bone marrow repair and sparing. 131I enables planar gamma camera imaging using a pinhole collimator to measure time-dependent tumor uptake and nanoparticle dosimetry. 18F-FDG PET allows quantitative monitoring of tumor response, thus providing complementary information.

[00289] Com base nestes dados, e em dados in vivo sobre o efeito de nanopartículas carregadas com paclitaxel, será conduzido um estudo de terapia com o conjugado de 131I-RGD-nanopartícula. Dois grupos de camundongos portadores de tumor (n = 10 por grupo) vão receber cada um quatro, atividades de 10,4 MBq uma vez por semana por 4 semanas, de conjugados de nanopartículas-131I-RGD administradas por i.v. ou veículo de salina (controle, n = 10), e serão monitorados durante um período de 6 semanas. A resposta / progressão do tratamento serão quantificadas com base no volume do tumor (através de medições por calibrador). Todos os camundongos dos grupos de trata- mento também vão ser estudados por imagem uma vez por semana (sessões de ~1 hora) por imagiologia por SPECT (Gamma Medica) durante um período de 6 semanas.[00289] Based on these data, and in vivo data on the effect of nanoparticles loaded with paclitaxel, a therapy study with the 131I-RGD-nanoparticle conjugate will be conducted. Two groups of tumor-bearing mice (n = 10 per group) will each receive four, 10.4 MBq activities once a week for 4 weeks of nanoparticle-131I-RGD conjugates administered by i.v. or saline vehicle ( control, n = 10), and will be monitored over a period of 6 weeks. Treatment response/progression will be quantified based on tumor volume (through caliper measurements). All mice in the treatment groups will also be imaged once a week (~1 hour sessions) by SPECT imaging (Gamma Medica) over a period of 6 weeks.

[00290] Aquisição de Imagiologia por 18F-FDG PET e Análise. Dois grupos de camundongos portadores de tumor (n = 10/ grupo) vão ser submetidos a PET scan inicial antes e em seguida, em uma base se-manal depois do tratamento durante um intervalo de 6 semanas. Os camundongos serão injetados por via intravenosa (i.v.) com 500 μCi de 18F-FDG e serão adquiridas imagens estáticas por PET scan de 10 mi-nutos usando um Focus 120 microPET® (Concorde Microsystems, TN) antes e depois do tratamento. Os dados adquiridos bão ser reconstruídos em uma matriz de 128x128x96 por retro-projeção filtrada. Análises das regiões de interesse (ROI) das imagens reconstruídas vão ser realizadas usando o software ASIPro® (Concorde Microsystems, TN) para determinar a captação de radiotraçador média e o desvio padrão (% da DI/g) nos tumores. Os animais serão sacrificados no término do estudo e os tumores serão excisados para contagem de raios gama.[00290] 18F-FDG PET Imaging Acquisition and Analysis. Two groups of tumor-bearing mice (n = 10/group) will undergo initial PET scanning before and then on a weekly basis after treatment over a 6-week interval. The mice will be injected intravenously (i.v.) with 500 μCi of 18F-FDG and static images will be acquired by 10-minute PET scan using a Focus 120 microPET® (Concorde Microsystems, TN) before and after treatment. The acquired data will be reconstructed into a 128x128x96 matrix by filtered back-projection. Regions of interest (ROI) analyzes of the reconstructed images will be performed using ASIPro® software (Concorde Microsystems, TN) to determine the mean radiotracer uptake and standard deviation (% DI/g) in tumors. The animals will be sacrificed at the end of the study and the tumors will be excised for gamma ray counting.

Exemplo 9Example 9 Nanopartículas Fluorescentes Conjugadas com Quelato de Radionu- clídeo e Peptídeo de Direcionamento para MC1RFluorescent Nanoparticles Conjugated with Radionuclide Chelate and Targeting Peptide for MC1R

[00291] Nanopartículas PEG-uiladas vão ser conjugadas com pep- tídeos de direcionamento e quelatos macrocíclicos ligando radiomar- cadores de alta específica atividade.[00291] PEG-ylated nanoparticles will be conjugated with targeting peptides and macrocyclic chelates binding radiolabels with high specific activity.

[00292] PEGs disponíveis comercialmente ativados de dois ramos de alta pureza, derivatizados com ésteres de NHS ou maleimida, serão anexados à concha de sílica da nanopartícula usando procedimentos de rotina. Qualquer um dos dois grupos de PEG funcionalizados (ésteres de NHS ou maleimida) estarão disponíveis para conjugação posterior ou com o constructo de peptídeo-quelato, peptídeo cíclico Re- [Cys3,4,10,D-Phe7]α-MSH3-13 (ReCCMSH(Arg11)), ou com quelado- res de encadeador de ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano- N,N',N",N"'-tetraacético (DOTA). A fixação covalente de PEGs derivati- zados à superfície da nanopartícula será realizada em uma maneira de modo a expor diferentes grupamentos funcionais para ligação de DOTA e constructos de peptídeo-quelato, conforme discutido abaixo.[00292] Commercially available activated two-branch high purity PEGs, derivatized with NHS or maleimide esters, will be attached to the silica shell of the nanoparticle using routine procedures. Either of the two functionalized PEG groups (NHS or maleimide esters) will be available for further conjugation to either the peptide-chelate construct, cyclic peptide Re-[Cys3,4,10,D-Phe7]α-MSH3-13 ( ReCCMSH(Arg11)), or with 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-N,N',N",N"'-tetraacetic acid (DOTA) linker chelators. Covalent attachment of derivatized PEGs to the nanoparticle surface will be performed in a manner so as to expose different functional groups for binding of DOTA and peptide-chelate constructs, as discussed below.

Síntese e Caracterização Fisicoquímica de Nanopartículas Funcionali- zadas.Synthesis and Physicochemical Characterization of Functionalized Nanoparticles.

[00293] Nanopartículas funcionalizadas vão ser sintetizadas estabe-lecendo ligações covalentes das seguintes porções com os grupamentos de PEG derivatizados:[00293] Functionalized nanoparticles will be synthesized by establishing covalent bonds of the following portions with the derivatized PEG groups:

[00294] (A) Quelatos de DOTA para subsequente radiomarcação de alta atividade específica com radiometais emissores de pósitrons (isto é, 64Cu) para permitir detecção diagnóstica com imagiologia por PET. DOTA será conjugado aos PEGs funcionalizados usando química de Fmoc de rotina, e purificação das nanopartículas queladas será realizada por cromatografia. 64Cu e 177Lu serão anexados a DOTA por incubação da mistura da reação a 60° C. por 30 min seguida por filtração por gel ou purificação por cromatografia líquida de alta pressão. Alternativamente, nuclídeos de PET, tais como 124I, 86Y,68Ga e 89Zr, podem ser conjugados à nanopartícula, quer através do PEG funciona- lizado com DOTA (radiometais) ou do PEG funcionalizado com tirosina (124I). O emissor de único fóton, 177Lu, obtido sob a forma de 177LuCh será complexado com DOTA para radioterapia.[00294] (A) DOTA chelates for subsequent radiolabeling of high specific activity with positron-emitting radiometals (i.e., 64Cu) to enable diagnostic detection with PET imaging. DOTA will be conjugated to the functionalized PEGs using routine Fmoc chemistry, and purification of the chelated nanoparticles will be performed by chromatography. 64Cu and 177Lu will be attached to DOTA by incubating the reaction mixture at 60° C. for 30 min followed by gel filtration or purification by high pressure liquid chromatography. Alternatively, PET nuclides, such as 124I, 86Y, 68Ga and 89Zr, can be conjugated to the nanoparticle, either through PEG functionalized with DOTA (radiometals) or PEG functionalized with tyrosine (124I). The single photon emitter, 177Lu, obtained in the form of 177LuCh will be complexed with DOTA for radiotherapy.

[00295] (B) Análogo peptídico de direcionamento para melanoma αMSH (ReCCMSH(Arg11)) é ciclizado por rênio. É necessário confirmar a proporção de quelatos de DOTA para porções de ReC- CMSH(Arg11) sobre a superfície da nanopartícula PEG-uilada.[00295] (B) Melanoma targeting peptide analogue αMSH (ReCCMSH(Arg11)) is cyclized by rhenium. It is necessary to confirm the proportion of DOTA chelates to portions of ReC- CMSH(Arg11) on the surface of the PEG-uylated nanoparticle.

[00296] A caracterização das nanopartículas funcionalizadas preparações será realizada como se segue:[00296] The characterization of the functionalized nanoparticle preparations will be carried out as follows:

[00297] (A) O número médio de quelatos de DOTA por nanopartícu- la será determinado por teste de diluição isotópica de rotina com 64Cu. Em resumo, 64Cu será adicionado a soluções contendo uma quantidade conhecida de ReCCMSH(Arg11)-nanopartículas. As soluções incubadas serão pontilhadas sobre placas de vidro revestidas com sílica gel, desenvolvidas em 1:1 de 10% de acetato de amônio para metanol (com EDTA), e analisadas por radio-TLC. Enquanto Nanopartículas de ReCCMSH(Arg11) com etiqueta de 64Cu vão permanecer na origem, 64Cu ligado a EDTA vai migrar. A percentagem de eficiência de marcação vai ser plotada contra o total de nanomoles de 64Cu adicionado à mistura da reação. O número de quelatos anexados por nanopartícula pode ser determinado a partir do ponto de inflexão desta curva.[00297] (A) The average number of DOTA chelates per nanoparticle will be determined by routine isotopic dilution test with 64Cu. In summary, 64Cu will be added to solutions containing a known amount of ReCCMSH(Arg11)-nanoparticles. The incubated solutions will be dotted onto glass plates coated with silica gel, developed in 1:1 of 10% ammonium acetate to methanol (with EDTA), and analyzed by radio-TLC. While 64Cu-labeled ReCCMSH(Arg11) nanoparticles will remain at the origin, 64Cu bound to EDTA will migrate. The percentage labeling efficiency will be plotted against the total nanomoles of 64Cu added to the reaction mixture. The number of chelates attached per nanoparticle can be determined from the inflection point of this curve.

[00298] (B) O número médio de peptídeos ReCCMSH(Arg11) por nanopartícula e a eficiência de ligação do ReCCMSH(Arg11) aos gru-pamentos de PEG funcionalizados vão ser avaliados usando métodos espectrofotométricos (À = 435 nm, máxima absorvência) e o coeficiente de extinção conhecido de ReCCMSH(Argll). A incorporação de rê- nio oferece a vantagem de que podem ser feitas medições da absorvência altamente sensíveis das concentrações de rênio sobre uma pequena amostra de produto.[00298] (B) The average number of ReCCMSH(Arg11) peptides per nanoparticle and the binding efficiency of ReCCMSH(Arg11) to the functionalized PEG groups will be evaluated using spectrophotometric methods (À = 435 nm, maximum absorbance) and the known extinction coefficient of ReCCMSH(Argll). The incorporation of rhenium offers the advantage that highly sensitive absorbance measurements of rhenium concentrations can be made on a small sample of product.

Imagiologia Ótica-PET In Vitro e In Vivo de Nanopartícula MultifuncionalMultifunctional Nanoparticle In Vitro and In Vivo Optical-PET Imaging

[00299] Nanopartículas em Modelos de Melanoma para Avaliar o Direcionamento Tumoral-Específico e a Resposta ao Tratamento.[00299] Nanoparticles in Melanoma Models to Assess Tumor-Specific Targeting and Treatment Response.

[00300] 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11)-nanopartículas vão ser comparadas com o constructo nativo 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11) para testar as capacidades de direcionamento das nanopartículas.[00300] 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11)-nanoparticles will be compared with the native construct 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11) to test the targeting capabilities of the nanoparticles.

[00301] Testes de ligação competitiva. Serão usadas as linhagens de melanoma murino B16/F1 positivo para receptor MC1R. Os valores da IC50 de peptídeo ReCCMSH(Arg11), a concentração de peptídeo requerida para inibir 50% da ligação de radioligante, vão ser determi-nados usando 125I-(Tyr2)-NDP7, um análogo de α-MSH radioiodado com afinidade picomolar para o MC1R. Cavidades únicas vão ser in-cubadas a 25° C. por 3 h com aproximadamente 50.000 cpm de 125I- (Tyr2)-NDP em 0,5 ml de meio de ligação com 25 mmol/L de ácido N- (2-hidroxietil)-piperazina-N-(2-etanossulfônico), 0,2% de BSA e 0,3 mmol/L de 1,10-fenantrolina], com concentrações de (Arg11)CCMSH variando de 10 a 13 até 10 a 5 mol/L. A radioatividade nas células e no meio vão ser coletadas e medidas separadamente, e os dados serão processados para computer o valor da IC50 do peptídeo Re(Arg11)CCMSH com o pacote de software Kell (Biosoft, MO).[00301] Competitive binding tests. B16/F1 murine melanoma lines positive for the MC1R receptor will be used. ReCCMSH(Arg11) peptide IC50 values, the peptide concentration required to inhibit 50% of radioligand binding, will be determined using 125I-(Tyr2)-NDP7, a radioiodinated α-MSH analog with picomolar affinity for the MC1R. Single wells will be incubated at 25° C. for 3 h with approximately 50,000 cpm of 125I-(Tyr2)-NDP in 0.5 ml of binding medium with 25 mmol/L of N-(2-hydroxyethyl) acid -piperazine-N-(2-ethanesulfonic acid), 0.2% BSA and 0.3 mmol/L 1,10-phenanthroline], with (Arg11)CCMSH concentrations ranging from 10 to 13 to 10 to 5 mol/ L. Radioactivity in the cells and medium will be collected and measured separately, and the data will be processed to calculate the IC50 value of the Re(Arg11)CCMSH peptide with the Kell software package (Biosoft, MO).

[00302] Teste de Quantificação de Receptor. Alíquotas de 5*105 células B16/F1 vão ser adicionadas às cavidades, cultivadas em 200 μL de meio RPMI, e incubadas a 37° C. por 1,5 h na presença de concentrações crescentes de 125I-(Tyr2)-NDP (a partir de 2,5 até 100 nCi) em 0,5 mL de meio de ligação (MEM com 25 mM de HEPES, pH 7,4). As células vão ser lavadas com 0,5 mL de gelado, pH 7,4, 0,2% de BSA/0,01 M de PBS duas vezes, e o nível de atividade associado com a fração celular vai ser medido em um contador Y. Ligação inespecífica vai ser determinada incubando as células e 125I-(Tyr2)-NDP com NDP não radioativo em uma concentração final de 10 μM. Gráficos de Scatchard vão ser obtidos traçando a proporção de ligação específica a 125I-(Tyr2)-NDP livre versus a concentração de ligação específica (fmol/milhão de células); Bmax, o número máximo de síitos de ligação, é a interceptação X da linha de regressão linear.[00302] Receptor Quantification Test. Aliquots of 5*105 B16/F1 cells will be added to the wells, cultured in 200 μL of RPMI medium, and incubated at 37° C. for 1.5 h in the presence of increasing concentrations of 125I-(Tyr2)-NDP (a from 2.5 to 100 nCi) in 0.5 mL of binding medium (MEM with 25 mM HEPES, pH 7.4). The cells will be washed with 0.5 mL of ice-cold, pH 7.4, 0.2% BSA/0.01 M PBS twice, and the activity level associated with the cellular fraction will be measured in a counter. Y. Nonspecific binding will be determined by incubating the cells and 125I-(Tyr2)-NDP with non-radioactive NDP at a final concentration of 10 μM. Scatchard plots will be obtained by plotting the proportion of specific binding to free 125I-(Tyr2)-NDP versus the concentration of specific binding (fmol/million cells); Bmax, the maximum number of connection sites, is the X-intercept of the linear regression line.

[00303] Linhagens de melanoma murino B16/F1 (5*105 in PBS) vão ser injetadas por via subcutânea nas patas posteriores de camundongos nude machos (6 a 8 semanas de idade). Os tumores vão ser deixados para crescer por 10 a 14 dias até 0,5 a 0,9 cm3 de tamanho.[00303] B16/F1 murine melanoma lines (5*105 in PBS) will be injected subcutaneously into the hind paws of male nude mice (6 to 8 weeks old). The tumors will be left to grow for 10 to 14 days to 0.5 to 0.9 cm3 in size.

[00304] Biodistribuição: Uma pequena quantidade do conjugado de 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11)-nanopartícula (~10 μCi, 0.20 μg) vai ser injetada por via intravenosa em cada um dos camundongos carregando tumores B16/F1 palpáveis. Os animais serão sacrificados em pontos do tempo selecionados depois de injeção (2, 4, 24, 48, 72 horas; n = 4 a 5/ ponto do tempo) e os tecidos desejados serão removidos, pesados, e contados para radioatividade acumulada. Camundongos adicionais (n = 5) injetados com o constructo radiomarcado nativo, 64Cu-DOTA- ReCCMSH(Arg11) (~10 μCi, 0,20 μg) vão servir como o grupo de con-trole, e avaliados 1 h pós injeção. De modo a examinar a especificidade da captação in vivo, um grupo adicional de camundongos (ponto do tempo de 2 h) vai ser pré-injetado com 20 μg de NDP para agir como um bloqueio de receptor imediatamente antes da injeção do conjugado de nanopartícula de 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11). Órgãos grandes e tecidos vão ser pesados e contados em contador gama, e vai ser de-terminada a percentagem de dose injetada por grama (% da DI/g).[00304] Biodistribution: A small amount of the 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11)-nanoparticle conjugate (~10 μCi, 0.20 μg) will be injected intravenously into each of the mice carrying palpable B16/F1 tumors. Animals will be sacrificed at selected time points after injection (2, 4, 24, 48, 72 hours; n = 4 to 5/time point) and desired tissues will be removed, weighed, and counted for accumulated radioactivity. Additional mice (n = 5) injected with the native radiolabeled construct, 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11) (~10 μCi, 0.20 μg) will serve as the control group, and evaluated 1 h post injection. In order to examine the specificity of uptake in vivo, an additional group of mice (2 h time point) will be pre-injected with 20 μg of NDP to act as a receptor blockade immediately prior to injection of the NDP nanoparticle conjugate. 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11). Large organs and tissues will be weighed and counted in a gamma counter, and the percentage of dose injected per gram will be determined (% of DI/g).

[00305] Imagiologia por NIRF Serial In Vivo. Em paralelo com os estudos por PET abaixo, vai ser realizada NIR (imagiologia tomográfi- ca por fluorescência, FMT 225, Visen, Woburn, Mass.) usando um feixe de laser NIR de varredura a 680 nm ajustável e CCD antes e depois de injeção i.v. dos animais portadores de tumor (n = 10). Os camundongos vão ser mantidos sob anestesia contínua com isoflurano, e colocados em um cassete de imagiologia multimodal portátil (compatível com tanto nosso FMT 2500 quanto com Focus 120 microPET) para varredura por FMT antes e depois de injeção (1, 2, 4, 6, 12, 24, 48 e 72 horas). A imagem de fluorescência NIR, medida durante um período de 1 a 10 minutos, vai ser reconstruída usando o software proprietário Visen e sobreposta sobre uma fotografia normal do camundongo. Os dados de imagiologia são quantitativos, uma vez que a intensidade medida é diretamente relacionada com a concentração de fluoróforo NIR, permitindo que sejam gerados mapas paramétricos das concentrações absolutas de fluoróforo para co-registro com os dados de imagiologia por PET adquiridos.[00305] NIRF Serial In Vivo Imaging. In parallel with the PET studies below, NIR (fluorescence tomographic imaging, FMT 225, Visen, Woburn, Mass.) will be performed using an adjustable 680 nm scanning NIR laser beam and CCD before and after injection. i.v. of tumor-bearing animals (n = 10). Mice will be maintained under continuous isoflurane anesthesia, and placed in a portable multimodal imaging cassette (compatible with both our FMT 2500 and Focus 120 microPET) for FMT scanning before and after injection (1, 2, 4, 6 , 12, 24, 48 and 72 hours). The NIR fluorescence image, measured over a period of 1 to 10 minutes, will be reconstructed using proprietary Visen software and superimposed over a normal photograph of the mouse. The imaging data is quantitative as the measured intensity is directly related to the NIR fluorophore concentration, allowing parametric maps of absolute fluorophore concentrations to be generated for co-registration with the acquired PET imaging data.

[00306] Aquisição e Análise de Imagiologia por PET Dinâmica. Dois grupos de camundongos portadores de tumor (n = 5/ grupo) vão ser colocados no cassete de imagiologia para estudos de co-registro se-quencial por PET-óticos. Os camundongos vão ser injetados por via intravenosa (i.v.); um com conjugados de nanopartículas 64Cu-DOTA- ReCCMSH(Arg11) radiomarcadas e o segundo com constructos de 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11) nativos. Depois de injeção, imagens por PET dinâmica por 1 horas vão ser adquiridas usando um Focus 120 microPET® (Concorde Microsystems, TN). Aquisições por uma hora em list-mode são iniciadas no momento da injeção IV de sonda radiomarcada (~1 mCi). Os dados resultantes em list-mode vão ser reconstruídos em uma matriz de 128x128x96 por retro-projeção filtrada. Análises das regiões de interesse (ROI) de imagens reconstruídas são realizadas usando o software ASIPro® (Concorde Microsystems, TN) para determinar a captação de radiotraçador média e o desvio padrão (% da DI/g) em tumores, em outros órgãos / tecidos, e no ventrículo esquerdo (LV). Modelagem cinéticas dos dados dos rastreadores vai permitir estimativa dos parâmetros farmacocinéticos, incluindo liberação, clearance, e volume de distribuição. Conforme mencionado, um input de sangue arterial é medido usando uma região de interesse colocada sobre o ventrículo esquerdo (como uma medida da atividade sanguínea). Dados adicionais vão ser obtidos a partir de imagens estáticas nos pontos do tempo do 24 hr, 48 hr, 72 hr depois de injeção.[00306] Dynamic PET Image Acquisition and Analysis. Two groups of tumor-bearing mice (n = 5/group) will be placed in the imaging cassette for PET-optical sequential co-registration studies. The mice will be injected intravenously (i.v.); one with radiolabeled 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11) nanoparticle conjugates and the second with native 64Cu-DOTA-ReCCMSH(Arg11) constructs. After injection, 1-hour dynamic PET images will be acquired using a Focus 120 microPET® (Concorde Microsystems, TN). Acquisitions for one hour in list-mode are initiated at the time of IV injection of radiolabeled probe (~1 mCi). The resulting list-mode data will be reconstructed into a 128x128x96 matrix by filtered back-projection. Regions of interest (ROI) analyzes of reconstructed images are performed using ASIPro® software (Concorde Microsystems, TN) to determine mean radiotracer uptake and standard deviation (% DI/g) in tumors, other organs/tissues , and in the left ventricle (LV). Kinetic modeling of tracer data will allow estimation of pharmacokinetic parameters, including release, clearance, and volume of distribution. As mentioned, arterial blood input is measured using a region of interest placed over the left ventricle (as a measure of blood activity). Additional data will be obtained from still images at time points 24 hr, 48 hr, 72 hr after injection.

[00307] Microscopia por fluorescência e autorradiografia de tecidos. Uma combinação de tecnologias de imagiologia ótica apresentando escalas espaciais progressivamente menores (isto é, imagiologia por fluorescência do corpo inteiro, macroscopia por fluorescência, e mi-croscopia de varredura a laser confocal por fluorescência in vivo) vão ser utilizadas para imagiologia de tumores em animais intactos vivos em 72 horas pós injeção. Os camundongos vão ser mantidos sob anestesia contínua com isofluoraneo, deste modo permitindo detecção e localização do sinal de fluorescência do animal inteiro / nível de órgão para o nível celular sobre uma faixa de ampliações. Imagiologia macroscópica do animal inteiro vai ser realizada com estereomicros- cópio de fluorescência (Visen; Nikon SMZ1500) equipado com séries de filtros de fluorescência Cy5 e câmeras de CCD. Vão ser desenvolvidas capacidades de microscopia de varredura a laser confocal de fluorescência. Os camundongos vão ser em seguida eutanizados para autorradiografia de modo a mapear as biodistribuições de rastreadores em produtividade de alta resolução do volume tumoral. Os tumores vão ser excisados, congelados rapidamente, seccionados serialmente (seções de 100 μ) e montados em lâminas, com pedaços alternados colocados em contato com uma placa de fósforo em um cassete à prova de luz (até 1 semana). Coloração por H&E vai ser realizada sobre as seções consecutivas remanescentes. Os achados autorradio- gráficos vão ser correlacionados com os dados de imagiologia por PET e com os resultados histológicos.[00307] Fluorescence microscopy and tissue autoradiography. A combination of optical imaging technologies featuring progressively smaller spatial scales (i.e., whole-body fluorescence imaging, fluorescence macroscopy, and in vivo confocal laser scanning microscopy) will be used to image tumors in animals. intact alive within 72 hours post injection. Mice will be maintained under continuous isofluorane anesthesia, thereby allowing detection and localization of the fluorescence signal from the whole animal/organ level to the cellular level over a range of magnifications. Macroscopic imaging of the whole animal will be performed with a fluorescence stereomicroscope (Visen; Nikon SMZ1500) equipped with a series of Cy5 fluorescence filters and CCD cameras. Fluorescence confocal laser scanning microscopy capabilities will be developed. The mice will then be euthanized for autoradiography in order to map tracer biodistributions in high-resolution tumor volume throughput. Tumors will be excised, snap-frozen, serially sectioned (100 μ sections), and mounted on slides, with alternating pieces placed in contact with a phosphor plate in a light-tight cassette (up to 1 week). H&E staining will be performed on the remaining consecutive sections. Autoradiographic findings will be correlated with PET imaging data and histological results.

[00308] Os radionuclídeos terapêuticos 177Lu ou 90Y podem ser al-ternativamente usados para radioterapia direcionada. Na estimativa da maior dose possível de 177Lu não resultando em morte de animais e resultando em menos de 20% de perda de peso (MTD), vai ser realizado um estudo de escalonamento de dose em camundongos nude portadores de tumor. As doses de radiofármaco suspeitas de estarem em (ou próximas) da MTD com base em valores da literatura para 177Lu vão ser avaliadas.[00308] Therapeutic radionuclides 177Lu or 90Y can alternatively be used for targeted radiotherapy. In estimating the highest possible dose of 177Lu not resulting in animal death and resulting in less than 20% weight loss (MTD), a dose escalation study will be carried out in tumor-bearing nude mice. Radiopharmaceutical doses suspected to be at (or close to) the MTD based on literature values for 177Lu will be evaluated.

Exemplo 10Example 10

[00309] Nanopartículas Fluorescentes Funcionalizadas para Conjugar com Ligante e Agente de Contraste Através de "Quimica de Click"[00309] Functionalized Fluorescent Nanoparticles to Conjugate with Ligand and Contrast Agent Through "Click Chemistry"

Síntese de Nanopartículas Contendo Grupamentos Funcionais Versáteis para Subsequente Conjugação de Ligante (por exemplo, Peptí- deos) e Agente de contraste (por exemplo, Radionuclídeos).Synthesis of Nanoparticles Containing Versatile Functional Groups for Subsequent Conjugation of Ligand (e.g., Peptides) and Contrast Agent (e.g., Radionuclides).

[00310] De modo a sintetizar uma série de constructos de nanopar- tícula-peptídeo-quelato adequados para radiomarcação de atividade altamente específica, uma abordagem de "química de click" pode ser usada para funcionalizar a superfície da nanopartícula (Figura 17). Este método se baseia na cicloadição de azida catalisada por cobre para uma ligação tripla. A referida abordagem vai permitir uma grande versatilidade para explorar aplicações multimodalidades.[00310] In order to synthesize a series of nanoparticle-peptide-chelate constructs suitable for radiolabeling of highly specific activity, a "click chemistry" approach can be used to functionalize the nanoparticle surface (Figure 17). This method is based on the copper-catalyzed cycloaddition of azide to a triple bond. This approach will allow great versatility to explore multimodal applications.

[00311] Síntese e caracterização de nanopartículas. Os grupamentos de PEG que vão ser anexados de modo covalente serão produzidos seguindo o esquema na Figura 14. PEG vai ser anexado de modo covalente à nanopartícula através do grupamento de silano. Caminhos químicos de rotina vão ser usados para a produção do PEG funcionali- zado com ligações triplas.[00311] Synthesis and characterization of nanoparticles. The PEG groups that will be covalently attached will be produced following the scheme in Figure 14. PEG will be covalently attached to the nanoparticle through the silane group. Routine chemical pathways will be used to produce PEG functionalized with triple bonds.

[00312] Funcionalização de nanopartículas com ligações triplas. De modo a sintetizar os PEGs bifuncionalizados, a primeira etapa vai empregar a reação bem estudada de éster carboxílico ativado com amina alifática (Figura 18). Alternativamente, pode ser usada outra amina carregando ligação tripla adequada, por exemplo, p-aminofenila- cetileno. A segunda etapa da síntese também se baseia em uma reação de conjugação de conhecimento geral.[00312] Functionalization of nanoparticles with triple bonds. In order to synthesize bifunctionalized PEGs, the first step will employ the well-studied reaction of activated carboxylic ester with aliphatic amine (Figure 18). Alternatively, another amine carrying a suitable triple bond may be used, for example p-aminophenylacetylene. The second stage of the synthesis is also based on a general knowledge conjugation reaction.

Síntese e Caracterização Fisicoquímica de Nanopartículas Funcionali-zadas Conjugadas com Peptídeos e Quelatos de Modelo.Synthesis and Physicochemical Characterization of Functionalized Nanoparticles Conjugated with Model Peptides and Chelates.

[00313] A nanopartícula funcionalizada contém tanto (A) desferri- oxamina B (DFO) para subsequente radiomarcação da atividade alta-mente específica com o zircônio 89 emissor de pósitrons (89Zr) quanto (B) o peptídeo de direcionamento de SSTR, octreotato.[00313] The functionalized nanoparticle contains both (A) desferrioxamine B (DFO) for subsequent radiolabeling of highly specific activity with the positron-emitting zirconium 89 (89Zr) and (B) the SSTR targeting peptide, octreotate.

[00314] Síntese de DFO com uma ligação de azida. DFO com um grupamento de azida vai ser produzido por reação de DFO-B com ácido pazido benzóico ) (Figura 19) e purificado. A reação de "química de click" é uma cicloadição 1,3-dipolar em temperatura ambiente e as condições são frequentemente referidas como "Condições de Huigsen". Embora as reações de modo geral possam ser completadas em temperatura ambiente em etanol, pode ser apropriado aquecer a reação. O catalisador é frequentemente Cu(I)Br, porém alternativas incluem Cu(I)I ou Cu(II)SO4 (com um redutor). Knor et al. Synthesis of novel 1,4,7,10-tetraazacyclodecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) derivatives for chemoselective attachment to unprotected polyfunctio-nalized compounds. Chemistry, 2007; 13:6082-90. Reações de click também podem ser realizadas na ausência de qualquer catalisador. Alternativamente, o grupamento NH3+ em DFO-B pode ser convertido diretamente em um grupamento de azida.[00314] Synthesis of DFO with an azide linkage. DFO with an azide group will be produced by reacting DFO-B with benzoic Pazido acid) (Figure 19) and purified. The "click chemistry" reaction is a 1,3-dipolar cycloaddition at room temperature and the conditions are often referred to as "Huigsen Conditions". Although reactions can generally be completed at room temperature in ethanol, it may be appropriate to heat the reaction. The catalyst is often Cu(I)Br, but alternatives include Cu(I)I or Cu(II)SO4 (with a reductant). Knor et al. Synthesis of novel 1,4,7,10-tetraazacyclodecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) derivatives for chemoselective attachment to unprotected polyfunctionalized compounds. Chemistry, 2007; 13:6082-90. Click reactions can also be carried out in the absence of any catalyst. Alternatively, the NH3+ group in DFO-B can be converted directly to an azide group.

[00315] Síntese de Tyr3-octreotato com uma azida. Síntese de peptídeo de fase sólida (SPPS) de Tyr3-octreotato (Figura 20A) vai ser realizada em um sintetizador de peptídeo. Em resumo, a síntese vai envolver o método do Fmoc (9-fluorenilmetoxicarbonil) conforme previamente descrito para este peptídeo. Em resumo, o protocolo de instrumento requer 25 μmol de aminoácidos protegidos com Fmoc subsequentes ativados por uma combinação de 1-hidroxibenzotriazol (HOBt) e hexafluorofosfato de 2-(1H-benzotriazol-1-il)-1,1,3,3- tetrametilurônio (HBTU). Os aminoácidos protegidos com Fmoc vão ser adquiridos comercialmente a menos que declarado de modo diverso; os aminoácidos pré-embalados vão ser obtidos da Perkin-Elmer (Norwalk, Conn.), ao passo que os indisponíveis em forma pré- embalada, tais como os Daminoácidos e Fmoc-Cys(Acm) vão ser supridos pela BACHEM Bioscience, Inc. (King of Prussia, Pa.) ou Nova- biochem (San Diego, CA.). O grupamenot de azida (para a química de "click") vai ser introduzido na estrutura do peptídeo através de ligação de um ácido contendo azida ao N-término do peptídeo, enquanto o peptídeo ainda está protegido e anexado à resina (Figura 20B).[00315] Synthesis of Tyr3-octreotate with an azide. Solid phase peptide synthesis (SPPS) of Tyr3-octreotate (Figure 20A) will be performed on a peptide synthesizer. In summary, the synthesis will involve the Fmoc (9-fluorenylmethoxycarbonyl) method as previously described for this peptide. In summary, the instrument protocol requires 25 μmol of subsequent Fmoc-protected amino acids activated by a combination of 1-hydroxybenzotriazole (HOBt) and 2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3- hexafluorophosphate. tetramethyluronium (HBTU). Fmoc-protected amino acids will be purchased commercially unless otherwise stated; prepackaged amino acids will be obtained from Perkin-Elmer (Norwalk, Conn.), while those unavailable in prepackaged form, such as Damino Acids and Fmoc-Cys(Acm) will be supplied by BACHEM Bioscience, Inc. (King of Prussia, Pa.) or Novabiochem (San Diego, CA.). The azide groupamenoth (for "click" chemistry) will be introduced into the peptide backbone by attaching an azide-containing acid to the N-terminus of the peptide, while the peptide is still protected and attached to the resin (Figure 20B).

[00316] Síntese de nanopartículas funcionalizadas. A etapa seguinte vai ser conjugar tanto o DFO tendo uma ligação de azida quanto Tyr3- octreotato tendo uma ligação de azida (Figuras 21A e B) à nanopartícula. A "química de click" é altamente seletiva, quantitativa e pode ser rea-lizada muito rapidamente e usando condições brandas. O número de grupamentos de azida combinados de DFO e Tyr3-octreotato vai ser controlado de modo a nunca exceder o número de ligações triplas dis-poníveis; as ligações triplas vão estar sempre em <5% de excesso.[00316] Synthesis of functionalized nanoparticles. The next step will be to conjugate both DFO having an azide linkage and Tyr3-octreotate having an azide linkage (Figures 21A and B) to the nanoparticle. "Click chemistry" is highly selective, quantitative and can be carried out very quickly and using mild conditions. The number of combined azide groups of DFO and Tyr3-octreotate will be controlled so as never to exceed the number of available triple bonds; triple bonds will always be in <5% excess.

[00317] Caracterização de nanopartículas funcionalizadas. O número médio de peptídeo de quelatos DFO por nanopartícula vai ser de-terminado realizando um teste de diluição isotópica de rotina com 89Zr (ou 68Ga). 89Zr vai ser produzido em cyclotron e purificado. Em resumo, 10 concentrações de 89Zr-oxalato vão ser adicionadas a soluções contendo uma quantidade conhecida de nanopartículas derivadas de DFO. Depois de uma incubação por 30 min. em temperatura ambiente, as soluções vão ser pontilhadas sobre placas de vidro revestidas com sílica gel, desenvolvidas em 1:1 de 10% de acetato de amônio para metanol (com EDTA) e analisadas por radio-TLC. Considerando que as nanopartículas derivadas de 89Zr-DFO vão permanecer na origem, 89Zr ligado inespecificamente a EDTA vai migrar. A percentagem de eficiência de marcação vai ser plotada como uma função do total de nanomoles de 89Zr adicionado à mistura da reação. O número de quelatos anexados à nanopartícula pode ser então determinado a partir do ponto de inflexão desta curva.[00317] Characterization of functionalized nanoparticles. The average number of DFO chelate peptides per nanoparticle will be determined by performing a routine isotopic dilution test with 89Zr (or 68Ga). 89Zr will be produced in a cyclotron and purified. In summary, 10 concentrations of 89Zr-oxalate will be added to solutions containing a known amount of DFO-derived nanoparticles. After incubation for 30 min. at room temperature, the solutions will be dotted onto glass plates coated with silica gel, developed in 1:1 of 10% ammonium acetate to methanol (with EDTA) and analyzed by radio-TLC. Whereas nanoparticles derived from 89Zr-DFO will remain at the origin, 89Zr bound nonspecifically to EDTA will migrate. The percent labeling efficiency will be plotted as a function of the total nanomoles of 89Zr added to the reaction mixture. The number of chelates attached to the nanoparticle can then be determined from the inflection point of this curve.

[00318] O número médio de peptídeo Tyr3-octreotato por nanopartícula vai ser determinado avaliando a ponte de dissulfeto de Tyr3- octreoato. Em resumo, as ligações de dissulfeto do Tyr3-octreotato podem ser clivadas quantitativamente por excesso de sulfito de sódio em pH 9,5 e temperatura ambiente. DTNB ou reagente de Elman pode ser usado para quantificar tióis em proteínas por medições de absor- ção. Forma prontamente um dissulfeto misto com tióis, liberando o cromóforo ácido 5-merapto-2-nitrobenzóico (absorção máxima de 410 nm). Somente tióis de proteínas que estão acessíveis a este reagente hidrossol'~uvel são modificados. Alternativamente, pode ser usado o kit Measure-iT® Thiol Assay Kit da Invitrogen.[00318] The average number of Tyr3-octreotate peptide per nanoparticle will be determined by evaluating the Tyr3-octreoate disulfide bond. In summary, the disulfide bonds of Tyr3-octreotate can be quantitatively cleaved by excess sodium sulfite at pH 9.5 and room temperature. DTNB or Elman's reagent can be used to quantify thiols in proteins by absorption measurements. It readily forms a mixed disulfide with thiols, releasing the chromophore 5-merapto-2-nitrobenzoic acid (maximum absorption 410 nm). Only protein thiols that are accessible to this water-soluble reagent are modified. Alternatively, the Measure-iT® Thiol Assay Kit from Invitrogen can be used.

Teste In Vivo em Modelos Tumorais Adequados.In Vivo Testing in Appropriate Tumor Models.

[00319] Vão ser gerados modelos de xenoenxerto subcutâneo usando camundongos SCID fêmeas portadores de tumor AR42J. Em resumo, células AR42J (1x107), vão ser injetadas por via subcutânea nos flancos de camundongos SCID fêmeas. Os tumores vão ser deixados para crescer 10 a 12 dias até 0,5 a 0,9 cm3 de tamanho.[00319] Subcutaneous xenograft models will be generated using female SCID mice bearing AR42J tumor. In summary, AR42J cells (1x107) will be injected subcutaneously into the flanks of female SCID mice. The tumors will be left to grow for 10 to 12 days to 0.5 to 0.9 cm3 in size.

[00320] Espera-se que radiomarcação das DFO-nanopartícula por 89Zr prossiga em <15 min. em temperatura ambiente. 89Zr ligado ines- pecificamente vai ser removido por adição de EDTA seguida por uma etapa de filtração por gel.[00320] Radiolabeling of DFO-nanoparticles by 89Zr is expected to proceed in <15 min. at room temperature. Nonspecifically bound 89Zr will be removed by addition of EDTA followed by a gel filtration step.

[00321] Testes de ligação de receptor. Os testes de ligação de receptor vão ser realizados usando 89Zr-DFO-nanopartículas sobre membranas obtidas a partir de tumores AR42J. Os ligantes concorrentes, natZr-DFO-Nanopartículas e natZr-DFO-octreotato vão ser preparados por meio da reação de oxalato de zircônio natural de alta pureza com DFO-octreotato e DFO-Nanopartículas, respectivamente. A pureza dos produtos finais vai ser confirmada por HPLC. Os valores da IC50 vão ser determinados de acordo com métodos previamente publicados, usando o sistema de teste Millipore MultiScreen (Bedford, Mass.). Análise dos dados vai ser realizada usando os programas GraFit (Erithacus Software, Reino Unido), LIGAND (NIH, Bethesda, Md.), e GraphPad PRISM® (San Diego, CA.).[00321] Receptor binding tests. Receptor binding tests will be performed using 89Zr-DFO-nanoparticles on membranes obtained from AR42J tumors. The competing ligands, natZr-DFO-Nanoparticles and natZr-DFO-octreotate, will be prepared by reacting high-purity natural zirconium oxalate with DFO-octreotate and DFO-Nanoparticles, respectively. The purity of the final products will be confirmed by HPLC. IC50 values will be determined according to previously published methods using the Millipore MultiScreen test system (Bedford, Mass.). Data analysis will be performed using the programs GraFit (Erithacus Software, United Kingdom), LIGAND (NIH, Bethesda, Md.), and GraphPad PRISM® (San Diego, CA.).

[00322] Testes in vitro. As células AR42J vão ser colhidas a partir de monocamadas com solução de dissociação celular (Cell Dissociation Solution, da Sigma Chemical Co., St. Louis, Mo.) e ressuspendi- das em meio DMEM fresco em uma concentração de 2x106 célu- las/mL. Uma alíquota de cerca de 0,3 pmol de 89Zr-DFO- nanopartículas vai ser adicionada a 10 mL de células, incubadas a 37° C. com agitação contínua. Em 1, 5, 15, 30, 45, 60 e 120 min alíquotas de 200 μL em triplicate vão ser removidas e colocadas sobre gelo. As células vão ser isoladas imediatamente por centrifugação, e vai ser calculada a % de captação do composto dentro das células.[00322] In vitro tests. AR42J cells will be harvested from monolayers with cell dissociation solution (Cell Dissociation Solution, from Sigma Chemical Co., St. Louis, Mo.) and resuspended in fresh DMEM medium at a concentration of 2x106 cells/ ml. An aliquot of about 0.3 pmol of 89Zr-DFO- nanoparticles will be added to 10 mL of cells, incubated at 37° C. with continuous shaking. At 1, 5, 15, 30, 45, 60 and 120 min aliquots of 200 μL in triplicate will be removed and placed on ice. The cells will be isolated immediately by centrifugation, and the % uptake of the compound into the cells will be calculated.

[00323] Biodistribuição. Uma pequena quantidade das 89Zr-DFO- nanopartículas (~10 μCi, 0,20 μg) vai ser injetada por via intravenosa em cada um dos camundongos carregando tumores palpáveis positivos para AR42J. Os animais vão ser sacrificados em pontos do tempo selecionados depois de injeção (1, 4, 24, 48, 72 horas; n = 4 a 5) e os tecidos desejados vão ser removidos, pesados, e contados para acu-mulação de radioatividade. Dois grupos de controle adicionais vão ser estudados em 1 h pós-injeções: (A) camundongos injetados com o peptídeo radiomarcada nativo 89Zr-DFO-octreotato (~10 μCi, 0,20 μg), e (B) camundongos pré-injetados com um bloqueio de Tyr3-octreotato (150 μg) para demonstrar acumulação, mediada por receptor, das 89Zr- DFO-nanopartículas. Tecidos incluindo sangue, pulmão, fígado, baço, rim, adrenais (positivo para STTR) músculo, pele, gordura, coração, cérebro, osso, pâncreas (positivo para STTR), intestino delgado, intestino grosso, e tumor AR42J vão ser contados. A percentagem de dose injetada por grama (% da DI/g) e a percentagem de dose injetada por órgão (% da DI/ órgão) vão ser calculadas por comparação com uma solução padrão pesada e contada.[00323] Biodistribution. A small amount of the 89Zr-DFO-nanoparticles (~10 μCi, 0.20 μg) will be injected intravenously into each of the mice carrying palpable AR42J-positive tumors. Animals will be sacrificed at selected time points after injection (1, 4, 24, 48, 72 hours; n = 4 to 5) and desired tissues will be removed, weighed, and counted for radioactivity accumulation. Two additional control groups will be studied at 1 h post-injections: (A) mice injected with the native radiolabeled peptide 89Zr-DFO-octreotate (~10 μCi, 0.20 μg), and (B) mice pre-injected with a Tyr3-octreotate block (150 μg) to demonstrate receptor-mediated accumulation of 89Zr-DFO-nanoparticles. Tissues including blood, lung, liver, spleen, kidney, adrenals (STTR positive) muscle, skin, fat, heart, brain, bone, pancreas (STTR positive), small intestine, large intestine, and AR42J tumor will be counted. The percentage of dose injected per gram (% of DI/g) and the percentage of dose injected per organ (% of DI/organ) will be calculated by comparison with a weighed and counted standard solution.

[00324] Imagiologia por NIRF in vivo. limagiologia serial vai ser realizada usando o sistema Maestro® In Vivo Fluorescence Imaging System (CRI, Woburn, Mass.) em 0, 0,5, 1, 2, 4, 6, 12, 24, 48 e 72 horas. Em 72 horas, os camundongos vão ser eutanizados, e os tecidos / órgãos maiores dissecados, pesados, e colocados em palcas de 6 cavi- dades para imagiologia ex vivo. A emissão de fluorescência vai ser analisada usando regiões de interesse (ROIs) sobre tumor, tecidos se-lecionados, e injetados de referência, empregando algoritmos de des- mistura espectrais para eliminar a autofluorescência. As intensidades de fluorescência e os desvios padrão (SD) vão ser ponderados para grupos de 5 animais. Dividindo as intensidades de fluorescência médias dos tecidos pelos valores dos injetados vai permitir que sejam feitas comparações entre os vários tecidos / órgãos para cada conjugado de nanopartícula injetado.[00324] NIRF imaging in vivo. Serial imaging will be performed using the Maestro® In Vivo Fluorescence Imaging System (CRI, Woburn, Mass.) at 0, 0.5, 1, 2, 4, 6, 12, 24, 48, and 72 hours. Within 72 hours, the mice will be euthanized, and the larger tissues/organs dissected, weighed, and placed in 6-well dishes for ex vivo imaging. Fluorescence emission will be analyzed using regions of interest (ROIs) on tumor, selected tissues, and reference injectates, employing spectral demixing algorithms to eliminate autofluorescence. Fluorescence intensities and standard deviations (SD) will be weighted for groups of 5 animals. Dividing the average fluorescence intensities of the tissues by the values of those injected will allow comparisons to be made between the various tissues/organs for each injected nanoparticle conjugate.

[00325] Imagiologia por PET de animal pequeno in vivo. Imagiologia por PET de animal pequeno vai ser realizado em um sistema micro- PET®-FOCUS® (Concorde Microsystems Inc, Knoxville Tenn.). Camundongos carregando os tumores AR42J (n = 5 por grupo) vão ser anestesiados com 1 a 2% de isoflurano, colocados em uma posição supina, e imobilizados em um suporte preparado customizado. Os camundongos vão receber 200 μCi do complexo de 89Zr-DFO-octreotato- nanopartícula através da veia da cauda e vão ser estudados por imagens lado a lado. Inicialmente os animais serão estudados por imagens adquirindo múltiplas varreduras sucessivas de 10 minutos continuamente a partir do momento da injeção durante um frame de tempo de 1 hora, seguidas por aquisições de dados estáticas por 10 min em 2, 4, 24, 48 e 72 horas pós injeção. Valores de captação padrão (SUVs) serão gerados a partir de regiões de interesse (ROIs) desenhadas sobre o tumor e outros órgãos de interesse. Co-registro das imagens de PET scan vai ser obtido em combinação com uma câmera microCAT-II (Imtek Inc., Knoxville, Tenn.), a qual proporciona imagens anatômicas de alta resolução por X-ray CT. O registro de imagens entre imagens por microCT e PET scan vai ser realizado usando uma técnica de registro de referência e o software de display de imagem AMIRA (AMIRA, TGS Inc, San Diego, CA.). O método de registro prossegue por rígida transformação das imagens de microCT de refe-rências proporcionadas por marcas de referências diretamente afixadas à cama do animal.[00325] In vivo small animal PET imaging. Small animal PET imaging will be performed on a micro-PET®-FOCUS® system (Concorde Microsystems Inc, Knoxville Tenn.). Mice carrying AR42J tumors (n = 5 per group) will be anesthetized with 1 to 2% isoflurane, placed in a supine position, and immobilized on a custom-prepared support. The mice will receive 200 μCi of the 89Zr-DFO-octreotate-nanoparticle complex via the tail vein and will be studied by side-by-side imaging. Initially the animals will be imaged by acquiring multiple successive 10 minute scans continuously from the time of injection over a 1 hour time frame, followed by static data acquisitions for 10 min at 2, 4, 24, 48 and 72 hours. post injection. Standard uptake values (SUVs) will be generated from regions of interest (ROIs) drawn over the tumor and other organs of interest. Co-registration of PET scan images will be achieved in combination with a microCAT-II camera (Imtek Inc., Knoxville, Tenn.), which provides high-resolution anatomical images by X-ray CT. Image registration between microCT and PET scan images will be performed using a reference registration technique and AMIRA image display software (AMIRA, TGS Inc, San Diego, CA.). The registration method proceeds by rigid transformation of the microCT reference images provided by reference marks directly affixed to the animal's bed.

[00326] Medições farmacocinéticas. Os dados de biodistribuição e de PET dinâmica vão proporcionar a concentração temporal de 89Zr- DFO-octreotato-nanopartícula no tecido a qual vai permitir a caracterização dos parâmetros farmacocinéticos do agente.[00326] Pharmacokinetic measurements. Biodistribution and dynamic PET data will provide the temporal concentration of 89Zr-DFO-octreotate-nanoparticle in the tissue, which will allow the characterization of the agent's pharmacokinetic parameters.

[00327] Microscopia por fluorescência e autorradiografia dos tecidos ex vivo. Vai ser realizada a localização de conjugados de nanopartículas em tecidos sobre seções congeladas. Imagiologia por microPET vai nos permitir avaliar totalmente a distribuição global em tumores e em outros tecidos não-alvo. Depois do estágio aguda do teste de imagiologia, também vai ser realizada autorradiografia sobre os tumores, e estes dados vão ser correlacionados tanto com a imagiologia por PET quanto com os resultados histológicos. Cortes consecutivos (~10 μm) vão ser tomados, alternando cortes para autorradiografia e para análise histológica. Estas seções também vão ser analisadas por microscopia por fluorescência multicanal no canal próximo ao infravermelho.[00327] Fluorescence microscopy and autoradiography of ex vivo tissues. The localization of nanoparticle conjugates in tissues on frozen sections will be carried out. MicroPET imaging will allow us to fully assess global distribution in tumors and other non-target tissues. After the acute stage of the imaging test, autoradiography will also be performed on the tumors, and this data will be correlated with both PET imaging and histological results. Consecutive sections (~10 μm) will be taken, alternating sections for autoradiography and histological analysis. These sections will also be analyzed by multichannel fluorescence microscopy in the near-infrared channel.

Exemplo 11Example 11 Estudos de Internalização de PartículasParticle Internalization Studies

[00328] A meta deste estudo é avaliar a ligação e a internalização das presentes nanopartículas para avaliar sua localização emorgane- las subcelulares e a exocitose. Isto vai ajudar a estudar o destino de partículas funcionalizadas com diferentes porções de direcionamento e as terapias anexadas. Por exemplo, tanto nanopartículas diagnósticas (por exemplo, revestidas com PEG não direcionadas versus nanopar-tículas revestidas com cRGD-PEG) quanto nanopartículas terapêuticas (por exemplo, cRGD-PEG-nanopartículas anexadas a iodo para radio-terapia, anexadas a inibidores de tirosina quinase, ou anexadas a fár- macos quimioterápicos tais como Taxol.)[00328] The goal of this study is to evaluate the binding and internalization of the present nanoparticles to evaluate their localization in subcellular organelles and exocytosis. This will help study the fate of functionalized particles with different targeting moieties and the attached therapies. For example, both diagnostic nanoparticles (e.g., non-targeting PEG-coated versus cRGD-PEG coated nanoparticles) and therapeutic nanoparticles (e.g., cRGD-PEG-iodine-attached nanoparticles for radiotherapy, attached to tyrosine inhibitors kinase, or attached to chemotherapy drugs such as Taxol.)

Materiais e MétodosMaterials and methods

[00329] Estudos de internalização / captação. Testes de internaliza- ção e de colocalização foram realizados para identificação de caminhos de captação específicos.[00329] Internalization / uptake studies. Internalization and colocalization tests were carried out to identify specific uptake pathways.

[00330] Células de melanoma, incluindo células humanas M21 e de camundongo B16 (~2*105 células/ cavidade), foram laminadas em lâ-minas de câmara de 8 cavidades (1,7 cm2/ cavidade) ou em placas de 24 cavidades (1,9 cm2/ cavidade) com uma sobrelâmina de vidro arre-dondada de 12 mm e incubadas a 37° C. de um dia para o outro. De modo a monitorar a internalização de nanopartículas direcionadas, as células foram incubadas com dots de cRGD-PEG (0,075 mg/ml) por 3 horas a 37° C. De modo a remover partículas não ligadas no meio, as células foram enxaguadas duas vezes com PBS. Microscopia confocal foi realizada em um microscópio confocal invertido Leica (Leica TCS SP2 AOBS) equipdao com uma objetiva HCX PL APO: 63x1.2NA Water DICD para avaliar a co-localização de cRGD-PEG-dots com anticorpos ou corantes específicos para organelas. As imagens foram analisadas usando o software ImageJ versão 1.37 (NIH Image; http://rsbweb.nih.gov/ij/).[00330] Melanoma cells, including human M21 and mouse B16 cells (~2*105 cells/well), were plated on 8-well chamber slides (1.7 cm2/well) or in 24-well plates (1.9 cm2/well) with a 12 mm round glass slide and incubated at 37° C. overnight. In order to monitor internalization of targeted nanoparticles, cells were incubated with dots of cRGD-PEG (0.075 mg/ml) for 3 hours at 37°C. In order to remove unbound particles in the medium, cells were rinsed twice with PBS. Confocal microscopy was performed on a Leica inverted confocal microscope (Leica TCS SP2 AOBS) equipped with a HCX PL APO: 63x1.2NA Water DICD objective to assess the co-localization of cRGD-PEG-dots with organelle-specific antibodies or dyes. Images were analyzed using ImageJ software version 1.37 (NIH Image; http://rsbweb.nih.gov/ij/).

[00331] Testes de Co-localização / Marcadores Ligados a Corante. De modo a identificar vesículas endocíticas envolvidas em internalização de C dots, foram realizados testes de colocalização em células vivas usando marcadores ligados a corante. As células foram coincu- badas com nanopartículas e diferentes corantes. Os corantes incluíram: 100 nM de Lysotracker vermelho por 30 min para marcar organelas acidíferas ao longo do caminho endossômico; 2 μg/mL de conjugado de transferrina Alexa 488 para marcar endossomas de reciclagem e triagem (caminho dependente de clatrina); 1 mg/mL70 kDa de conjugado de dextrano-FITC a 37° C. por 30 min para marcar macropinos- somas.[00331] Co-localization Tests / Dye-Linked Markers. In order to identify endocytic vesicles involved in C dots internalization, colocalization tests were performed in live cells using dye-linked markers. The cells were coincubated with nanoparticles and different dyes. Dyes included: 100 nM Lysotracker red for 30 min to label acidic organelles along the endosomal pathway; 2 μg/mL Alexa 488 transferrin conjugate to label recycling and sorting endosomes (clathrin-dependent pathway); 1 mg/mL70 kDa of dextran-FITC conjugate at 37° C. for 30 min to label macropinosomes.

[00332] Co-localização / Anticorpos específicos para organelas. Vai ser realizada imunocitoquímica com marcadores conhecidos para Golgi e lisossomas. Para Golgi, Giantin (Abcam, policlonal de coelho, 1:2000) vai ser usado para células humanas; GM-130 (BD Pharmin- gen, 1 μg/ml) vai ser usado para células de camundongo. Para Lisossomas, vai ser usado LC3B (Cell Signaling, policlonal de coelho, 0.5 μg/ml).[00332] Co-localization / Organelle-specific antibodies. Immunocytochemistry will be performed with known markers for Golgi and lysosomes. For Golgi, Giantin (Abcam, rabbit polyclonal, 1:2000) will be used for human cells; GM-130 (BD Pharmingen, 1 μg/ml) will be used for mouse cells. For Lysosomes, LC3B (Cell Signaling, rabbit polyclonal, 0.5 μg/ml) will be used.

[00333] Para coloração por Giantin ou LC3B, as células vão ser bloqueadas por 30 minutos em 10% de soro de cabra normal / 0,2% de BSA em PBS. Incubação por anticorpo primário (anticorpo policlonal de coelho anti-Giantin (Abcam catálogo no. ab24586, diluição a 1:2000) ou LC3B (Cell Signaling, C no. 2775, 0,5 ug/ml) vai ser feita por 3 horas, seguida por 60 minutos de incubação com de cabra bioti- nilado anti-IgG de coelho (Vector labs, cat no.: PK6101) em diluição a 1:200. Vai ser realizada detecção com Secondary Antibody Blocker, Blocker D, Streptavidin-HRP D (Ventana Medical Systems) e DAB Detection Kit (Ventana Medical Systems) de acordo com as instruções dos fabricantes.[00333] For Giantin or LC3B staining, cells will be blocked for 30 minutes in 10% normal goat serum / 0.2% BSA in PBS. Incubation by primary antibody (rabbit polyclonal anti-Giantin antibody (Abcam catalog no. ab24586, dilution 1:2000) or LC3B (Cell Signaling, C no. 2775, 0.5 ug/ml) will be done for 3 hours, followed by 60 minutes of incubation with biotinylated goat anti-rabbit IgG (Vector labs, cat no.: PK6101) at 1:200 dilution. Detection will be performed with Secondary Antibody Blocker, Blocker D, Streptavidin-HRP D. (Ventana Medical Systems) and DAB Detection Kit (Ventana Medical Systems) according to the manufacturers' instructions.

[00334] Para coloração por GM-130, as células vão ser bloqueadas por 30 min in Camundongo IgG Blocking reagent (Vector Labs, Cat no.: MKB-2213) em PBS. A incubação do anticorpo primário (monoclonal anti-GM130, da BD Pharmingen; Cat no. 610822, concentração de 1 ug/mL) vai ser feita por 3 horas, seguida por 60 minutos de incubação de anticorpo secundário de camundongo biotinilado (Vector Labs, MOM Kit BMK-2202), em diluição a 1:200. Vai ser realizada detecção com Secondary Antibody Blocker, Blocker D, Streptavidin-HRP D (Ventana Medical Systems) e DAB Detection Kit (Ventana Medical Systems) de acordo com as instruções dos fabricantes.[00334] For GM-130 staining, cells will be blocked for 30 min in Mouse IgG Blocking reagent (Vector Labs, Cat no.: MKB-2213) in PBS. The incubation of the primary antibody (anti-GM130 monoclonal, from BD Pharmingen; Cat no. 610822, concentration of 1 ug/mL) will be done for 3 hours, followed by 60 minutes of incubation with biotinylated mouse secondary antibody (Vector Labs, MOM Kit BMK-2202), diluted at 1:200. Detection will be performed with Secondary Antibody Blocker, Blocker D, Streptavidin-HRP D (Ventana Medical Systems) and DAB Detection Kit (Ventana Medical Systems) according to the manufacturers' instructions.

[00335] Para estudos dependentes da temperatura, as nanopartículas vão ser incubadas com cRGD-PEG-nanopartículas a 4° C., 25° C., e 37° C. para avaliar a fração de superfície ligada versus partículas internalizadas.[00335] For temperature-dependent studies, nanoparticles will be incubated with cRGD-PEG-nanoparticles at 4° C., 25° C., and 37° C. to evaluate the fraction of surface bound versus internalized particles.

[00336] Para estudos da exocitose, as nanopartículas (0,075 mg/ml) vão ser incubadas por 4 horas e lâminas de câmara lavadas com PBS, seguida por adição de meio fresco. Em intervalos de tempo de 0,5, 1,0, 1,5, 2,5, 4,5, e 8,0 horas, as células vão ser lavadas, tripsinizadas, e o sinal de fluorescência das células e do meio medido por fluorime- tria. Em estudos de dose resposta, as células vão ser incubadas sobre uma faixa de concentrações e tempos de incubação, e avaliadas usando citometria de fluxo. Em estudos da viabilidade, a viabilidade celular vai ser medida usando um teste de exclusão de azul de tripano antes e depois de incubação par avaliar para toxicidade. Em estudos de lapso de tempo, o mecanismo de internalização de nanopartícula em células vivas vai ser investigado depois de incubar as células com conjugados de nanopartículas em diferentes temperaturas de incubação (4° C., 25° C., e 37° C.) usando um microscópio confocal invertido durante um período de 12 horas em intervalos de 20 min.[00336] For exocytosis studies, nanoparticles (0.075 mg/ml) will be incubated for 4 hours and chamber slides washed with PBS, followed by addition of fresh medium. At time intervals of 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 4.5, and 8.0 hours, the cells will be washed, trypsinized, and the fluorescence signal of the cells and medium measured. by fluorometry. In dose response studies, cells will be incubated over a range of concentrations and incubation times, and evaluated using flow cytometry. In viability studies, cell viability will be measured using a trypan blue exclusion test before and after incubation to assess for toxicity. In time-lapse studies, the mechanism of nanoparticle internalization in living cells will be investigated after incubating the cells with nanoparticle conjugates at different incubation temperatures (4° C., 25° C., and 37° C.) using an inverted confocal microscope over a 12 hour period at 20 min intervals.

DiscussãoDiscussion

[00337] Foi visto que cRGD-PEG-dots e PEG-dots co-localizam com Lysotracker Red em células M21 e B16 sugerindo captação no caminho endossômico (Figura 22). Os dados mostraram que estas partículas colocalizam fortemente com transferrina e dextrano. Independente da funcionalidade superficial e da carga total, as nanopartículas (6 a 7 nm de diâmetro hidrodinâmico) estudadas pareceram seguir a mesma via. Imagiologia de lapso de tempo em ambos os tipos celulares demonstrou internalização das nanopartículas funcionalizadas dentro de uma pequena fração das células laminadas. As partículas foram eventualmente liberadas para estruturas vesiculares na região perinuclear. Não se espera que testes de colocalização com Giantin (ou GM-130) mostram sinal de nanopartícula fluorescente no Golgi.[00337] It was seen that cRGD-PEG-dots and PEG-dots co-localize with Lysotracker Red in M21 and B16 cells suggesting uptake in the endosomal pathway (Figure 22). The data showed that these particles colocalize strongly with transferrin and dextran. Regardless of surface functionality and total charge, the nanoparticles (6 to 7 nm in hydrodynamic diameter) studied seemed to follow the same pathway. Time-lapse imaging in both cell types demonstrated internalization of the functionalized nanoparticles within a small fraction of the laminated cells. The particles were eventually released into vesicular structures in the perinuclear region. Colocalization tests with Giantin (or GM-130) are not expected to show fluorescent nanoparticle signal in the Golgi.

Exemplo 12Example 12 Nanopartículas de Sílica de Dupla-Modalidade para Mapeamento de Linfonodo Sentinela Intraoperatório e Intervenções Guiadas por Imagem Nanopartículas de Sílica de Dupla-Modalidade para Mapeamento de Linfonodo Sentinela Intraoperatório Guiado por ImagemDual-Modality Silica Nanoparticles for Intraoperative Sentinel Lymph Node Mapping and Image-Guided Interventions Dual-Modality Silica Nanoparticles for Intraoperative Image-Guided Sentinel Lymph Node Mapping

[00338] Estes estudos foram expandidos para incluir e imagiologia ótica usando o sistema de câmera de fluorescência portátil ArteMIS®, junto com radiodetecção usando a sonda de radiação gama, para realizar avaliações em tempo real da drenagem dos linfáticos tumorais e de metástases nodais, bem como avaliação da carga tumoral. Em um mini porco representativo (Figuras 23a a 23i), foi realizada varredura por PET-CT pré-operatória inicial usando dots de 18F-FDG e 124I- cRGDY-PEG-C usando o procedimento de imagiologia precedente. Imagens por CT axial revelaram um tumor pélvico primário (Figura 23a) e linfonodo sentinela de drenagem (Figura 23b), os quais foram vistos como áreas de aumentada atividade sobre o 18F-FDG PET scan correspondente (Figuras 23c, 23d). Estes achados foram confirmados 2 dias depois por imagiologia por PET-CT dinâmica cerca de 5 minutos depois de injeção subdérmica em 4 quadrantes do rastreador de partícula em torno do sítio tumoral; visualições co-registradas axial (Figuras 23e, 23g) e coronal (setas, 23f, 23h) demonstram estes achados. Depois de varredura pré-operatória, a pele sobre o sítio do linfonodo sentinela foi marcda para localização intraoperatória, e o mini porco foi transportado para o conjunto intraoperatório. Medições da atividade basal, feitgas sobre os sítios do linfonodo sentinela e do tumor primário usando a sonda gama portátil (Figura 23i), mostraram um aumento de 20 vezes na atividade dentro do linfonodo sentinela em relação ao sinal de fundo.[00338] These studies have been expanded to include optical imaging using the ArteMIS® portable fluorescence camera system, along with radiodetection using the gamma radiation probe, to perform real-time assessments of tumor lymphatic drainage and nodal metastases, as well as as an assessment of tumor burden. In a representative mini pig (Figures 23a to 23i), initial preoperative PET-CT scanning was performed using 18F-FDG and 124I-cRGDY-PEG-C dots using the preceding imaging procedure. Axial CT imaging revealed a primary pelvic tumor (Figure 23a) and draining sentinel lymph node (Figure 23b), which were seen as areas of increased activity on the corresponding 18F-FDG PET scan (Figures 23c, 23d). These findings were confirmed 2 days later by dynamic PET-CT imaging approximately 5 minutes after subdermal injection into 4 quadrants of the particle tracer around the tumor site; Co-registered axial (Figures 23e, 23g) and coronal (arrows, 23f, 23h) views demonstrate these findings. After preoperative scanning, the skin over the sentinel lymph node site was marked for intraoperative localization, and the mini pig was transported to the intraoperative suite. Baseline activity measurements, taken over the sentinel node and primary tumor sites using the portable gamma probe (Figure 23i), showed a 20-fold increase in activity within the sentinel node relative to the background signal.

[00339] Para imagiologia ótica em tempo real do sistema linfático, uma segunda injeção subdérmica de dots de 124I-cRGDY-PEG-C foi administrada em torno do sítio tumoral com a pele intacta, e o sinal foi visualizado nos canais colorido (Figura 24a) e fluorescente de Cy5.5 (Figura 24b). A bacia nodal adjacente foi exposta, e o sinal fluorescente foi visto no canal NIR escoando a partir do sítio de injeção (Figura 24c) para dentro dos ramos linfáticos principais proximal (Figuras 24c, 24d), mério (Figura 24e), e distal (Figura 24f), os quais drenaram para o linfonodo sentinela (Figura 24f). Canais linfáticos de menor calibre também foram visualizados (Figuras 24d, 24e). O linfonodo sentinela pigmentado de preto, visualizado em modo de duplo canal (Figuras 24g, 24h), foi adicionalmente exposto (Figura 24i) antes de excisão nodal sucessiva (Figuras 24j a 24m). O sinal de fluorescência dentro da amostra nodal in situ (Figura 24k) e ex vivo (Figura 24m) foi confirmado por emissões gama usando a sonda de radiação gama (Figura 24i), e foi visto que correspondia a aglomerados dispersos de células tumorais sobre visualizações de baixa potência (caixa, Figura 24n) e de alta potência (Figura 24o) de seções de tecido coradas com H&E. Expressão positiva de HMB45 foi identificada sobre visualizações de baixa potência (Figura 24p) e de alta potência (Figura 24q), consistente com melanoma metastático.[00339] For real-time optical imaging of the lymphatic system, a second subdermal injection of dots of 124I-cRGDY-PEG-C was administered around the tumor site with the skin intact, and the signal was visualized in the colored channels (Figure 24a ) and Cy5.5 fluorescent (Figure 24b). The adjacent nodal basin was exposed, and the fluorescent signal was seen in the NIR channel flowing from the injection site (Figure 24c) into the proximal (Figures 24c, 24d), merium (Figure 24e), and distal (Figure 24e) main lymphatic branches. Figure 24f), which drained to the sentinel lymph node (Figure 24f). Smaller lymphatic channels were also visualized (Figures 24d, 24e). The black-pigmented sentinel lymph node, visualized in dual-channel mode (Figures 24g, 24h), was additionally exposed (Figure 24i) before successive nodal excision (Figures 24j to 24m). The fluorescence signal within the nodal sample in situ (Figure 24k) and ex vivo (Figure 24m) was confirmed by gamma emissions using the gamma radiation probe (Figure 24i), and was seen to correspond to scattered clusters of tumor cells on views. low-power (box, Figure 24n) and high-power (Figure 24o) H&E-stained tissue sections. Positive expression of HMB45 was identified on low-power (Figure 24p) and high-power (Figure 24q) views, consistent with metastatic melanoma.

[00340] Surpreendentemente, e em contraste com os achados de 18F-FDG observados, dots de 124I-RGD-PEG-C foram considerados como especificamente discriminando entre infiltração por tumor metastático e processos inflamatórios nestes mini porcos. Diferenças meca- nísticas no comportamento destes agentes nos níveis celular e subce- lular, bem como a presença de uma porção de direcionamento para integrina sobre a superfície da partícula, podem representar os achados de imagiologia observados. Em múltiplos mini porcos abrigando alterações inflamatórias patologicamente comprovadas devido a doença granulomatosa (n = 3), 18F-FDG não conseguiu detectar doença metastática, ao passo que identificou sítios inflamatórios e outros sítios metabolicamente ativos. Estes achados discrepantes salientam a ca-pacidade do rastreador de partícula para seletivamente ter por alvo, localizar, e estagiar doença metastática, enquanto 18F-FDG falhou emmuitos casos para estagiar com precisão disseminação do câncer, ao invés de identificação de sítios de inflamação.[00340] Surprisingly, and in contrast to the observed 18F-FDG findings, 124I-RGD-PEG-C dots were considered to specifically discriminate between metastatic tumor infiltration and inflammatory processes in these mini pigs. Mechanistic differences in the behavior of these agents at the cellular and subcellular levels, as well as the presence of an integrin-targeting moiety on the particle surface, may represent the observed imaging findings. In multiple mini pigs harboring pathologically proven inflammatory changes due to granulomatous disease (n = 3), 18F-FDG failed to detect metastatic disease, whereas it identified inflammatory and other metabolically active sites. These discrepant findings highlight the particle tracer's ability to selectively target, localize, and stage metastatic disease, while 18F-FDG failed in many cases to accurately stage cancer spread, rather than identifying sites of inflammation.

[00341] Em um estudo em mini porco representativo ilustrando estes achados, 18F-FDG PET-CT scans axiais iniciais mostraram calcificação dentro do pescoço posterior esquerdo em CT (Figura 25a), cor-respondente a uma área de intensa atividade no 18F-FDG PET (Figura 25b). Visualizações de baixa potência (Figura 25c) e de alta potência (Figura 25d) de seções de tecido coradas com H&E revelaram difusas alterações inflamatórias, consistentes com doença granulomatosa. In-tensa atividade de 18F-FDG PET foi adicionalmente vista dentro do compartimento da medula óssea metabolicamente ativo destes mini porcos jovens (Figuras 25a, 25b). Em contraste, o estudo de imagiologia de rastreador de partícula identificou linfonodos no pescoço metas- táticos bilaterais. Um linfonodo no pescoço direito na imagiologia por CT axial (Figura 25e) foi visto como sendo ávido por PET em PET-CT co-registrada (Figura 25f); linfonodos bilaterais adicionais em uma imagem por CT mais superior (Figura 25g) também foram hipermeta- bólicas em PET-CT fundida (Figura 25h). Além disso, calcificações no pescoço esquerdo (Figuras 25e, 25g) não apresentaram nenhuma atividade por PET em varreduras co-registradas (Figura 25f, 25h). Seções de tecido de SLN coradas com H&E correspondentes revelaram aglomerados melanomatosos escuros em visualizações de baixa potência (box, Figura 25i) e de alta potência (Figura 25j), vistas como consistindo de células de melanoma e melanófagos. Um único frame (Figura 25k) selecionado entre imagens reconstruídas de PET 3D novamente ilustrou múltiplos linfonodos ávidos por PET bilaterais e canais linfáticos de drenagem associados. De modo importante, a maior parte da atividade foi vista na bexiga 1 hora depois de injeção sem significativa acumulação de rastreadores sobre a região do fígado.[00341] In a representative mini pig study illustrating these findings, initial 18F-FDG PET-CT scans showed calcification within the left posterior neck on CT (Figure 25a), corresponding to an area of intense activity in the 18F-FDG PET (Figure 25b). Low-power (Figure 25c) and high-power (Figure 25d) views of H&E-stained tissue sections revealed diffuse inflammatory changes, consistent with granulomatous disease. Intense 18F-FDG PET activity was additionally seen within the metabolically active bone marrow compartment of these young mini pigs (Figures 25a, 25b). In contrast, the particle tracer imaging study identified bilateral metastatic neck lymph nodes. A lymph node in the right neck on axial CT imaging (Figure 25e) was seen to be PET avid on co-registered PET-CT (Figure 25f); Additional bilateral lymph nodes on a more superior CT image (Figure 25g) were also hypermetabolic on fused PET-CT (Figure 25h). Additionally, calcifications in the left neck (Figures 25e, 25g) did not show any activity by PET on co-registered scans (Figure 25f, 25h). Corresponding H&E-stained SLN tissue sections revealed dark melanoma clusters in low-power (box, Figure 25i) and high-power (Figure 25j) views, seen to consist of melanoma cells and melanophages. A single frame (Figure 25k) selected from reconstructed 3D PET images again illustrated multiple bilateral PET-avid lymph nodes and associated draining lymphatic channels. Importantly, most activity was seen in the bladder 1 hour after injection without significant accumulation of tracers over the liver region.

[00342] Foi visto que os achados acima aproveitavam melhor as imagens MIP de PET-CT fusão geradas a partir de dados de imagiologia dinâmica adquiridos durante um período de 1 hora depois de administração de 18F-FDG (Figura 26a) ou de rastreadores de partículas locais (Figuras 26b, 26c). Para 18F-FDG, é notada uma clara ausência de metástases nodais, com atividade difusamente aumentada vista dentro de estruturas ósseas metabolicamente ativas. Em contraste com estes achados, dots de 124I-cRGDY-PEG-C detectaram linfonodos do pescoço metastáticos bilaterais, junto com canais linfáticos de drenagem.[00342] It was seen that the above findings made better use of fusion PET-CT MIP images generated from dynamic imaging data acquired over a 1 hour period after administration of 18F-FDG (Figure 26a) or particle tracers locations (Figures 26b, 26c). For 18F-FDG, a clear absence of nodal metastases is noted, with diffusely increased activity seen within metabolically active bone structures. In contrast to these findings, 124I-cRGDY-PEG-C dots detected bilateral metastatic neck lymph nodes, along with draining lymphatic channels.

Nanopartículas de Sílica de Dupla-Modalidade para Intervenções Guiadas por Imagem: Resposta ao Tratamento.Dual-Modality Silica Nanoparticles for Image-Guided Interventions: Response to Treatment.

[00343] A capacidade do rastreador de partícula para discriminar doença metastática a partir de alterações inflamatórias do tecido pode ser potencialmente explorada em uma variedade de situações terapêuticas -- quer cirurgicamente ou orientadas intervencionalmente -- uma vez que as avaliações da resposta ao tratamento são frequentemente confundidas pela presença de alterações inflamatórias, tornando difícil a interpretação. Intervenções guiadas por imagens, tais como ablações tumorais terapêuticas, podem se beneficiar especificamente da acoplagem inovadora da nova plataforma de partícula e de tecnologias de dispositivo de imagiologia para (1) permitir avaliação de resposta pós-procedural mais precoce; (2) verificar completa ablação ou detectar tumor residual representando fracasso do tratamento, e (3) aprimorar as estratégias de vigilância tumoral. Terapias localmente ablativas, incluindo ablação por microondas, crioablação, ablação por radiofre-quência (RFA), e terapia de laser intersticial, induzem lesão térmica local através de uma inserção de aplicador de energia dentro dos tumores. Estes métodos são tipicamente empregados como opções al- ternativas em pacientes considerados inelegíveis para excisão cirúrgica. Adicionalmente, pacientes submetidos a terapias ablativas são fre- quentemtente candidatos cirúrgicos pobres devido a co-morbidades. Amplamente usados na prática clínica, oferecem uma distinta vantagem, uma vez que podem ser realizados por via percutânea como pro-cedimentos ambulatoriais com significativamente menos morbidez, e podem melhorar a qualidade de vida e a sobrevida em coortes de pa-cientes selecionados.[00343] The ability of the particle tracer to discriminate metastatic disease from inflammatory tissue changes can potentially be explored in a variety of therapeutic situations -- whether surgically or interventionally oriented -- since assessments of treatment response are often confounded by the presence of inflammatory changes, making interpretation difficult. Image-guided interventions, such as therapeutic tumor ablations, may specifically benefit from the innovative coupling of novel particle platform and imaging device technologies to (1) enable earlier post-procedural response assessment; (2) verify complete ablation or detect residual tumor representing treatment failure, and (3) improve tumor surveillance strategies. Locally ablative therapies, including microwave ablation, cryoablation, radiofrequency ablation (RFA), and interstitial laser therapy, induce local thermal injury by inserting an energy applicator into tumors. These methods are typically employed as alternative options in patients considered ineligible for surgical excision. Additionally, patients undergoing ablative therapies are often poor surgical candidates due to co-morbidities. Widely used in clinical practice, they offer a distinct advantage, as they can be performed percutaneously as outpatient procedures with significantly less morbidity, and can improve quality of life and survival in selected patient cohorts.

[00344] Imagiologia pós-terapia precisa, tipicamente adquirida 1 a 3 meses depois de um procedimento de ablação, tradicionalmente utilizou aumento de contraste da imagiologia volumétrica, tal como CT ou MRI. Estas técnicas sofrem de uma série de desvantagens. Em primeiro lugar, são limitadas à identificação da presença de reforço ou crescimento anormais no tamanho da área do tumor, considerados indicadores pri-mários de tumor residual ou doença recorrente. Reforço difuso da orla em torno da zona de ablação em avaliações pós-procedurais podem ser relacionados com inflamação e hiperemia na zona de ablação, e fre-quentemente não representam necessariamente tumor residual. Reforço crescente, notavelmente irregular ou nodular, é considerado suspeito para tumor. No entanto, estas interpretações são controversas, uma vez que uma zona de ablação pode parecer maior do que o esperado por vários meses pós-procedimento, e o reforço também pode refletir granu-lação ou formação de tecido cicatricial.[00344] Accurate post-therapy imaging, typically acquired 1 to 3 months after an ablation procedure, has traditionally utilized contrast enhancement of volumetric imaging, such as CT or MRI. These techniques suffer from a number of disadvantages. Firstly, they are limited to identifying the presence of abnormal reinforcement or growth in the size of the tumor area, considered primary indicators of residual tumor or recurrent disease. Diffuse enhancement of the rim around the ablation zone in post-procedural evaluations may be related to inflammation and hyperemia in the ablation zone, and often does not necessarily represent residual tumor. Increasing enhancement, notably irregular or nodular, is considered suspicious for tumor. However, these interpretations are controversial, as an ablation zone may appear larger than expected for several months post-procedure, and enhancement may also reflect granulation or scar tissue formation.

[00345] Métodos funcionais, tais como 18F-FDG PET, também têm sido usados para avaliar a eficácia e os efeitos de procedimentos localmente ablativos, mas podem sofrer de uma incapacidade para discriminar com precisão tumor de alterações inflamatórias. Portanto, a interpretação de alterações em imagiologia (isto é, inflamação, tumor) no nível do tecido em resposta a procedimentos ablativos usando avaliações correntes morfológicas ou funcionais, particularmente em inter- valos de tempo iniciais, é um desafio importante. O que é necessário são desfechos confiáveis para sucesso da ablação e detecção inequívoca de doença residual no período pós-ablação.[00345] Functional methods, such as 18F-FDG PET, have also been used to evaluate the efficacy and effects of locally ablative procedures, but may suffer from an inability to accurately discriminate tumor from inflammatory changes. Therefore, interpretation of imaging changes (i.e., inflammation, tumor) at the tissue level in response to ablative procedures using current morphological or functional assessments, particularly at early time intervals, is an important challenge. What is needed are reliable outcomes for ablation success and unequivocal detection of residual disease in the post-ablation period.

[00346] Como um precursor para a realização de futuras ablações de lesões metastáticas do fígado, um estudo de ablação por radiofrequência (RFA) de prova de conceito de um linfonodo sentinela maior (isto é, 1 a 2 cm) foi realizado em um mini porco com melanoma metastático para avaliar resposta ao tratamento precoce na presença do rastreador de partícula. Achados de imagiologia por PET-CT antes e depois de RFA foram correlacionados histologicamente. Depois de injeção subdérmica de dots de 124I-cRGDY-PEG-C (~0,6 mCi) em torno do tumor pélvico esquerdo primário, um CT coronal basal inicial mostrou um lifonodo sentinela de 2,2*1,6 cm (Figura 27a) superior ao sítio do tumor, o qual foi ávido por PET (Figuras 27b, 27c). O tumor pélvico esquerdo hipermetabólico também é mostrado (Figura 27b), notando fluxo adicional de rastreador de partícula dentro de um canal linfático de drenagem em imagens por PET-CT fundidas (Figura 27c, 27d). Foram adquiridos CT scans seriais adicionais para localizar o linfonodo (Figura 27e) antes do procedimento de ablação e guiar a inserção da sonda de RFA (Figura 27f) para dentro do linfonodo (nível abaixo das miras). No PET-CT scan co-registrado pré-ablação correspondente, o SLN ávido por PET foi visto logo posterior às miras (Figura 27g). Foi realizada uma ablação de linfonodos parcial por 12 minutos usando uma sonda de RFA de ponta ativa de 2 cm (sistema de ablação "de ponta fria" Cool-tip, Covidien plc, Dublin, Irlanda). PET-CT scan pós- ablação mostrou atividade de rastreadores brandamente reduzida na zona de ablação, anterior à ponta do eletrodo (Figura 27h). Os achados de imagiologia pré- e pós-ablação foram confirmados histologicamente. Coloração por H&E de tecido de biópsia de núcleo pré- ablacionado do linfonodo sentinela confirmou difusa infiltração metas- tática tumoral em visualizações de baixa potência (Figura 27i) e de alta potência (Figura 27j). Pós ablação, a extensão da infiltração metastática diminuiu sobre tecido nodal corado com H&E, visto em visualizações de baixa potência (Figura 27k) e de alta potência (Figura 27l) cor-respondentes. Necrose coagulativa e tecido linfoide também foram identificados, junto com hemorragias multifocais (Figuras 27k, 27l, res-pectivamente). Visualizações de alta potência coradas com TUNEL antes de ablação revelam células neoplásicas dispersas (Figura 27m). Em coloração por TUNEL pós-ablação, foram vistas áreas focais de necrose (vermelho) tanto em visualizações de baixa potência (Figura 27n) quanto de alta potência (Figura 27o).[00346] As a precursor to performing future ablations of metastatic liver lesions, a proof-of-concept radiofrequency ablation (RFA) study of a larger (i.e., 1 to 2 cm) sentinel lymph node was performed on a mini pig with metastatic melanoma to assess response to early treatment in the presence of particle tracer. PET-CT imaging findings before and after RFA were histologically correlated. After subdermal injection of 124I-cRGDY-PEG-C dots (~0.6 mCi) around the primary left pelvic tumor, an initial basal coronal CT showed a 2.2*1.6 cm sentinel lymph node (Figure 27a ) superior to the tumor site, which was avid by PET (Figures 27b, 27c). The hypermetabolic left pelvic tumor is also shown (Figure 27b), noting additional tracer particle flow within a draining lymphatic channel on fused PET-CT images (Figure 27c, 27d). Additional serial CT scans were acquired to localize the lymph node (Figure 27e) prior to the ablation procedure and guide insertion of the RFA probe (Figure 27f) into the lymph node (level below the sights). On the corresponding pre-ablation co-registered PET-CT scan, the PET-avid SLN was seen just posterior to the sights (Figure 27g). A partial lymph node ablation was performed for 12 minutes using a 2 cm active tip RFA probe (Cool-tip “cold tip” ablation system, Covidien plc, Dublin, Ireland). Post-ablation PET-CT scan showed mildly reduced tracer activity in the ablation zone, anterior to the electrode tip (Figure 27h). Pre- and post-ablation imaging findings were confirmed histologically. H&E staining of pre-ablated sentinel lymph node core biopsy tissue confirmed diffuse metastatic tumor infiltration in low-power (Figure 27i) and high-power views (Figure 27j). Post ablation, the extent of metastatic infiltration decreased over H&E-stained nodal tissue, seen in corresponding low-power (Figure 27k) and high-power (Figure 27l) views. Coagulative necrosis and lymphoid tissue were also identified, along with multifocal hemorrhages (Figures 27k, 27l, respectively). High-power views stained with TUNEL before ablation reveal scattered neoplastic cells (Figure 27m). On post-ablation TUNEL staining, focal areas of necrosis (red) were seen in both low-power (Figure 27n) and high-power views (Figure 27o).

CONCLUSÕESCONCLUSIONS

[00347] As metástases de linfonodo são um poderoso prognostica- dor do resultado para o melanoma. A detecção precoce de microme- tástases em linfonodos regionais usando mapeamento de SLN pode permitir a estratificação oportuna de pacientes para ramos de tratamento apropriados, e pode potencialmente melhorar os resultados dos pacientes. Embora as presentes técnicas de mapeamento e biópsia de SLN de padrão de tratamento se baseiem no uso de identificação de SLNs à base de radioatividade, existem uma série de limitações desta tecnologia. Estas incluem baixa resolução espacial, reduzida precisão do estagiamento, ausência de especificidade do alvo, clearance lento dos rastreadores que pode obscurecer o campo cirúrgico, e a falta de visualização intraoperatória precisa para prevenir lesão de estruturas vitais que se situam em íntima proximidade dos linfonodos sentinela.[00347] Lymph node metastases are a powerful predictor of outcome for melanoma. Early detection of micrometastases in regional lymph nodes using SLN mapping may allow timely stratification of patients to appropriate treatment arms, and may potentially improve patient outcomes. Although present standard-of-care SLN mapping and biopsy techniques are based on the use of radioactivity-based identification of SLNs, there are a number of limitations of this technology. These include low spatial resolution, reduced staging accuracy, lack of target specificity, slow tracer clearance that can obscure the surgical field, and lack of accurate intraoperative visualization to prevent injury to vital structures that lie in close proximity to sentinel lymph nodes. .

[00348] A recente introdução de plataformas de partículas biocom- patíveis de geração mais nova, que podem ser ajustadas ativamente e refinadas para superar estas desvantagens de acordo com critérios de design chave, enquanto permitindo sondagem seletiva de alvos de câncer cruciais, pode oferecer importantes insights em processos celu lares e moleculares que governam a disseminação de doença metas- tática. A adaptação adicional de semelhantes plataformas para imagio-logia multimodalidade pode ser usada para aproveitar o cirurgião ou intervencionista para explorar estes processos em uma variedade de situações procedurais guiadas por imagens.[00348] The recent introduction of newer generation biocompatible particle platforms, which can be actively tuned and refined to overcome these drawbacks according to key design criteria, while allowing selective probing of crucial cancer targets, may offer important insights into cellular and molecular processes that govern the spread of metastatic disease. Further adaptation of similar platforms for multimodality imaging can be used to leverage the surgeon or interventionalist to explore these processes in a variety of image-guided procedural situations.

[00349] Uma plataforma de dupla-modalidade similar, uma nanopartícula de sílica de direcionamento para integrina traduzida clinicamente desenvolvida tanto para imagiologia ótical quanto por PET, satisfaz uma série de critérios de design chave -- tamanho pequeno, brilho superior, aumento da retenção tecidual do tumor, e baixo sinal de fundo - - que a tornam um agente ideal para localização e estagiamento de SLN durante procedimentos de biópsia de SLN quando acoplada com sistemas de câmera ótica em tempo real portáveis. A capacidade para discriminar doença metastática de alterações inflamatórias teciduais em modelos de melanoma, as quais são frequentemente processos co-existentes, pode proporcionar um marcador mais preciso e confiável para a avaliação da resposta ao tratamento no futuro. Investigação adicional em um grupo mais amplo de tipos de câncer e de tratamentos é garantida usando ou terapias de base cirúrgica ou intervencio- nalmente orientadas.[00349] A similar dual-modality platform, a clinically developed translated integrin-targeting silica nanoparticle developed for both optical and PET imaging, satisfies a number of key design criteria -- small size, superior brightness, increased tissue retention of tumor, and low background signal - - which make it an ideal agent for SLN localization and staging during SLN biopsy procedures when coupled with portable real-time optical camera systems. The ability to discriminate metastatic disease from inflammatory tissue changes in melanoma models, which are often co-existing processes, may provide a more accurate and reliable marker for assessing treatment response in the future. Further investigation into a broader group of cancer types and treatments is warranted using either surgically based or interventionally oriented therapies.

Exemplo 13Example 13 Mapeamento de Linfonodos Sentinela do Câncer de PróstataProstate Cancer Sentinel Lymph Node Mapping

[00350] Nanopartícula multimodal carregando fragmentos HuJ591- F(ab')2 são novas sondas diagnósticas para ligação de antígeno de membrana específico da próstata (PSMA). Ao sintetizar partículas car-regando múltiplos fragmentos F(ab')2, nós podemos (1) reforçar a afini-dade / potência de ligação devido a efeitos da multivalência e (2) alterar as distribuições in vivo, uma vez que o clearance e a captação vão ser dominados pelo comportamento cinético das partículas, ao invés do próprio anticorpo. Ao manter o tamanho das partículas abaixo ou exa- tamente no corte renal de 10 nm de diâmetro, é promovido o clearance renal. Adicionalmente, as proporções de alvo para fundo vão aumentar com base nos aprimoramentos em (1) e (2), potencialmente aprimorando a especificidade de diagnóstico e o estagiamento da doença.[00350] Multimodal nanoparticles carrying HuJ591-F(ab')2 fragments are new diagnostic probes for prostate-specific membrane antigen (PSMA) binding. By synthesizing particles carrying multiple F(ab')2 fragments, we can (1) enhance affinity/binding potency due to multivalency effects and (2) alter in vivo distributions, since clearance and uptake will be dominated by the kinetic behavior of the particles, rather than the antibody itself. By maintaining particle size below or exactly at the renal cutoff of 10 nm in diameter, renal clearance is promoted. Additionally, target-to-background ratios will increase based on improvements in (1) and (2), potentially improving diagnostic specificity and disease staging.

Síntese / Caracterização de Partículas ligadas a 124I-J591 F(Ab')2.Synthesis/Characterization of Particles linked to 124I-J591 F(Ab')2.

[00351] De modo a gerar constructos de F(ab')2 PEGuilados, 100 ug de F(ab')2 foi adicionado a um tubo eppendorf em 100 μl de PBS, seguido por incubação com 4 μl de 2 mg/ml de reagente de Traut por 1 h em temperatura ambiente. Maleimida-PEG (6 mg) dissolvido em solução tampão foi em seguida adicionado. A solução foi incubada de um dia para o outro e purificada com uma coluna PD-10 antes da fixação de partículas. Fragmentos F(ab')2 são radiomarcados com iodo-124 (124I) para criar uma plataforma de partículas de dupla-modalidade, e a atividade específica, a pureza, e o rendimento radioquímico vão ser derivados. O tamanho e a concentração de partículas vão ser adicio-nalmente avaliados por FCS.[00351] In order to generate PEGylated F(ab')2 constructs, 100 ug of F(ab')2 was added to an eppendorf tube in 100 μl of PBS, followed by incubation with 4 μl of 2 mg/ml of Traut's reagent for 1 h at room temperature. Maleimide-PEG (6 mg) dissolved in buffer solution was then added. The solution was incubated overnight and purified with a PD-10 column before particle attachment. F(ab')2 fragments are radiolabeled with iodine-124 (124I) to create a dual-modal particle platform, and specific activity, purity, and radiochemical yield will be derived. The size and concentration of particles will be additionally evaluated by FCS.

Exemplo 14Example 14 Nanopartículas de Sílica de Dupla-Modalidade para Direcionamento de Integrina no Melanoma em Seres HumanosDual-Modality Silica Nanoparticles for Integrin Targeting in Melanoma in Humans

[00352] Os nanomateriais, em particular as sondas de nanopartículas, possuem propriedades fisicoquímicas e biológicas únicas, bem como versatilidade superficial. Ao explorar sua versatilidade superficial, partículas multifuncionais biocompatíveis podem ser modificadas seletivamente com marcadores moleculares que reconhecem e localizam alvos cancerígenos chave. De crescente importância em situações operativas está a necessidade de sondas de partículas multifuncionais orientadas oticamente mais robustas as quais podem aprimorar detecção em tempo real direcionada da disseminação de doença local / regional em torno do sítio tumoral primário, deste modo facilitando o tratamento. A delineação em tempo real da doença a partir de critical neural e/ou vascular estruturas em situações intraoperatórias também vai ser fundamental. Duncan, R, The dawning era of polymer therapeutics, Nat Rev Drug Discov 2, 347-360 (2003). Wagner, et al., The emerging nanomedicine landscape, Nat Biotechnol 24, 1211-1217 (2006). Scheinberg, et al., Conscripts of the infinite armada: systemic cancer therapy using nanomaterials, Nat Rev Clin Oncol 7, 266-276 (2010). Miyata et al., Polymeric micelles for nano-scale drug delivery, React. Func. Polym. 71, 227-234 (2011). Lee et al., Multifunctional me- soporous silica nanocomposite nanoparticles for theranostic applications, Acc Chem Res 44, 893-902 (2011). Schroeder et al., Treating metastatic cancer with nanotechnology, Nat Rev Cancer 12, 39-50 (2012). Rosenholm et al., Nanoparticles in targeted cancer therapy: mesoporous silica nanoparticles entering preclinical development stage, Nanomedicine (Lond) 7, 111-120 (2012). Ashley et al. The targeted delivery of multicomponent cargos to cancer cells by nanoporous parti-cle-supported lipid bilayers, Nat Mater 10, 389-397 (2011). Vivero- Escoto et al., Silica-based nanoprobes for biomedical imaging and theranostic applications, Chem Soc Rev 41, 2673-2685 (2012). Tada et al., In vivo real-time tracking of single quantum dots conjugated with monoclonal anti-HER2 antibody in tumors of mice, Cancer Res 67, 1138-1144 (2007). No entantoet, apesar dos extensivos desenvolvimentos de partículas até o momento, nenhuma sonda para imagiologia de partículas fluorescentes inorgânicas fez com sucesso a transição para a clínica como uma tecnologia de plataforma multifuncional direcionada. Altinoglu et al., Near-infrared emitting fluorophore-doped calcium phosphate nanoparticles for in vivo imaging of human breast cancer, ACS Nano 2, 2075-2084 (2008). Hilderbrand et al., Near-infrared fluorescence: application to in vivo molecular imaging, Curr Opin Chem Biol 14, 71-79 (2010). Choi et al., Design considerations for tumour- targeted nanoparticles, Nat Nanotechnol 5, 42-47 (2010). He et al., Near-infrared fluorescent nanoprobes for cancer molecular imaging: status and challenges, Trends Mol Med 16, 574-583 (2010).[00352] Nanomaterials, in particular nanoparticle probes, have unique physicochemical and biological properties, as well as surface versatility. By exploiting their surface versatility, biocompatible multifunctional particles can be selectively modified with molecular markers that recognize and localize key carcinogenic targets. Of increasing importance in operative situations is the need for more robust optically oriented multifunctional particle probes which can enhance targeted real-time detection of local/regional disease spread around the primary tumor site, thereby facilitating treatment. Real-time delineation of disease from critical neural and/or vascular structures in intraoperative situations will also be fundamental. Duncan, R, The dawning era of polymer therapeutics, Nat Rev Drug Discov 2, 347-360 (2003). Wagner, et al., The emerging nanomedicine landscape, Nat Biotechnol 24, 1211-1217 (2006). Scheinberg, et al., Conscripts of the infinite armada: systemic cancer therapy using nanomaterials, Nat Rev Clin Oncol 7, 266-276 (2010). Miyata et al., Polymeric micelles for nano-scale drug delivery, React. Func. Polym. 71, 227-234 (2011). Lee et al., Multifunctional mesoporous silica nanocomposite nanoparticles for theranostic applications, Acc Chem Res 44, 893-902 (2011). Schroeder et al., Treating metastatic cancer with nanotechnology, Nat Rev Cancer 12, 39-50 (2012). Rosenholm et al., Nanoparticles in targeted cancer therapy: mesoporous silica nanoparticles entering preclinical development stage, Nanomedicine (Lond) 7, 111-120 (2012). Ashley et al. The targeted delivery of multicomponent cargos to cancer cells by nanoporous particle-supported lipid bilayers, Nat Mater 10, 389-397 (2011). Vivero-Escoto et al., Silica-based nanoprobes for biomedical imaging and theranostic applications, Chem Soc Rev 41, 2673-2685 (2012). Tada et al., In vivo real-time tracking of single quantum dots conjugated with monoclonal anti-HER2 antibody in tumors of mice, Cancer Res 67, 1138-1144 (2007). However, despite extensive particle developments to date, no probe for inorganic fluorescent particle imaging has successfully transitioned to the clinic as a targeted multifunctional platform technology. Altinoglu et al., Near-infrared emitting fluorophore-doped calcium phosphate nanoparticles for in vivo imaging of human breast cancer, ACS Nano 2, 2075-2084 (2008). Hilderbrand et al., Near-infrared fluorescence: application to in vivo molecular imaging, Curr Opin Chem Biol 14, 71-79 (2010). Choi et al., Design considerations for tumor-targeted nanoparticles, Nat Nanotechnol 5, 42-47 (2010). He et al., Near-infrared fluorescent nanoprobes for cancer molecular imaging: status and challenges, Trends Mol Med 16, 574-583 (2010).

[00353] Aqui nós descrevemos que uma primeira nanopartícula de fluorescência de ~7 nm, modificada como uma plataforma direcionada híbrida (ótica / PET) pela fixação de radiomarcadores e peptídeo cíclico de arginina-glicina-ácido aspártico-tirosina (cRGDY), é não somente bem tolerada em pacientes com melanoma metastático, mas podem preferencialmente detectar e localizar tumores presumidamente ex-pressando integrina em um regime de microdosagem com altas pro-porções de sinal para ruído. Não se observa significativa ligação da proteína do soro, e a integridade da partícula e de seus componentes superficiais são mantidas in vivo. Os resultados sobre segurança, far- macocinética, dosimetria e direcionamento sugerem a utilidade geral desta partícula excretada pelos rins no diagnóstico do câncer e para o planejamento de tratamento potencialmente orientador. Esta sonda de dupla modalidade constitui uma plataforma que pode ser adequada para tipos tumorais específicos os quais podem aprimorar a detecção de lesão ótica e/ou à base de PET e o estagiamento do câncer em seres humanos, bem como drug delivery, potencialmente levando a manejo do câncer melhor e mais personalizado.[00353] Here we describe that a first ~7 nm fluorescence nanoparticle, modified as a hybrid targeted platform (optical/PET) by attaching radiolabels and cyclic arginine-glycine-aspartic acid-tyrosine (cRGDY) peptide, is not only well tolerated in patients with metastatic melanoma, but can preferentially detect and localize tumors presumed to express integrin in a microdosing regimen with high signal-to-noise ratios. No significant binding of the serum protein is observed, and the integrity of the particle and its surface components are maintained in vivo. The results on safety, pharmacokinetics, dosimetry and targeting suggest the general usefulness of this particle excreted by the kidneys in the diagnosis of cancer and for potentially guiding treatment planning. This dual modality probe constitutes a platform that may be suitable for specific tumor types which can enhance optical and/or PET-based lesion detection and cancer staging in humans, as well as drug delivery, potentially leading to improved management. of better and more personalized cancer.

[00354] Nós usamos uma sonda de nanopartícula inorgânica de dupla-modalidade (ótica / PET) ultra-pequena (~7-nm de diâmetro), para imagiologia molecular direcionada de cânceres expressando αvβ3 integrina. Esta sonda de nanopartícula é o primeiro novo fármaco in- vestigacional da agência FDA de sua classe e de propriedades apro-vadas para estudos primeiro em humanos (Figura 28a). A nanopartícula de sílica fluorescente (Cornell, ou C dots) sequestra de modo covalente moléculas de corante em um núcleo encapsulado por uma concha de sílica para prevenir filtração do corante e para reforçar o brilho e a fotoestabilidade. Ow, et al. Bright and stable core-shell fluorescent silica nanoparticles, Nano Lett 5, 113-117 (2005). Burns, et al. Fluores-cent silica nanoparticles with efficient urinary excretion for nanomedicine, Nano Lett, 9, 442-448 (2009). Espectros combinados por absorção demonstram este reforço do brilho por corante como diferenças na in-tensidade entre as emissões dos corantes encapsulados e livres (Figura 28b). Uma camada neutra de cadeias de poli(etileno glicol) (PEG) superficiais permite a fixação de um pequeno número de peptídeos cíclicos de arginina-glicina-ácido aspártico-tirosina (cRGDY) para ligação potente e seletiva de receptor de integrina. Benezra, et al. Multimodal silica nanoparticles are effective cancer-targeted probes in a model of human melanoma, J Clin Invest, 121, 2768-2780 (2011). As integrinas ativadas induem muitas alterações estruturais e de sinalização dentro da célula, além de regulação de caminhos de diferenciação, mediando as propriedades de adesão, e promoção da migração celular, da sobrevida, e da progressão do ciclo celular. Hood et al., Role of integrins in cell invasion and migration, Nat Rev Cancer, 2, 91-100 (2002). A fixação de etiquetas de imagiologia nuclear, tais como 124I, através de resíduos tirosina amplifica a sensibilidade do sinal para imagiologia por PET serial. O produto final, um rastreador de partícula altamente biocompatível e bioestável tumor-seletivo (124I-cRGDY-PEG- C-dots), proporciou previamente uma leitura do status do receptor de integrina por imagiologia por PET em xenoenxertos de melanoma humano, deste modo definindo uma classe distinta de plataformas tera- nósticas clareadas renalmente para nanomedicina. Jokerst et al., Molecular imaging with theranostic nanoparticules, Acc Chem Res, 44, 1050-1060 (2011).[00354] We use an ultra-small (~7-nm in diameter) dual-modality (optical/PET) inorganic nanoparticle probe for targeted molecular imaging of cancers expressing αvβ3 integrin. This nanoparticle probe is the FDA's first new investigational drug in its class and with properties approved for first-in-human studies (Figure 28a). The fluorescent silica nanoparticle (Cornell, or C dots) covalently sequesters dye molecules in a core encapsulated by a silica shell to prevent dye filtration and to enhance brightness and photostability. Ow, et al. Bright and stable core-shell fluorescent silica nanoparticles, Nano Lett 5, 113-117 (2005). Burns, et al. Fluores-cent silica nanoparticles with efficient urinary excretion for nanomedicine, Nano Lett, 9, 442-448 (2009). Combined absorption spectra demonstrate this dye enhancement of brightness as differences in intensity between emissions from encapsulated and free dyes (Figure 28b). A neutral layer of surface poly(ethylene glycol) (PEG) chains allows attachment of a small number of cyclic arginine-glycine-aspartic acid-tyrosine (cRGDY) peptides for potent and selective integrin receptor binding. Benezra, et al. Multimodal silica nanoparticles are effective cancer-targeted probes in a model of human melanoma, J Clin Invest, 121, 2768-2780 (2011). Activated integrins induce many structural and signaling changes within the cell, in addition to regulating differentiation pathways, mediating adhesion properties, and promoting cell migration, survival, and cell cycle progression. Hood et al., Role of integrins in cell invasion and migration, Nat Rev Cancer, 2, 91-100 (2002). Attachment of nuclear imaging tags, such as 124I, via tyrosine residues amplifies signal sensitivity for serial PET imaging. The final product, a highly biocompatible and biostable tumor-selective particle tracer (124I-cRGDY-PEG-C-dots), previously provided a readout of integrin receptor status by PET imaging in human melanoma xenografts, thereby defining a distinct class of renally cleared theranostic platforms for nanomedicine. Jokerst et al., Molecular imaging with theranostic nanoparticles, Acc Chem Res, 44, 1050-1060 (2011).

[00355] Foi iniciado um teste clínico primeiro em humanos, empregando PET para avaliar quantitativamente a captação e a biodistribuição tumorais dependentes do tempo, a dosimetria da radiação, e a segurança deste agente em uma coorte de cinco pacientes com mela- noma metastático. Implícito no fundamento lógico do uso de imagiologia por PET está a evidência pré-clínica de que o radiotraçador de partícula não tem nenhum efeito farmacológico, radiogênico, ou biológico demonstrável diverso. Collins, J. M. Phase 0 clinical studies in oncology, Clin Pharmacol Ther, 85, 204-207 (2009). Kummar et al., Phase 0 clinical trials: recommendations from the Task Force on Methodology for the Development of Innovative Cancer Therapies, Eur J Cancer, 45,741-746 (2009). Depois de uma dose única de injeção intravenosa (i.v.) de aproximadamente 185 megabequerels (MBq) (~3,4 a 6,7 nanomoles, nmol) do rastreador de 124I-cRGDY-PEG-partícula (faixa de atividade específica de 27,8 a 57,4 GBq/μmol) em sujeitos humanos (Figura 28a), foram adquiridos três PET-CT scans de corpo inteiro durante um período de 72 horas para avaliar a farmacocinética, além de analisar os metabólitos em amostras de sangue e de urina durante um intervalo de duas semanas por contagem de raios gama e cromatogra- fia de radio camada fina (radioTLC).[00355] A first-in-human clinical trial was initiated, employing PET to quantitatively evaluate time-dependent tumor uptake and biodistribution, radiation dosimetry, and the safety of this agent in a cohort of five patients with metastatic melanoma. Implicit in the rationale for the use of PET imaging is the preclinical evidence that the particle radiotracer has no other demonstrable pharmacological, radiogenic, or biological effects. Collins, J. M. Phase 0 clinical studies in oncology, Clin Pharmacol Ther, 85, 204-207 (2009). Kummar et al., Phase 0 clinical trials: recommendations from the Task Force on Methodology for the Development of Innovative Cancer Therapies, Eur J Cancer, 45,741-746 (2009). After a single intravenous (i.v.) injection dose of approximately 185 megabequerels (MBq) (~3.4 to 6.7 nanomoles, nmol) of the 124I-cRGDY-PEG-particle tracer (specific activity range of 27.8 at 57.4 GBq/μmol) in human subjects (Figure 28a), three whole-body PET-CT scans were acquired over a 72-hour period to evaluate pharmacokinetics, in addition to analyzing metabolites in blood and urine samples during a two-week interval by gamma ray counting and radio thin layer chromatography (radioTLC).

[00356] Os cinco pacientes não tiveram eventos adversos e o agente foi bem tolerado durante o período do estudo. O comportamento farmacocinético, expressado como a percentagem da dose injetada por grama de tecido (% da DI/g), versus o tempo pós-injeção e as doses médias absorvidas pelos órgãos correspondentes (Figura 28d), foram comparáveis aos encontrados para outros radiotraçadores diagnósticos comumente usados. Imagiologia por PET serial deste paciente representativo (Figura 28d) mostrou progressiva perda da atividade do conjunto sanguíneo presumida pelos órgãos maiores e tecidos, sem atividade apreciável vista por volta de 72 horas pós injeção (p.i.). As meias-vidas de clearance do corpo inteiro nestes pacientes foram estimadas como variando de 13 a 21 horas. De modo interessante, não houve nenhuma localização notável no fígado, no baço, ou na medula óssea, em contraste com muitas moléculas hidrofóbicas, prote ínas, e plataformas de partículas maiores (>10 nm). Embora os pacientes tenham sido pré-tratados com iodeto de potássio (KI) para bloquear a captação pelo tecido da tiroide, foi obtida uma maior dose média absorvida pela tiroide neste paciente em relação a outros tecidos. As partículas também foram essencialmente excretadas pelos rins, com tanto o rim quanto a parede da bexiga (depois da tiroide e do tumor, vide abaixo), demonstrando um dos maiores valores de % da DI/g por volta de 72 horas pós injeção (Figura 28d); conforme é frequentemente o caso para radiofármacos excretados renalmente, a parede da bexiga recebeu uma maior dose média absorvida do que outros órgãos grandes e tecidos. O protocolo clínico detalhado (Figura 28C) e o fundamento lógico para este esquema, são adicionalmente descritos em Materiais e Métodos.[00356] The five patients had no adverse events and the agent was well tolerated during the study period. The pharmacokinetic behavior, expressed as the percentage of the injected dose per gram of tissue (% DI/g), versus the post-injection time and the average doses absorbed by the corresponding organs (Figure 28d), were comparable to those found for other diagnostic radiotracers commonly used. Serial PET imaging of this representative patient (Figure 28d) showed progressive loss of blood pool activity presumed by the larger organs and tissues, with no appreciable activity seen at approximately 72 hours post injection (p.i.). Whole body clearance half-lives in these patients were estimated to range from 13 to 21 hours. Interestingly, there was no notable localization in the liver, spleen, or bone marrow, in contrast to many hydrophobic molecules, proteins, and larger particle platforms (>10 nm). Although patients were pretreated with potassium iodide (KI) to block uptake by thyroid tissue, a higher mean dose absorbed by the thyroid was obtained in this patient relative to other tissues. The particles were also essentially excreted by the kidneys, with both the kidney and the bladder wall (after the thyroid and tumor, see below) demonstrating one of the highest % DI/g values around 72 hours post injection (Figure 28d); As is often the case for renally excreted radiopharmaceuticals, the bladder wall received a higher mean absorbed dose than other large organs and tissues. The detailed clinical protocol (Figure 28C) and rationale for this regimen are further described in Materials and Methods.

[00357] Estes achados salientam o fato de que excreção renal, ao invés de hepatobiliar, é a via predominante de clearance do corpo. O clearance renal eficiente será condicionado ao desenho de plataformas à base de partícula ultra-pequenas ou de sistemas macromolecu- lares que são da ordem dos cortes de tamanho de filtração glomerular renal eficaz de cerca de 10 nm ou menos. Choi, et al., Targeting kidney mesangium by nanoparticles of defined size, Proc Natl Acad Sci USA, 108, 6656-6661 (2011). Uma pequena fração da atividade administrada (menos de 5%) foi vista como captação no estômago e nas glândulas salivarys deste paciente, consistente com iodo livre, o qual foi progressivamente clareado durante o período da imagiologia. A partícula não apresenta propriedades típicas de agentes reticuloendoteli- ais (isto é, colóide de tecnécio-99m enxofre), cuja captação reflete a função dos macrófagos, principalmente no fígado. Com base em dados anteriores adquiridos para radiotraçadores de cRGD, não foram observados focos inesperados de atividade. Haubner, R., et al. Synthesis and biological evaluation of a (99m)Tc-labelled ciclic RGD peptide for imaging the alphavbeta3 expression, Nuklearmedizin, 43, 26-32 (2004).[00357] These findings highlight the fact that renal excretion, rather than hepatobiliary, is the predominant route of clearance from the body. Efficient renal clearance will be conditioned on the design of ultra-small particle-based platforms or macromolecular systems that are on the order of effective renal glomerular filtration size cutoffs of about 10 nm or less. Choi, et al., Targeting kidney mesangium by nanoparticles of defined size, Proc Natl Acad Sci USA, 108, 6656-6661 (2011). A small fraction of the administered activity (less than 5%) was seen as uptake in this patient's stomach and salivary glands, consistent with free iodine, which was progressively cleared during the imaging period. The particle does not present typical properties of reticuloendothelial agents (i.e., technetium-99m sulfur colloid), whose uptake reflects the function of macrophages, mainly in the liver. Based on previous data acquired for cRGD radiotracers, no unexpected foci of activity were observed. Haubner, R., et al. Synthesis and biological evaluation of a (99m)Tc-labelled cyclic RGD peptide for imaging the alphavbeta3 expression, Nuklearmedizin, 43, 26-32 (2004).

[00358] De modo importante, estas propriedades apontam para o comportamento farmacocinético um tanto único exibido por esta partícula de imagiologia de dupla-modalidade inorgânica como um agente clareado pelos rins. Análises metabólicas de amostras de sangue (Figura 29a) e de urina (Figura 29b) por contagem de raios gama revelaram no mínimo uma queda na atividade dos rastreadores da ordem de magnitude durante um período de 72 horas, com essencialmente nenhuma atividade remanescente ao final deste intervalo. A atividade de partículas foi em grande parte confinada à fração plasmática do sangue sem evidência de significativa ligação de proteína do soro (dados não mostrados). Análises por RadioTLC de amostras de plasma revelaram um único pico durante 24 h pós injeção (Figuras 29c a 29e), correspondente à nanopartícula radiomarcada intacta. Em amostras de urina, dois picos, um correspondente à nanopartícula intacta e o outro a uma amostra mais móvel (identificada como iodo livre), foram vistos durante um período de 24 horas (Figuras 29f a 29h). Análises por RadioTLC do rastreador de partícula (Figura 29i), peptídeo radioiodado (131I-cRGDY, Figura 29j), e radioiodo çovre (131I, Figura 29k) confirmaram que o primeiro e o segundo picos nos radiocromatogramas corresponderam à nanopartícula intacta e ao iodo livre, respectivamente. Portanto, estes achados sugeriram que não ocorreu nenhuma perda mensurável de integridade das partículas durante o curso do estudo, mesmo depois de excreção através dos rins.[00358] Importantly, these properties point to the somewhat unique pharmacokinetic behavior exhibited by this inorganic dual-modality imaging particle as a kidney-clearing agent. Metabolic analyzes of blood (Figure 29a) and urine (Figure 29b) samples by gamma ray counting revealed at least an order of magnitude drop in tracer activity over a 72-hour period, with essentially no activity remaining at the end of this period. interval. Particle activity was largely confined to the plasma fraction of blood without evidence of significant serum protein binding (data not shown). RadioTLC analysis of plasma samples revealed a single peak at 24 h post injection (Figures 29c to 29e), corresponding to the intact radiolabeled nanoparticle. In urine samples, two peaks, one corresponding to the intact nanoparticle and the other to a more mobile sample (identified as free iodine), were seen over a 24-hour period (Figures 29f to 29h). RadioTLC analyzes of the particle tracer (Figure 29i), radioiodinated peptide (131I-cRGDY, Figure 29j), and free radioiodine (131I, Figure 29k) confirmed that the first and second peaks in the radiochromatograms corresponded to the intact nanoparticle and free iodine. , respectively. Therefore, these findings suggested that no measurable loss of particle integrity occurred during the course of the study, even after excretion through the kidneys.

[00359] Embora a detecção tumoral não fosse o objetivo deste estudo de microdosagem de PET, surpreendentemente, apesar da baixa dose injetada, houve evidência de localização tumoral do rastreador de partícula. No primeiro caso, um PET-CT scan de corpo inteiro foi ad-quirido quatro horas depois de administração i.v. de 124I-cRGDY-PEG- C-dots em um paciente com melanoma da mucosa anorretal. Em ima-gens por CT coronal (Figura 30a), foi vista uma grande área arredondada de densidade reduzida (ponta de seta) no lobo esquerdo inferior do fígado, o sítio de uma lesão metastática conhecida por imagiologia por PET/CT de fluorodesoxiglucose anterior (18F-FDG) (dados não mostrados). No PET coronal (Figura 30b) e PET e CT scans co- registrados (Figura 30c), um arco de maior captação circunscreveu esta lesão (Figura 30b ponta de seta; Figura 30c) e subsequentemente clareou por volta do tempo do PET scan de 24 horas, sugerindo alguma localização preferencial nesta metástase expressando integrina presumida. Foi vista significativa atividade dentro da bexiga, do trato gastrointestinal (estômago, intestinos), do coração, e da vesícula biliar. Em um segundo sujeito, foi vista uma lesão cística bem definida no lobo anterior direito da glândula pituitária por imagiologia por ressonância magnética (MRI) axial (Figura 31a) e sagital (Figura 31b).[00359] Although tumor detection was not the objective of this PET microdosing study, surprisingly, despite the low dose injected, there was evidence of tumor localization of the particle tracer. In the first case, a full-body PET-CT scan was acquired four hours after i.v. administration of 124I-cRGDY-PEG-C-dots in a patient with melanoma of the anorectal mucosa. On coronal CT imaging (Figure 30a), a large rounded area of reduced density (arrowhead) was seen in the left lower lobe of the liver, the site of a metastatic lesion known from previous fluorodeoxyglucose PET/CT imaging ( 18F-FDG) (data not shown). On coronal PET (Figure 30b) and co-registered PET and CT scans (Figure 30c), an arc of increased uptake circumscribed this lesion (Figure 30b arrowhead; Figure 30c) and subsequently cleared by the time of the PET scan of 24 hours, suggesting some preferential localization in this presumed integrin-expressing metastasis. Significant activity was seen within the bladder, gastrointestinal tract (stomach, intestines), heart, and gallbladder. In a second subject, a well-defined cystic lesion was seen in the right anterior lobe of the pituitary gland by axial (Figure 31a) and sagittal (Figure 31b) magnetic resonance imaging (MRI).

[00360] Esta lesão, um achado estável em varreduras por MRI an-teriores, foi presumida como sendo um microadenoma da pituitária, um neoplasma intracranial conhecido por apresentar propriedades malignas, tais como neoangiogênese e progressão para dentro de tecidos peritumorais. O preciso co-registro deste foco ávido por rastreador com imagens multiplanares por MRI (Figuras 31c, 31d) e CT (Figura 31e, 31f) confirmou sua localização dentro da glândula pituitária anterior. Inicialmente visto como um foco de intensa atividade, progressivamente aumentou de intensidade durante um intervalo de 72 horas (seta, Figuras 31g a 31i), acompanhado por uma diminuição correspondente no sinal de fundo em torno da medula, deste modo produzindo maiores proporções tumoral para fundo (isto é, tumoral para cerebral (T/B) ~6) e tumoral para hepática (T/L) ~2)) (Figura 31j). Os resultados da imagiologia por PET podem ser explicados com base nos achados em um estudo anterior mostrando aumentada expressão de αvβ3 integrina no parênquima de um subgrupo de adenomas, bem como aumento dos níveis de expressão de integrina em células estro- mais adenomatosas em relação a células do tecido conjuntivo normal. Farnoud, et al., Adenomatous transformation of the human anterior pi-tuitary is associated with alterations in integrin expression, Int J Cancer, 67, 45-53 (1996).[00360] This lesion, a stable finding on previous MRI scans, was presumed to be a pituitary microadenoma, an intracranial neoplasm known to exhibit malignant properties such as neoangiogenesis and progression into peritumoral tissues. Accurate co-registration of this tracker-avid focus with multiplanar MRI (Figures 31c, 31d) and CT (Figure 31e, 31f) images confirmed its location within the anterior pituitary gland. Initially seen as a focus of intense activity, it progressively increased in intensity over a 72-hour interval (arrow, Figures 31g to 31i), accompanied by a corresponding decrease in background signal around the marrow, thereby producing greater tumor-to-background ratios. (i.e., tumor to brain (T/B) ~6) and tumor to liver (T/L) ~2)) (Figure 31j). The results of PET imaging can be explained based on findings in a previous study showing increased expression of αvβ3 integrin in the parenchyma of a subset of adenomas, as well as increased levels of integrin expression in stromal cells relative to adenomatous cells. of normal connective tissue. Farnoud, et al., Adenomatous transformation of the human anterior pituitary is associated with alterations in integrin expression, Int J Cancer, 67, 45-53 (1996).

[00361] Nossos dados iniciais corroboram a noção de que estudos de PET scan humanos com este veículo de imagiologia direcionada são uma abordagem de fundamento lógico para detecção e localização de tumores expressando integrina presumíveis. Nós estamos planejando métodos de escalonamento de dose para determinar um ótimo equilíbrio entre segurança, clearance do corpo inteiro, e eficiência de direcionamento tumoral em testes clínicos mais avançados. Os referidos estudos orientados por PET scan também podem permitir quantificação precisa dos níveis de expressão de receptor de integrina de modo a obter máxima eficiência do direcionamento, bem como detecção de alterações nestes níveis. Adicionalmente, o uso destas ferramentas de imagiologia molecular quantitativa pode produzir informação sobre alterações dependentes do tempo na captação e acumulação de partículas dentro dos tumores. Kelloff, G. J., et al., The progress and promise of molecular imaging probes in oncologic drug development, Clin Cancer Res, 11, 7967-7985 (2005). Para o caso do adenoma da pituitária, nós fomos capazes de computar a captação cumulativa de partículas dentro desta lesão. Especificamente, nós computamos a fração da atividade injetada total e o número de partículas que se acumularam neste sítio durante um período de imagiologia de 72 horas. Usando o valor de máxim captação padronizada medida (SUVmax, vide Métodos) da lesão (isto é, 46,5) em 72 horas pós injeção (quase um fator de dez maior do que aquele no tecido da pituitária normal), corrigido para efeitos de volume parcial, bem como a massa aproximada da lesão (isto é, produto do volume da lesão e uma densidade presumida de 1 g/cm3), e a massa corporal do paciente, nós descobrimos que, em relação a uma carga de partícula injetada de 2x1015, a grosso modo 1,78x1011 partículas (0,01% da dose injetada, % da DI) ou 1 parte por 10.000 se acumularam no sítio da lesão. Os valores de captação padrão (SUV) são definidos como a atividade por grama de tecido dividida pela atividade administrada por grama de massa corporal. Alterações dependentes do tempo na % da DI/g e a dosimetria desta lesão, em relação a órgãos grandes e tecidos, são mostradas nas Figuras 28c e 28d.[00361] Our initial data supports the notion that human PET scan studies with this targeted imaging vehicle are a rationale approach for detecting and localizing presumptive integrin-expressing tumors. We are devising dose-escalation methods to determine an optimal balance between safety, whole-body clearance, and tumor targeting efficiency in more advanced clinical trials. The aforementioned PET scan-guided studies can also allow precise quantification of integrin receptor expression levels in order to obtain maximum targeting efficiency, as well as detection of changes in these levels. Additionally, the use of these quantitative molecular imaging tools can produce information about time-dependent changes in particle uptake and accumulation within tumors. Kelloff, G. J., et al., The progress and promise of molecular imaging probes in oncologic drug development, Clin Cancer Res, 11, 7967-7985 (2005). For the case of pituitary adenoma, we were able to compute the cumulative uptake of particles within this lesion. Specifically, we computed the fraction of total injected activity and the number of particles that accumulated at this site during a 72-hour imaging period. Using the measured standardized maximum uptake value (SUVmax, see Methods) of the lesion (i.e., 46.5) at 72 hours post injection (almost a factor of ten greater than that in normal pituitary tissue), corrected for partial volume, as well as the approximate mass of the lesion (i.e., product of the lesion volume and an assumed density of 1 g/cm3), and the patient's body mass, we found that, relative to an injected particle load of 2x1015, roughly 1.78x1011 particles (0.01% of the injected dose, % of the DI) or 1 part per 10,000 accumulated at the site of injury. Standard uptake values (SUV) are defined as the activity per gram of tissue divided by the activity delivered per gram of body mass. Time-dependent changes in % DI/g and the dosimetry of this lesion, relative to large organs and tissues, are shown in Figures 28c and 28d.

[00362] Os resultados sugerem que o rastreador de partícula injetado sistemicamente foi bem tolerado e seguro. As medidas de segurança incluíram monitoramento da captação nos órgãos normais, bem como indicadores laboratoriais de toxicidade. Objetivos secundários foram estimar as doses de radiação e avaliar a atividade metabólica do plasma e da urina. As avaliações de segurança foram baseadas na dosimetria, na falta de sintomas clínicos, e na ausência de quaisquer indicações laboratoriais de toxicidade da partícula (fármaco).[00362] The results suggest that the systemically injected particle tracer was well tolerated and safe. Safety measures included monitoring uptake in normal organs as well as laboratory indicators of toxicity. Secondary objectives were to estimate radiation doses and evaluate metabolic activity of plasma and urine. Safety assessments were based on dosimetry, lack of clinical symptoms, and the absence of any laboratory indications of particle (drug) toxicity.

[00363] Os resultados obtidos a partir deste estudo clínico primeiro em humanos apontam para um rastreador de partícula sistemicamente injetado que apresentou assinaturas farmacocinéticas favoráveis e re-produtíveis definidas pela excreção renal. Em contraste com agentes reticuloendoteliais (isto é, colóide de tecnécio-99m enxofre) e macro- moléculas, tais como anticorpos, não houve nenhuma acumulação de rastreador de partícula apreciável dentro do fígado, do baço, ou da medula óssea. Nossos dados claramente indicam que uma grande proporção da atividade administrada foi eliminada através do sistema urinário (Figuras 28E, 29B); as concentrações de atividade na bexiga urinária foram até uma ordem de magnitude maior do que as no fígado, por exemplo. Com base na hipótese conservadora de que toda a atividade hepática é essencialmente excretada através da via hepato- biliar, estes dados são consistentes com ~90% da atividade administrada sendo excretada através do sistema urinário e somente ~10% através da via hepatobiliar. Nos órgãos / tecidos remanescentes, notavelmente nos pontos do tempo iniciais (2 a 4 horas), a atividade residual reflete em grande parte a do grupo do sangue.[00363] The results obtained from this first-in-human clinical study point to a systemically injected particle tracer that showed favorable and reproducible pharmacokinetic signatures defined by renal excretion. In contrast to reticuloendothelial agents (i.e., technetium-99m sulfur colloid) and macromolecules such as antibodies, there was no appreciable particle tracer accumulation within the liver, spleen, or bone marrow. Our data clearly indicate that a large proportion of the administered activity was eliminated through the urinary system (Figures 28E, 29B); activity concentrations in the urinary bladder were up to an order of magnitude higher than those in the liver, for example. Based on the conservative hypothesis that all hepatic activity is essentially excreted via the hepatobiliary route, these data are consistent with ~90% of administered activity being excreted via the urinary system and only ~10% via the hepatobiliary route. In the remaining organs/tissues, notably at early time points (2 to 4 hours), residual activity largely reflects that of the blood pool.

[00364] Detecção direcionada não serviu como um desfecho do estudo, e procedimentos de escalonamento da dose para obter máxima captação nos sítios de doença, portanto, não foram incorporados no esquema do teste (isto é, não foi feita nenhuma tentativa de ajustar as doses de partículas para otimizar o direcionamento tumoral). No entanto, apesar das baixas quantidades nanomolares usadas, ocorreu localização e acumulação preferencial do rastreador de partícula em vários tumores. Em um dos pacientes com um adenoma da pituitária presumido, os resultados da imagiologia por PET apresentaram progressiva acumulação pura da atividade do rastreador de partícula no sítio da lesão. Os resultados deste estudo sugerem que nossas partículas inje-tadas sistemicamente são bem toleradas e apresentam uma assinatura farmacocinética "macromolecular" distintamente única, onde a maior parte do clearance renal predomina sem significativa captação pelo sistema do retículo endotelial. Isto está em contraste com muitas mo-léculas hidrofóbicas, proteínas, e plataformas de partículas maiores (>10 nm). Esta característica é altamente atípica para nanopartículas (as quais geralmente apresentam diâmetros maiores do que os valores de corte renal estimados, e, portanto, pouca excreção renal e clearance mais lento) e assegura avaliação clínica de nossa plataforma de nanopartículas ultrapequenas.[00364] Targeted detection did not serve as a study endpoint, and dose-escalation procedures to obtain maximum uptake at disease sites were therefore not incorporated into the test design (i.e., no attempt was made to adjust doses of particles to optimize tumor targeting). However, despite the low nanomolar amounts used, preferential localization and accumulation of the tracer particle occurred in several tumors. In one of the patients with a presumed pituitary adenoma, PET imaging results showed progressive pure accumulation of particle tracer activity at the lesion site. The results of this study suggest that our systemically injected particles are well tolerated and exhibit a distinctly unique "macromolecular" pharmacokinetic signature, where most renal clearance predominates without significant uptake by the reticuloendothelial system. This is in contrast to many hydrophobic molecules, proteins, and larger particle platforms (>10 nm). This feature is highly atypical for nanoparticles (which generally have diameters larger than estimated renal cutoff values, and therefore little renal excretion and slower clearance) and warrants clinical evaluation of our ultrasmall nanoparticle platform.

[00365] Estes resultados, junto com dados essenciais sobre segurança, farmacocinética, e dosimetria da plataforma de imagiologia de C dots de dupla-modalidade, sugere a utilidade geral desta técnica de microdosagem humana em termos da produção de leituras chave tumor-específicas para o diagnóstico do câncer. As referidas cargas estimadas de rastreador de partícula acumuladas no tumor (ou concentrações), junto com o conhecimento da resposta inibitória celular (isto é, IC50 ou concentração inibitória de 50%), podem ser usadas potencialmente para prever os requisitos de dosagem terapêutica para um determinado fármaco.[00365] These results, together with essential data on safety, pharmacokinetics, and dosimetry of the dual-modality C-dot imaging platform, suggest the general utility of this human microdosing technique in terms of producing key tumor-specific readouts for the cancer diagnosis. Said estimated tumor-accumulated tracer particle loads (or concentrations), together with knowledge of the cellular inhibitory response (i.e., IC50 or 50% inhibitory concentration), can potentially be used to predict therapeutic dosage requirements for a certain drug.

MétodosMethods Síntese e Caracterização de pontos de cRGDY-PEG-C (cRGDY-PEG- C-dots).Synthesis and Characterization of cRGDY-PEG-C dots (cRGDY-PEG-C-dots).

[00366] Para detalhes referentes à síntese e à caracterização de PEGylated e cRGDY (Peptides International, Louisville Ky.) surface- funcionalizadas núcleo fluorescente-shell silica nanopartículas (cRGDY-PEG-C-dots) encapsulating the organic dye, Cy5 (emissão maxima ~650 nm, 2 dye equivalents dentro do núcleo da partícula core), vide uma publicação anterior deste grupo e referências na mesma. Benezra, M., et al., Multimodal silica nanoparticles are effective cancer- targeted probes in a model of human melanoma, J Clin Invest, 121, 2768-2780 (2011). Em resumo, as partículas foram preparadas por uma condensação de sílica do tipo de Stober modificada. Bogush, et al., Preparation of monodisperse silica particles: Control of size and mass fraction, J Non-Cryst Solids, 104, 95-106 (1988). Herz, et al., Large stokes-shift fluorescent silica nanoparticles with enhanced emission over free dye for single excitation multiplexing, Macromol Rapid Commun, 30, 1907-1910 (2009). Sadasivan, et al., Alcoholic solvent effect on silica synthesys--NMR and DLS investigation, J Sol-Gel Sci Technol, 12, 5-14 (1998). PEGs bifuncionais foram derivatizados com silanos para fixação à superfície da sílica e para ligação de peptídeo. Peptídeos cRGDY contendo a sequência ciclo-(Arg-Gly-Asp-Tyr) e carregando resíduos cisteína (Peptide International) foram anexados a cadeias de PEG funcionalizadas através de uma ligação de cisteína- maleimida. O raio hidrodinâmico, o brilho, e as concentrações de pontos de cRGDY-PEG-C, bem como contra corante Cy5 livre, foram analisados em um Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS usando excitação de HeNe a 633 nm.[00366] For details regarding the synthesis and characterization of PEGylated and cRGDY (Peptides International, Louisville Ky.) surface-functionalized fluorescent core-shell silica nanoparticles (cRGDY-PEG-C-dots) encapsulating the organic dye, Cy5 (maximum emission ~650 nm, 2 dye equivalents within the nucleus of the core particle), see a previous publication by this group and references therein. Benezra, M., et al., Multimodal silica nanoparticles are effective cancer-targeted probes in a model of human melanoma, J Clin Invest, 121, 2768-2780 (2011). Briefly, the particles were prepared by a modified Stober-type silica condensation. Bogush, et al., Preparation of monodisperse silica particles: Control of size and mass fraction, J Non-Cryst Solids, 104, 95-106 (1988). Herz, et al., Large stokes-shift fluorescent silica nanoparticles with enhanced emission over free dye for single excitation multiplexing, Macromol Rapid Commun, 30, 1907-1910 (2009). Sadasivan, et al., Alcoholic solvent effect on silica synthesis--NMR and DLS investigation, J Sol-Gel Sci Technol, 12, 5-14 (1998). Bifunctional PEGs were derivatized with silanes for attachment to the silica surface and for peptide binding. cRGDY peptides containing the cyclo-(Arg-Gly-Asp-Tyr) sequence and carrying cysteine residues (Peptide International) were attached to functionalized PEG chains via a cysteine-maleimide bond. The hydrodynamic radius, brightness, and spot concentrations of cRGDY-PEG-C, as well as against free Cy5 dye, were analyzed on a Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS using HeNe excitation at 633 nm.

Radiomarcação de pontos de cRGDY-PEG-C (cRGDY-PEG-C-dots).Radiolabeling of cRGDY-PEG-C dots (cRGDY-PEG-C-dots).

[00367] Resíduos tirosina foram conjugados a cadeias de PEG para fixação de porções de radioiodo (isto é, 124I, 131I). Hermanson, G, Bio-conjugate Techniques, (Academic Press, Londres, Reino Unido, 2008). Yoon, T. J., et al. Specific targeting, cell sorting, and bioimaging with smart magnetic sílica core-shell nanomaterials. Small, 2, 209-215 (2006). Radiomarcação de pontos de cRGDY-PEG-C (cRGDY-PEG-C- dots) foi realizada usando o método do IODOGEN (Pierce). Piatyszek, et al., Iodo-Gen-mediated radioiodination of nucleic acids, Anal Bio- chem, 172, 356-359 (1988). O produto radiomarcado foi elutriado de colunas de PD-10 e avaliado usando uma calibrador de dose (Capintec, Ramsey N.J.) e radioTLC; as atividades específicas das frações de partículas ligadas a 124I foram da ordem de 1450 milicuries (mCi)/μmol e a pureza radioquímica foi maior do que 95%.[00367] Tyrosine residues were conjugated to PEG chains for attachment of radioiodine moieties (i.e., 124I, 131I). Hermanson, G, Bio-conjugate Techniques, (Academic Press, London, UK, 2008). Yoon, T. J., et al. Specific targeting, cell sorting, and bioimaging with smart magnetic silica core-shell nanomaterials. Small, 2, 209-215 (2006). Radiolabeling of cRGDY-PEG-C dots (cRGDY-PEG-C-dots) was performed using the IODOGEN method (Pierce). Piatyszek, et al., Iodine-Gen-mediated radioiodination of nucleic acids, Anal Biochem, 172, 356-359 (1988). The radiolabeled product was elutriated from PD-10 columns and evaluated using a dose calibrator (Capintec, Ramsey N.J.) and radioTLC; the specific activities of the 124I-bound particle fractions were on the order of 1450 millicuries (mCi)/μmol and the radiochemical purity was greater than 95%.

Seleção de Pacientes.Patient Selection.

[00368] Sujeitos com melanoma metastático com confirmação histológica da doença e abrigando tumor recém diagnosticado ou recorrente foram elegíveis para o estudo. Indivíduos que tinham enfermidade médica não relacionada com melanoma, o que impediria a administração do rastreador de partículas, foram excluídos do estudo. Solução de iodeto de potássio (SSKI, 130 mg por dia) foi administrada 2 dias antes e até 2 semanas depois de injeção intravenosa do rastreador de partícula radio-iodado (dots de 124I-cRGDY-PEG-C, 185 MBq/5 ml) para bloquear a função da tiroide. Este protocolo foi aprovado pelo Institutional Review Board of the Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Os pacientes foram testados para função hemotológica, renal, e hepática antes e depois de PET e proporcionaram consentimento informado assinado.[00368] Subjects with metastatic melanoma with histological confirmation of the disease and harboring newly diagnosed or recurrent tumor were eligible for the study. Individuals who had a medical illness unrelated to melanoma, which would preclude administration of the particle tracer, were excluded from the study. Potassium iodide solution (SSKI, 130 mg per day) was administered 2 days before and up to 2 weeks after intravenous injection of radioiodinated particle tracer (dots of 124I-cRGDY-PEG-C, 185 MBq/5 ml) to block thyroid function. This protocol was approved by the Institutional Review Board of the Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Patients were tested for hemotologic, renal, and hepatic function before and after PET and provided signed informed consent.

Aquisição e Processamento de Imagem.Image Acquisition and Processing.

[00369] Varreduras por CT espiral de baixa dose foram obtidas por procedimento de rotina, seguido pela aquisição de três varreduras por PET do corpo inteiro em um scanner de GE Discovery STE PET/CT 4 dedicado, 24, e 72 horas pós-injeção do rastreador de partículas. Os dados de emissão de pósitrons foram reconstruídos usando o algoritmo de maximização da expectativa de subgrupos ordenados (OSEM). As imagens foram corrigidas para atenuação usando os dados de transmissão de CT coletados sobre a mesma região que para imagio-logia por emissão, e foi realizado registro do conjunto de dados seriais usando grupos de dados de CT.[00369] Low-dose spiral CT scans were obtained per routine procedure, followed by the acquisition of three whole-body PET scans on a dedicated GE Discovery STE PET/CT 4 scanner, 24, and 72 hours post-dose injection. particle tracker. Positron emission data were reconstructed using the ordered subgroup expectation maximization (OSEM) algorithm. Images were corrected for attenuation using CT transmission data collected over the same region as for emission imaging, and serial data set registration was performed using CT data sets.

Imagiologia e Análises Metabólicas.Imaging and Metabolic Analysis.

[00370] Para análises farmacocinética e dosimétrica, regiões de in-teresse (ROIs) foram desenhadas sobre dados de imagiologia por PET (AW Workstation, GE Healthcare, Ridgewood, N.J.) de modo a extrair os valores de captação padrão média e máxima (SUVs) para todos os órgãos maiores e tecidos normais, incluindo cérebro, pulmão, ventrículo esquerdo, fígado, baço, intestino, rins, bexiga, músculo, mama, e tumor(es). Para avaliação farmacocinética, os SUVs foram convertidos para valores de % da DI/g (isto é, SUV = % da DI/g de tecido x massa corporal do paciente / 100). Os dados de captação dos órgãos / tecidos foi suplementado por dados de tempo - atividade do sangue e da urina. Amostras de sangue venoso e de urina foram coletadas em aproximadamente 30 min, 3 horas, 24 horas, 72 horas, e até 2 semanas depois de injeção de dots de 124I-cRGDYPEG-C. Depois de centrifugação das amostras de sangue total (4000 rpm, 10 min), o sobrena- dante plasmático, junto com amostras de urina, foram avaliados em um contador de cavidade de cintilação (1480 Automatic Gamma Counter, Perkin Elmer, Shelton Conn.) calibrado para 124I. Análises por Ra- dioTLC foram adicionalmente realizadas sobre as amostras biológicas. Análises por RadioTLC do rastreador de partículas, peptídeo nativo (cRGDY) marcado com 131I, e iodo livre (131I) serviram como controles de modo a facilitar a interpretação. As atividades (contagens por minuto, cpm) foram convertidas para microcuries, corrigidas por decaimento, e ajustadas para volumes divididos em alíquotas. Os valores finais foram expressados como % da DI/g. Valores do fator de retenção (Rf) para o rastreador foram obtidos e usados para identificação do composto de origem e de possíveis metabólitos.[00370] For pharmacokinetic and dosimetric analyses, regions of interest (ROIs) were drawn on PET imaging data (AW Workstation, GE Healthcare, Ridgewood, N.J.) in order to extract mean and maximum standard uptake values (SUVs ) for all major organs and normal tissues, including brain, lung, left ventricle, liver, spleen, intestine, kidney, bladder, muscle, breast, and tumor(s). For pharmacokinetic assessment, SUVs were converted to % ID/g values (i.e., SUV = % ID/g tissue x patient body mass / 100). Organ/tissue uptake data was supplemented by time-activity data from blood and urine. Venous blood and urine samples were collected approximately 30 min, 3 hours, 24 hours, 72 hours, and up to 2 weeks after 124I-cRGDYPEG-C dot injection. After centrifugation of the whole blood samples (4000 rpm, 10 min), the plasma supernatant, together with urine samples, were evaluated in a scintillation well counter (1480 Automatic Gamma Counter, Perkin Elmer, Shelton Conn.) calibrated to 124I. RadioTLC analyzes were additionally performed on biological samples. RadioTLC analysis of the particle tracer, 131I-labeled native peptide (cRGDY), and free iodine (131I) served as controls to facilitate interpretation. Activities (counts per minute, cpm) were converted to microcuries, corrected for decay, and adjusted for aliquoted volumes. Final values were expressed as % DI/g. Retention factor (Rf) values for the tracer were obtained and used to identify the parent compound and possible metabolites.

Dosimetria da Radiação.Radiation Dosimetry.

[00371] O método de dosimetria da radiação de rotina é uma adaptação do método promulgado pelo Commitê MIRD (Medical Internal Radionuclide Dosimetry), responsável pelas propriedades físicas dos radionuclídeos administrados (124I) bem como pelas propriedades bio-lógicas (farmacocinéticas e biodistribuição) do radiofármaco em paci-entes individuais. As emissões de 124I e suas respectivas frequências e energias são obtidas a partir das publicações de MIRD Radionuclede Data and Decay Scheme. PET scans seriais de corpo inteiro permitiram derivação das estimativas de dose absorvida por órgão normal (rad e rad/mCi) usando dados de tempo - atividade derivados por ROI. PET scans foram adquiridos com todos os parâmetros idênticos, incluindo o tempo de varredura. Usando a massa do corpo total do paciente (em kg) e as massas de órgãos do homem padrão de 70 kg (70-kg Standard Man), os dados de ROI de corpo total e dos órgãos (isto é, valores de captação padrão média (SUVs) foram convertidos para atividades (isto é, fração da dose injetada). Os dados de tempo - atividade derivados por imagem precedentes foram ajustados para funções exponenciais usando um algoritmo de ajuste de quadrados mínimos e as resultante funções de tempo - atividade foram integradas analitica-mente, incorporando o efeito do decaimento físico do 124I para produzir as atividades acumuladas (ou durações da permanência) em μCi ho- ras/μCi nos órgãos e no corpo total. As atividades acumuladas foram usadas para calcular doses médias absorvidas por partículas com etiqueta de 124I para os órgãos (rad/mCi) e a dose efetiva (rem/mCi) para o modelo anatômico masculino (Standard Man) padrão de 70 kg empregando o programa OLINDA EXM MIRD. Loevinger et al., MIRD Primer for Absorbed Dose Calculations, Society of Nuclear Medicine, New York, N.Y., 1991.[00371] The routine radiation dosimetry method is an adaptation of the method promulgated by the MIRD Committee (Medical Internal Radionuclide Dosimetry), responsible for the physical properties of the administered radionuclides (124I) as well as the biological properties (pharmacokinetics and biodistribution) of the radiopharmaceutical in individual patients. The 124I emissions and their respective frequencies and energies are obtained from the MIRD Radionuclede Data and Decay Scheme publications. Serial whole body PET scans allowed derivation of normal organ absorbed dose estimates (rad and rad/mCi) using ROI-derived time - activity data. PET scans were acquired with all parameters identical, including scan time. Using the patient's total body mass (in kg) and the organ masses of the 70-kg Standard Man, total body and organ ROI data (i.e., average standard uptake values (SUVs) were converted to activities (i.e., fraction of injected dose). The preceding imaging-derived time-activity data were fit to exponential functions using a least-squares fitting algorithm and the resulting time-activity functions were integrated. analytically, incorporating the effect of the physical decay of 124I to produce the accumulated activities (or lengths of stay) in μCi hours/μCi in organs and the total body. The accumulated activities were used to calculate average doses absorbed by particles with 124I. 124I label for the organs (rad/mCi) and the effective dose (rem/mCi) for the standard 70 kg male anatomical model (Standard Man) using the OLINDA EXM MIRD program Loevinger et al., MIRD Primer for Absorbed Dose. Calculations, Society of Nuclear Medicine, New York, N.Y., 1991.

Testes de Ligação de Proteína Sérica.Serum Protein Binding Tests.

[00372] Amostras de sangue total foram coletadas em tubos separadores de soro a partir de um modelo de mini porco de melanoma metastático (Sinclair Research Center, MO), seguido por centrifugação (4000 rpm, 10 min) de modo a isolar a fração plasmática. Uma alíquota de soro foi deixada de lado para contagem de raios gama; a fração remanescente foi tratada com etanol (200 proof, Decon Labs, King of Prussia, Pa.), turbilhonada até ficar turva, e colocada sobre gelo seco (5 min) para promover precipitação das proteínas do soro. Depois de centrifugação, o sobrenadante foi coletado para contagem de raios gama e o pélete foi lavado repetidamente com salina tamponada com fosfato e centrifugado (4000 rpm, 10 min) para coletar alíquotas de 100 μL de sobrenadante para contagem de raios gama (1480 Wizard 3'').[00372] Whole blood samples were collected in serum separator tubes from a mini pig model of metastatic melanoma (Sinclair Research Center, MO), followed by centrifugation (4000 rpm, 10 min) in order to isolate the plasma fraction . An aliquot of serum was set aside for gamma ray counting; the remaining fraction was treated with ethanol (200 proof, Decon Labs, King of Prussia, Pa.), swirled until cloudy, and placed on dry ice (5 min) to promote precipitation of serum proteins. After centrifugation, the supernatant was collected for gamma ray counting and the pellet was repeatedly washed with phosphate-buffered saline and centrifuged (4000 rpm, 10 min) to collect 100 μL aliquots of supernatant for gamma ray counting (1480 Wizard 3 '').

Exemplo 15Example 15 Alfa-MSH-PEG-Cy5-Partículas (Partículas Ligadas a Peptídeo MSH)Alpha-MSH-PEG-Cy5-Particles (MSH Peptide-Bound Particles)

[00373] O peptídeo N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (ou alfa MSH) usado para conjugação de nanopartículas tem a estrutura mostrada na Figura 32. É anexado à nanopartícula através do tiol da ciste- ína N-terminal. Um espaçador de duas unidades de ácido amino hexa- nóico separa o ponto de fixação da nanopartícula da molécula de dire- cionamento de D-Lys-ReCCMSH. A molécula de direcionamento de ReCCMSH original é mostrada na Figura 33. Foi projetada para direci-onar o radionuclídeo para tumores de melanoma para imagiologia e terapia. O peptídico análogo de MSH pode ser diretamente radiomar- cado com 99mTc ou 188Re (no sítio do Re) ou através de um quelador de metal anexado ao término amino. O análogo peptídico alfa MSH mostrado na Figura 32 é bastante diferente do análogo de MSH original mostrado na Figura 33. A molécula de MSH original não pode ser anexada a uma nanopartícula. O peptídeo MSH da nanopartícula contém um grupamento amino livre contendo cadeia lateral para radiomarcação. Esta é presentemente uma D-Lisina mas pode ser uma cadeia lateral terminada por grupamento amino de 1 a muitos carbonos de comprimento.[00373] The N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (or alpha MSH) peptide used for nanoparticle conjugation has the structure shown in Figure 32. It is attached to the nanoparticle through the cysteine thiol N-terminal. A spacer of two amino hexanoic acid units separates the nanoparticle attachment point from the D-Lys-ReCCMSH targeting molecule. The original ReCCMSH targeting molecule is shown in Figure 33. It was designed to target the radionuclide to melanoma tumors for imaging and therapy. The peptide analogue of MSH can be directly radiolabeled with 99mTc or 188Re (at the Re site) or through a metal chelator attached to the amino terminus. The MSH alpha peptide analog shown in Figure 32 is quite different from the original MSH analog shown in Figure 33. The original MSH molecule cannot be attached to a nanoparticle. The MSH peptide of the nanoparticle contains a free amino group containing side chain for radiolabeling. This is presently a D-Lysine but may be an amino-terminated side chain of 1 to many carbons in length.

[00374] A conjugação do N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (ou alfa-MSH) à nanopartícula permite que a nanopartícula tenha por alvo e ligue células e tumores de melanoma. As partículas resultantes, ou dots de alfa-MSH-PEG-Cy5-C tinham cerca de 6 a 7 nm de diâmetro interno (i.d.) usando FCS e continham, em média, cerca de 2,6 corantes por partícula. O número de ligantes de alfa-MSH por partícula foi estimado em <10.[00374] Conjugation of N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (or alpha-MSH) to the nanoparticle allows the nanoparticle to target and bind melanoma cells and tumors. The resulting particles, or dots of alpha-MSH-PEG-Cy5-C were about 6 to 7 nm in internal diameter (i.d.) using FCS and contained, on average, about 2.6 dyes per particle. The number of alpha-MSH ligands per particle was estimated to be <10.

[00375] Estudos de ligação competitiva usando partículas conjugadas a N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (ou alfa-MSH): Em um teste d eligação competitiva com um agonista de receptor de melanocortina- 1 (125I-NDP), as nanopartículas conjugadas a alfa MSH tinham uma IC50 para células de melanoma B16/F1 cultivadas de 6,6x10-10 M (Figura 34A), ao passo que uma versão da molécula de sequência mista tinha uma IC50 de 2,3*10-7 M (Figura 34B). Além disso, houve uma diferença na ligação de 3 ordens de magnitude. Para referência no mesmo tipo de teste de ligação competitiva, o DOTA-ReCCMSH original tinha uma IC50 de 2,1*10-9 M.[00375] Competitive binding studies using particles conjugated to N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (or alpha-MSH): In a competitive binding test with a melanocortin-1 receptor agonist ( 125I-NDP), the alpha MSH-conjugated nanoparticles had an IC50 for cultured B16/F1 melanoma cells of 6.6x10-10 M (Figure 34A), whereas a mixed-sequence version of the molecule had an IC50 of 2. 3*10-7 M (Figure 34B). Furthermore, there was a difference in binding of 3 orders of magnitude. For reference in the same type of competitive binding test, the original DOTA-ReCCMSH had an IC50 of 2.1*10-9 M.

[00376] O conjugado de nanopartícula ligada a peptídeo N-Ac-Cys- (Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (ou alfa-MSH) teve melhor afinidade para as células B16/F1 do que o DOTA-ReCCMSH original e muito maior afi-nidade do que a nanopartícula de peptídeo misto.[00376] The N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH (or alpha-MSH) peptide-linked nanoparticle conjugate had better affinity for B16/F1 cells than the original DOTA-ReCCMSH and much higher affinity than mixed peptide nanoparticle.

[00377] Dados de dose-resposta foram adicionalmente obtidos como uma função das concentrações de partículas direcionadas (Figura 35A) e dos tempos de incubação (Figura 35B) para ambas as linhagens de células de melanoma B16F10 e M21. As concentrações de saturação para estas linhagens, com base em estudos de citometria de fluxo, foram consideradas como sendo de ordem de ~100 nM para estes dois tipos celulares, e foram necessários tempos de incubação de no mínimo 2 horas para maximizar a ligação.[00377] Dose-response data were additionally obtained as a function of targeted particle concentrations (Figure 35A) and incubation times (Figure 35B) for both B16F10 and M21 melanoma cell lines. Saturation concentrations for these lines, based on flow cytometry studies, were considered to be on the order of ~100 nM for these two cell types, and incubation times of at least 2 hours were required to maximize binding.

[00378] Estudos de sobrevida de células M21 humanas, realizado sobre uma faixa de concentrações de partículas por um tempo de incubação fixo de 48 horas não demonstrou nenhuma perda significativa da viabilidade celular (Figura 36).[00378] Survival studies of human M21 cells, carried out over a range of particle concentrations for a fixed incubation time of 48 hours, demonstrated no significant loss of cell viability (Figure 36).

[00379] Nanopartículas conjugadas a alfa-MSH radiomarcadas com 125I demonstraram excreção renal em grande volume durante um período de 24 horas em ambos os modelos de xenoenxerto murino B16F10 e M21 (Figuras 37A, 37B); não foi medido nenhum rastreador de partícula apreciável em pontos do tempo posteriores (isto é, >24 horas). Além disso, nenhum dos modelos de xenoenxerto B16F10 nem M21 apresentou acumulação significativa da sonda de partículas direcionadas no sistema retículo endotelial (isto é, não um agente do RES), nem no rim (Figuras 38A, 38B), o último órgão tipicamente um sítio que acumula alfa-MSH inespecificamente dada sua carga positiva pura. Portanto, a fixação de alfa-MSH à sonda de partículas significativamente aprimorou suas propriedades de clearance renal e eliminou a acumulação dentro dos rins.[00379] 125I-radiolabeled alpha-MSH-conjugated nanoparticles demonstrated large-volume renal excretion over a 24-hour period in both B16F10 and M21 murine xenograft models (Figures 37A, 37B); no appreciable particle tracer was measured at later time points (i.e., >24 hours). Furthermore, neither the B16F10 nor M21 xenograft models showed significant accumulation of the targeted particle probe in the reticuloendothelial system (i.e., not an agent of the RES), nor in the kidney (Figures 38A, 38B), the latter organ typically a site which accumulates alpha-MSH nonspecifically given its pure positive charge. Therefore, attachment of alpha-MSH to the particle probe significantly enhanced its renal clearance properties and eliminated accumulation within the kidneys.

Exemplo 16Example 16 Sinalização Mediada por Integrina e Modulação da Biologia TumoralIntegrin-Mediated Signaling and Modulation of Tumor Biology

[00380] A sinalização de integrina regula diversas funções em células tumourais, incluindo adesão / disseminação, migração, invasão, proliferação e sobrevida. Em vários tipos de tumores, incluindo o me-lanoma, a expressão de integrinas particulares se correlaciona com aumento da progressão da doença e diminuição da sobrevida do paci-ente. Interações de adesivo mediadas por integrina identificaram novas funções da integrina em mecanismos de sobrevida celular e na ativação de caminhos de sinalização divergentes. É de conhecimento geral que a ligação de peptídeos (ou aglomerados de peptídeos), contendo a sequência RGD, a receptores de integrina leva a reticulação ou aglomeração de integrinas a qual, por sua vez, modula os processos acima. No entanto, não está claro se nanopartículas carregando múltiplos ligantes peptídicos RGD podem adicionalmente acionar semelhantes eventos de sinalização de integrina, uma vez que isto vai refletir uma complexa dependência de múltiplos fatores com base nas partículas (tamanho, carga, composição, química de superfície, número / tipo de ligante), do tipo de células tumorais (ou endoteliais), na densidade dos receptores celulares, e na dosagem das partículas. Nossos estudos de dose resposta demonstram modesta ativação de caminhos de sinalização divergentes depos de exposição celular a concentrações de partículas maiores do que 100 nM as quais, por sua vez, promovem a migração de células M21 e HUVEC, a atividade proli- ferativa, e alteram as propriedades de adesão.[00380] Integrin signaling regulates diverse functions in tumor cells, including adhesion/spread, migration, invasion, proliferation and survival. In several types of tumors, including melanoma, the expression of particular integrins correlates with increased disease progression and decreased patient survival. Integrin-mediated patch interactions have identified novel functions of integrin in cell survival mechanisms and in the activation of divergent signaling pathways. It is generally known that the binding of peptides (or clusters of peptides), containing the RGD sequence, to integrin receptors leads to cross-linking or clustering of integrins which, in turn, modulates the above processes. However, it is unclear whether nanoparticles carrying multiple RGD peptide ligands can additionally trigger similar integrin signaling events, as this will reflect a complex dependence on multiple particle-based factors (size, charge, composition, surface chemistry, number/type of ligand), the type of tumor cells (or endothelial cells), the density of cellular receptors, and the dosage of particles. Our dose response studies demonstrate modest activation of divergent signaling pathways following cellular exposure to particle concentrations greater than 100 nM which, in turn, promote M21 and HUVEC cell migration, proliferative activity, and alter adhesion properties.

Ligação de cRGDY-PEG-C-dots a Células M21 e HUVECBinding of cRGDY-PEG-C-dots to M21 and HUVEC Cells

[00381] O receptor de αvβa integrina desempenha um papel chave na remodelagem vascular e na angiogênese, demonstrando aumentada expressão sobre as superfícies de células endoteliais e tumorais para uma variedade de linhagens de células tumorais. Isto leva ao uso deste receptor como um alvo para fins diagnósticos e terapêuticos. Em nosso caso, os dots de cRGDY-PEG-C foram testados por sua capa-cidade para ligar a células de melanoma (M21) ou a células endoteliais vasculares umbilicais humanas (HUVEC) como uma função da con-centração e do tempo. Eestudos de dose resposta iniciais mostraram um aumenot progressivo na ligação de dots de cRGDY-PEG-C a células M21 e HUVEC como uma função da concentração por citometria de fluxo (Figura 39, Figura 47A). Ligação de partícula demonstrou saturação a cerca de 100 nM para ambas as linhagens celulares, com % média de valores bloqueados de cerca de 80% para células M21 e de 96% para células HUVEC. O comportamento de dose-resposta foi adicionalmente investigado como uma função dos tempos de incubação de partículas para ambos os tipos celulares depois de incubação com 100 nM de dots de cRGDY-PEG-C. Foi observada máxima ligação em 2 horas pós-incubação, parmenecendo relativamente constante depois disso (Figura 47B).[00381] The αvβa integrin receptor plays a key role in vascular remodeling and angiogenesis, demonstrating increased expression on the surfaces of endothelial and tumor cells for a variety of tumor cell lines. This leads to the use of this receptor as a target for diagnostic and therapeutic purposes. In our case, cRGDY-PEG-C dots were tested for their ability to bind to melanoma cells (M21) or human umbilical vascular endothelial cells (HUVEC) as a function of concentration and time. Initial dose response studies showed a progressive increase in the binding of cRGDY-PEG-C dots to M21 and HUVEC cells as a function of concentration by flow cytometry (Figure 39, Figure 47A). Particle binding demonstrated saturation at about 100 nM for both cell lines, with average % blocked values of about 80% for M21 cells and 96% for HUVEC cells. Dose-response behavior was further investigated as a function of particle incubation times for both cell types after incubation with 100 nM cRGDY-PEG-C dots. Maximum binding was observed at 2 hours post-incubation, appearing relatively constant thereafter (Figure 47B).

Endocitose e Tráfico Intracelular de cRGDY-PEG-C-dotsEndocytosis and Intracellular Trafficking of cRGDY-PEG-C-dots

[00382] De modo a elucidar a natureza do caminho ou dos caminhos utilizados por cRGDY-PEG-C-dots depois de sua incubação em células M21 -- que este seja um processo de captação mediado por receptores de αvβ3 integrina e/ou inespecífico, nós examinamos a captação destas partículas dependente da temperatura para um tempo de incubação de 4 horas em três temperaturas: 4°, 25° C. e 37° C. Os resultados, resumidos na Figura 39A, C indicam um aumento em cRGDY-PEG-C-dots associados com células a 37° C. em comparação com 25° C. ou a 4° C. em ambas as linhagens celulares testadas. Além disso, a internalização de cRGDY-PEG-C-dots foi parcialmente bloqueada na presença de excesso (*250) de anticorpo para receptor de αvβ3 em células M21 e HUVEC (Figuras 39A, 39C), sugerindo um componente de ligação mediada por receptor. Adicionalmente, a captação em células M21L negativas para αvβ3 foi a grosso modo um fator de 4 a 8 vezes menor do que a vista com células expressando αvβ3 tanto a 37° C. quanto a 25° C. (Figura 39B), respectivamente.[00382] In order to elucidate the nature of the pathway or pathways utilized by cRGDY-PEG-C-dots after their incubation in M21 cells -- whether this is an αvβ3 integrin receptor-mediated and/or nonspecific uptake process, we examined the temperature-dependent uptake of these particles for a 4-hour incubation time at three temperatures: 4°, 25° C., and 37° C. The results, summarized in Figure 39A,C indicate an increase in cRGDY-PEG- C-dots associated with cells at 37° C. compared to 25° C. or at 4° C. in both cell lines tested. Furthermore, internalization of cRGDY-PEG-C-dots was partially blocked in the presence of excess (*250) αvβ3 receptor antibody in M21 and HUVEC cells (Figures 39A, 39C), suggesting a receptor-mediated binding component. . Additionally, uptake in αvβ3-negative M21L cells was roughly a factor of 4 to 8 times lower than that seen with αvβ3-expressing cells at both 37° C. and 25° C. (Figure 39B), respectively.

[00383] De modo a caracterizar adicionalmente os compartimentos celulares envolvidos na internalização de dots de cRGDY-PEG-C, nós realizados testes de colocalização em células M21 com dots de cRGDY-PEG-C e biomarcadores de diferentes vesículas endocitóticas. A internalização da partícula direcionada (~1 μM, vermelha, 4 horas incubação) foi detectada com sensibilidade por um microscópio confocal invertido (Leica TCS SP2 AOBS) equipado com uma objetiva HCX PL APO (63X1.2NA Water DIC D) (Figura 39D). Usando marcadores endocitóticos LysoTracker Red (100 nM, green) (Figura 39D) e trans- ferrina-Alexa488, foi confirmada a captação dentro de estruturas endo- cíticas acidíferas, sugerindo atividade de caminho dependente de cla- trina e acidificação gradual das vesículas. A Figura 39D mostra dados de co-localização entre a partícula e vesículas endocíticas acidíferas 30 (pontos amarelos). Também foi observada captação dentro de ma- cropinócitos com 70 kDa de dextran-FITC o qual co-localizou com dots de cRGDY-PEG-C; este achado sugeriu um segundo caminho de in-ternalização. Foi realizada contracoloração nuclear (azul) com Hoechst. Nenhuma partículas entrou no núcleo. Imagiologia de lapso de tmepo confirma a captação de partículas dentro das células M21 e colocalização com o marcador lisossômico, Lamp1.[00383] In order to further characterize the cellular compartments involved in the internalization of cRGDY-PEG-C dots, we performed colocalization tests in M21 cells with cRGDY-PEG-C dots and biomarkers from different endocytotic vesicles. Targeted particle internalization (~1 μM, red, 4 hour incubation) was sensitively detected by an inverted confocal microscope (Leica TCS SP2 AOBS) equipped with a HCX PL APO objective (63X1.2NA Water DIC D) (Figure 39D). . Using endocytotic markers LysoTracker Red (100 nM, green) (Figure 39D) and transferin-Alexa488, uptake within acidic endocytic structures was confirmed, suggesting clathrin-dependent pathway activity and gradual acidification of the vesicles. Figure 39D shows co-localization data between the particle and acidic endocytic vesicles 30 (yellow dots). Uptake was also observed within macropinocytes with 70 kDa of dextran-FITC which co-localized with dots of cRGDY-PEG-C; This finding suggested a second path of internalization. Nuclear counterstaining (blue) was performed with Hoechst. No particles entered the nucleus. Time-lapse imaging confirms particle uptake within M21 cells and colocalization with the lysosomal marker, Lamp1.

Ligação Competitiva de Receptor de αvβ3 Integrina e Especificidade MolecularCompetitive Binding of αvβ3 Integrin Receptor and Molecular Specificity

[00384] Testes de ligação competitiva mostraram bloqueio da ligação de partículas mediada por receptor em células M21 e HUVEC (Figura 48A) por 80% a 85% nas primeiras e 30 a 40% nas últimas usando excesso (x50-x100) de peptídeo cRGDY e contagem de raios gama do rastreador de partícula radiomarcado (dots de 124I-PEG-cRGDY-C). Por contraste com dots de cRGDY-PEG-C, foram vistas significativas redu ções na magnitude da ligação de receptor em células M21 (~30% a 43%) e HUVEC (~13% a 27%) depois de incubação com sondas de partículas não-direcionadas (isto é, dots de PEG-C) por citometria de fluxo (Figura 48B).[00384] Competitive binding tests showed blocking of receptor-mediated particle binding in M21 and HUVEC cells (Figure 48A) by 80% to 85% in the former and 30 to 40% in the latter using excess (x50-x100) cRGDY peptide and counting gamma rays from the radiolabeled particle tracer (dots of 124I-PEG-cRGDY-C). In contrast to cRGDY-PEG-C dots, significant reductions in the magnitude of receptor binding were seen in M21 cells (~30% to 43%) and HUVEC (~13% to 27%) after incubation with particle probes. non-targeted cells (i.e., PEG-C dots) by flow cytometry (Figure 48B).

Influência de dots de cRGDY-PEG-C sobre a Viabilidade e a Proliferação CelularesInfluence of cRGDY-PEG-C dots on Cell Viability and Proliferation

[00385] De modo a demonstrar que dots de cRGDY-PEG-C não afetaram adversamente a sobrevida e a proliferação celulares, células M21 e HUVEC sincronizadas por fases G0/G1 foram expostas a uma faixa de concentrações de partículas (25 a 200 nM de dots de cRGDY-PEG- C; 15 min ou 24 hr) e tempos de incubação (0 a 93 horas) em meio su-plementado com soro (2%, 10% de FBS) a 37° C., e foram medidas as alterações na absorvência dependentes do tempo usando uma leitora de placas ótica (À=440 nm). Em relação aos controles (isto é, meio su-plementado com soro), as medições das absorvência foram consideradas como sendo relativamente constantes sobre a faixa de concentrações de partículas testadas, sugerindo que não houve nenhuma perda significativa de sobrevida celular (Figuras 49A, 49B). Adicionalmente, não foram vistas reduções na absorvência dependentes do tmpo depois de adição multi-dose (n = 5) de 100 nM de dots de cRGDY-PEG-C a células M21 e HUVEC, sugerindo que não houve nenhuma alteração as propriedades proliferativas das células (Figuras 49C, 49D).[00385] In order to demonstrate that cRGDY-PEG-C dots did not adversely affect cell survival and proliferation, G0/G1 phase-synchronized M21 and HUVEC cells were exposed to a range of particle concentrations (25 to 200 nM of dots of cRGDY-PEG-C; 15 min or 24 hr) and incubation times (0 to 93 hours) in medium supplemented with serum (2%, 10% FBS) at 37° C., and measurements were made. time-dependent changes in absorbance using an optical plate reader (À=440 nm). Relative to controls (i.e., serum-supplemented medium), absorbance measurements were found to be relatively constant over the range of particle concentrations tested, suggesting that there was no significant loss of cell survival (Figures 49A, 49B ). Additionally, no time-dependent reductions in absorbance were seen after multi-dose addition (n = 5) of 100 nM cRGDY-PEG-C dots to M21 and HUVEC cells, suggesting that there was no change in the proliferative properties of the cells. (Figures 49C, 49D).

Ativação do Caminho FAK por cRGDY-PEG-C-dotsActivation of the FAK Pathway by cRGDY-PEG-C-dots

[00386] A ligação de um ligante ao receptor de αvβ3 integrina é conhecida para iniciar caminhos de transdução de sinal. Depois da ligação, ocorre aglomeração de integrina, o que leva a autofosforilação da quinase FAK não-receptora na tirosina 397, um sítio de ligação para as quinases da família Src. Recrutamento da Src quinase resulta na fos- forilação de FAK na tirosina 576/577 e de FAK na tirosina 925 na região de terminal carboxila. A fosforilação de FAK na tirosina 397 também é conhecida por ativar numerosas cascatas de sinalização e interme-diários de caminhos a jusante, tais como a sinalização da Proteína Ati-vada por Mitógeno Ras (MAPK), a qual induz a ativação de caminhos de Raf/MEK/Erk e de fosfatidilinositol 3-quinase (PI3K)/AKT (AKT, mTOR, S6K) (Figura 40A).[00386] Binding of a ligand to the αvβ3 integrin receptor is known to initiate signal transduction pathways. After binding, integrin clumping occurs, which leads to autophosphorylation of the non-receptor FAK kinase at tyrosine 397, a binding site for Src family kinases. Recruitment of Src kinase results in the phosphorylation of FAK at tyrosine 576/577 and FAK at tyrosine 925 in the carboxyl-terminal region. Phosphorylation of FAK at tyrosine 397 is also known to activate numerous signaling cascades and intermediates of downstream pathways, such as Ras Mitogen-Activated Protein (MAPK) signaling, which induces the activation of Raf pathways. /MEK/Erk and phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/AKT (AKT, mTOR, S6K) (Figure 40A).

[00387] De modo a determinar se cRGDY-PEG-C-dots de ligação de αvβ3 integrina modula a atividade destes caminhos, nós tratamos células M21 privadas de soro (0,2% FCS) com cRGDY-PEG-C-dots de 100 nM por 2 horas a 37° C.; células privadas de soro tratadas com 0,2% de FCS isolado serviram como controles. Análises por Western blot dos lisados de células expostas a partículas revelaram reforço dos níveis de fosforilação de múltiplos intermediários de proteína: pFAK- 397 e pFAK-576/577, Src, pMEK, pErk, e AkT (Figura 40B), o que sugeriu a ativação de caminhos de sinalização a jusante. Esetes achados, representados graficamente como proporções de intensidade normalizada, foram expressados em relação a seus respectivos níveis de proteína total, e normalizados para valores correspondentes medidos sob condições de controle (Figura 40C). A incubação de células com dots de PEG-C não aumentou os níveis de fosforilação das proteínas testadas (dados não mostrados).[00387] In order to determine whether αvβ3 integrin-binding cRGDY-PEG-C-dots modulates the activity of these pathways, we treated serum-deprived M21 cells (0.2% FCS) with 100 cRGDY-PEG-C-dots. nM for 2 hours at 37° C.; Serum-deprived cells treated with 0.2% FCS alone served as controls. Western blot analysis of lysates from particle-exposed cells revealed enhanced phosphorylation levels of multiple protein intermediates: pFAK-397 and pFAK-576/577, Src, pMEK, pErk, and AkT (Figure 40B), which suggested the activation of downstream signaling pathways. These findings, represented graphically as normalized intensity ratios, were expressed relative to their respective total protein levels, and normalized to corresponding values measured under control conditions (Figure 40C). Incubation of cells with PEG-C dots did not increase phosphorylation levels of the proteins tested (data not shown).

[00388] Nós avaliamos se a ativação observada de caminhos de sinalização a jusante foi dependente da fosforilação de FAK na tirosina 397 por bloqueio deste caminho com um inibidor de molécula pequena, PF-573228. Este inibidor interage com FAK no bolso de ligação de ATP e efetivamente bloqueia tanto a atividade catalítica da proteína FAK quanto a fosforilação de FAK subsequente sobre Tyr397. Depois da adição de duas concentrações de PF-573228 a células M21 privadas de soro previamente expostas a 100 nM de dots de cRGDY-PEG- C, análises por Western blot revelaram a inibição da fosforilação de FAK sobre Tyr397 e Src (Figura 41A), apresentada graficamente na Fi- gura 41B Inibição da fosforilação de MEK ou Erk foi observada somente na maior concentração de inibidor (Figuras 41A, 41B).[00388] We assessed whether the observed activation of downstream signaling pathways was dependent on the phosphorylation of FAK at tyrosine 397 by blocking this pathway with a small molecule inhibitor, PF-573228. This inhibitor interacts with FAK in the ATP-binding pocket and effectively blocks both the catalytic activity of the FAK protein and subsequent FAK phosphorylation on Tyr397. After addition of two concentrations of PF-573228 to serum-starved M21 cells previously exposed to 100 nM cRGDY-PEG-C dots, Western blot analysis revealed inhibition of FAK phosphorylation on Tyr397 and Src (Figure 41A), graphically presented in Figure 41B Inhibition of MEK or Erk phosphorylation was observed only at the highest concentration of inhibitor (Figures 41A, 41B).

Efeito de dots de cRGDY-PEG-C sobre a Migração CelularEffect of cRGDY-PEG-C dots on Cell Migration

[00389] O receptor de αvβa integrina, o qual é altamente expressado sobre muitos tipos de células tumorais e angiogênicas, é conhecido por modular uma série de processos biológicos a jusante, incluindo migração celular, adesão, proliferação, invasão, e angiogênese. Nos experimentos que se seguem, nós procuramos determinar se dots de cRGDY- PEG-C alteram a migração de células M21 e HUVEC. Uma série de ex-perimentos iniciais examinaram alterações dependentes do tempo na migração de células M21, conforme refletido na área média de fecha-mento, usando imagiologia de lapso de tempo em três concentrações de partículas sucessivamente maiores (0 nM a 400 nM; 37° C.) durante um período de tempo de 96 horas (Figura 42A, i-xx). Aumentos estatis-ticamente significantes na área média de fechamento foram observados durante um período de 96 horas, como uma percentagem dos valores basais (t = 0), os quais foram relativamente constantes para a faixa de concentração de partículas usada (isto é, ~87% a 92%), em comparação com as amostras de controle (73%; p<0,05,) (Figura 42A, B). Não foram vistas alterações significativas em intervalos de tempo mais precoces (Figura 42B). Incubação de células HUVEC (37° C., 20 horas) com uma faixa de concentrações de dots de cRGDY-PEG-C (100 a 400 nM) na presença de 0,2% de FCS apresentaram um aumento estatisticamente significante na área média de fechamento para uma concentração de 400 nM (isto é, 34%) (Figuras 43A, 43B), em comparação com 19% (p<0,05) para células não-expostas a partículas. Não foi observada nenhuma alterações apreciável na migração para as menores concentrações de partículas usadas (Figuras 43A, 43B). Foi visto que as células expostas a partículas apresentam maiores taxas de migração em comparação com as células de controle.[00389] The αvβa integrin receptor, which is highly expressed on many types of tumor and angiogenic cells, is known to modulate a number of downstream biological processes, including cell migration, adhesion, proliferation, invasion, and angiogenesis. In the experiments that follow, we sought to determine whether dots of cRGDY-PEG-C alter the migration of M21 and HUVEC cells. A series of initial experiments examined time-dependent changes in M21 cell migration, as reflected in the mean closure area, using time-lapse imaging at three successively higher particle concentrations (0 nM to 400 nM; 37° C.) over a period of time of 96 hours (Figure 42A, i-xx). Statistically significant increases in mean closure area were observed over a 96-hour period, as a percentage of baseline values (t = 0), which were relatively constant for the particle concentration range used (i.e., ~87 % to 92%), compared to control samples (73%; p<0.05,) (Figure 42A, B). No significant changes were seen at earlier time intervals (Figure 42B). Incubation of HUVEC cells (37° C., 20 hours) with a range of concentrations of cRGDY-PEG-C dots (100 to 400 nM) in the presence of 0.2% FCS showed a statistically significant increase in the mean area of closure to a concentration of 400 nM (i.e., 34%) (Figures 43A, 43B), compared to 19% (p<0.05) for cells not exposed to particles. No appreciable changes in migration were observed for the lowest particle concentrations used (Figures 43A, 43B). It was seen that cells exposed to particles show higher migration rates compared to control cells.

[00390] Nós adicionalmente mostramos que os aumentos nas taxas de migração celular foram atenuados pela adição do inibidor de FAK, PF-573228. Imagens de contraste da fase inicial foram adquiridas depois de incubação de células HUVEC com partículas de 400 nM durante um intervalo de tempo de 24 horas (Figura 44A, i-viii), e a área média de fechamento foi determinada e apresentada graficamente em relação a soro isolado (Figura 44B). A percentagem de alteração nas áreas médias de fechamento em relação aos controles, e antes e depois da adição de um inibidor, foi visto que diminui de +34% para +3%. Foram encontradas diferenças estatisticamente significantes entre valores para células expostas a partículas sem inibidor (p<0,03) e partículas tratadas com diferentes concentrações de inibidor (250 nM, 500 nM; p<0,001) em relação a controles privados de soro; as diferenças entre os primeiros dois grupos também foram estatisticamente significantes (Figura 44C).[00390] We additionally showed that increases in cell migration rates were attenuated by the addition of the FAK inhibitor, PF-573228. Early-phase contrast images were acquired after incubating HUVEC cells with 400 nM particles over a 24-hour time interval (Figure 44A, i-viii), and the average area of closure was determined and plotted against isolated serum (Figure 44B). The percentage of change in mean closure areas relative to controls, and before and after the addition of an inhibitor, was seen to decrease from +34% to +3%. Statistically significant differences were found between values for cells exposed to particles without inhibitor (p<0.03) and particles treated with different concentrations of inhibitor (250 nM, 500 nM; p<0.001) in relation to serum-deprived controls; the differences between the first two groups were also statistically significant (Figure 44C).

Efeito de Dots de cRGDY-PEG-C sobre a Adesão e a Disseminação CelularesEffect of cRGDY-PEG-C Dots on Cell Adhesion and Dissemination

[00391] O tripeptídeo RGD é conhecido por ser um componente de constituintes da matriz extracelular, fibronectina e vitronectina. Um teste de ligação competitiva foi realizado usando células M21 (104 células/ cavidade) pré-incubadas (25° C., 30 minutes) com ou sem dots de cRGDY-PEG-C de 400 nM e fibronectina, depois de transferência das células para cavidades revestidas com fibronectina. Cerca de ~60% das células que não foram pré-incubadas com cRGDY-PEG-C-dots se ligaram e espalharam sobre as placas revestidas com fibronectina nos primeiros 30 minutos. Em contraste, uma percentagem muito baixa (15%) de células M21 pré-incubadas com cRGDY-PEG-C-dots de 400 nM foi anexada e disseminada sobre a placa revestida com fibronectina, mesmo 120 minutos depois de serem semeadas (Figuras 45A, 45B). As contagens celulares médias de células de disseminação "alongadas" versus "céllas arredondaas" durante um período de 2 horas revelou quena ausência de partículas (isto é, condição de controle), disseminação de células (células alongadas) foi observada em uma maioria das células, ao passo que um aspecto predominantemente "arredondado" foi visto no caso de células expostas a partículas (Figura 45A). Estes resultados são representados graficamente nas Figuras 45B e 45C, respectivamente. Quantificação das densidades óticas das células depois de adição de azul de metileno (absorvência) revelou que células as quais aderiram e se espalharam sobre fibronectina (isto é, sem pré-incubação de partículas) absorveram duas vezes mais azul de metileno do que as células expostas a partículas (Figura 45D). Nós observamos o mesmo fenômeno quando foram usadas cavidades revestidas com vitronectina (dados não mostrados). Em conjunto, estes dados demonstram que cRGDY-PEG-C-dots aumentam a migração e a disseminação de células através da ligação ao receptor de integrina αvβ3 encontrado em células M21 e HUVEC.[00391] The RGD tripeptide is known to be a component of extracellular matrix constituents, fibronectin and vitronectin. A competitive binding assay was performed using M21 cells (104 cells/well) pre-incubated (25°C, 30 minutes) with or without 400 nM cRGDY-PEG-C dots and fibronectin, after transferring the cells to cavities coated with fibronectin. About ∼60% of cells that were not preincubated with cRGDY-PEG-C-dots attached and spread onto the fibronectin-coated plates within the first 30 minutes. In contrast, a very low percentage (15%) of M21 cells preincubated with 400 nM cRGDY-PEG-C-dots were attached and spread onto the fibronectin-coated plate even 120 minutes after being seeded (Figures 45A, 45B). Average cell counts of "elongated" versus "round" spreading cells over a 2 hour period revealed that in the absence of particles (i.e., control condition), spreading cells (elongated cells) were observed in a majority of the cells. , whereas a predominantly "rounded" appearance was seen in the case of cells exposed to particles (Figure 45A). These results are graphically represented in Figures 45B and 45C, respectively. Quantification of the optical densities of cells after addition of methylene blue (absorbance) revealed that cells which adhered and spread on fibronectin (i.e., without pre-incubation of particles) absorbed twice as much methylene blue as exposed cells. to particles (Figure 45D). We observed the same phenomenon when vitronectin-coated wells were used (data not shown). Taken together, these data demonstrate that cRGDY-PEG-C-dots enhance cell migration and spreading by binding to the αvβ3 integrin receptor found on M21 and HUVEC cells.

Influência de Dots de cRGDY-PEG-C sobre o Ciclo Celular em Células M21Influence of cRGDY-PEG-C Dots on the Cell Cycle in M21 Cells

[00392] Como os receptores de integrina estão envolvidos na so- brevida e na proliferação das células, nós analisamos o efeito de cRGDY-PEG-C-dots sobre o ciclo celular. Células M21 sincronizadas por fase G0/G1 foram incubadas por 48 horas usando duas concentrações de cRGDY-PEG-C-dots (100 nM, 300 nM) em 0,2% de meio suplementado com FCS. Nesta faixa, a percentagem de células na fase S aumentou por 11%, com significância estatística atingida em 100 nM (p<0,05) e 300 nM (p<0,005) em relação aos controles (Figuras 46A, 46B). Declínios correspondentes de 6% e 5% foram vistos nas fases G1 e G2 do ciclo celular, respectivamente. Em conjunto, estes dados indicam um reforço na fase S na presença de dots de cRGDY-PEG-C.[00392] As integrin receptors are involved in cell survival and proliferation, we analyzed the effect of cRGDY-PEG-C-dots on the cell cycle. G0/G1 phase-synchronized M21 cells were incubated for 48 hours using two concentrations of cRGDY-PEG-C-dots (100 nM, 300 nM) in 0.2% FCS-supplemented medium. In this range, the percentage of cells in S phase increased by 11%, with statistical significance reached at 100 nM (p<0.05) and 300 nM (p<0.005) in relation to controls (Figures 46A, 46B). Corresponding declines of 6% and 5% were seen in the G1 and G2 phases of the cell cycle, respectively. Taken together, these data indicate an enhancement in the S phase in the presence of cRGDY-PEG-C dots.

Materiais e MétodosMaterials and methods Reagentes, Anticorpos e Produtos Químicos.Reagents, Antibodies and Chemicals.

[00393] RPMI 1640, soro fetal bovino (FBS), penicilina, estreptomi- cina e HBSS (sem cálcio e magnésio contendo 0,25% de tripsina e 0,05% de EDTA) foram obtidos do Core Media Preparation Facility, Memorial Sloan Kettering Cancer Center (New York, N.Y.). Anti- policlonal coelho: fosfo-Erk1/2 (p-Erk1/2Thr 202/Tyr204), fosfo-AKT (p- Akt.sup.ser473)fosfo-Src (p-Src.sup.Tyr419)fosfo-p70 S6 (p-p70S6 .sup.Thr389), fosfo-MEK1/2 (p-MEK1/2 .sup.Ser217/221), fosfo-FAK- .sup.Tyr397, fosfo-FAK-.sup.Tyr576/577 fosfo-FAK .sup.Tyr925, Erk, AKT, Src, p70 S6, MEK1/2 (47E6) e FAK foram obtained from Cell Signaling Technology (Danvers, Mass.). Conjugados de cabra anti-IgG de coelho, de cabra anti-IgG de camundongo peroxidase de raiz forte (HRP) foram adquiridos da Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA.). Iodeto de propidio, RNase A, conjugado de Transferrina-Alexa Fluor 488, FITC-Dextrano, Fluoresceína, LysoTracker Red DND-99, LysoTracker Green DND-26, pHrodo Red Dextran e Hoechst foram procurados na Invitrogen-Life Technologies (Carlsbad, CA.). PF- 573228 foi obtido da TOCRIS bioscience (Ellisville, Mo.). Ciclo (Arg- Gly-Asp-D-Tyr-Cys) foi da Peptides International (Louisville, Ky.).[00393] RPMI 1640, fetal bovine serum (FBS), penicillin, streptomycin and HBSS (without calcium and magnesium containing 0.25% trypsin and 0.05% EDTA) were obtained from the Core Media Preparation Facility, Memorial Sloan Kettering Cancer Center (New York, N.Y.). Anti-rabbit polyclonal: phospho-Erk1/2 (p-Erk1/2Thr 202/Tyr204), phospho-AKT (p- Akt.sup.ser473)phospho-Src (p-Src.sup.Tyr419)phospho-p70 S6 ( p-p70S6 .sup.Thr389), phospho-MEK1/2 (p-MEK1/2 .sup.Ser217/221), phospho-FAK- .sup.Tyr397, phospho-FAK-.sup.Tyr576/577 phospho-FAK .sup.Tyr925, Erk, AKT, Src, p70 S6, MEK1/2 (47E6), and FAK were obtained from Cell Signaling Technology (Danvers, Mass.). Goat anti-rabbit IgG, goat anti-mouse IgG horseradish peroxidase (HRP) conjugates were purchased from Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA.). Propidium iodide, RNase A, Transferrin-Alexa Fluor 488 conjugate, FITC-Dextran, Fluorescein, LysoTracker Red DND-99, LysoTracker Green DND-26, pHrodo Red Dextran, and Hoechst were obtained from Invitrogen-Life Technologies (Carlsbad, CA. ). PF-573228 was obtained from TOCRIS bioscience (Ellisville, Mo.). Cycle (Arg-Gly-Asp-D-Tyr-Cys) was from Peptides International (Louisville, Ky.).

Síntese de Dots de cRGDY-PEG-C e PEG-dots.Synthesis of cRGDY-PEG-C Dots and PEG-dots.

[00394] Partículas fluorescentes, contendo o corante orgânico Cy5, foram preparadas por uma condensação de sílica do tipo de Stober modificada, conforme previamente descrito. Resíduos tirosina foram conjugados a cadeias de PEG para fixação de radioiodo. Peptídeos cRGDY contendo a sequência cyclo-(Arg-Gly-Asp-Tyr), e carregando resíduos cisteína (Peptide International), foram anexados a cadeias de PEG funcionalizadas através de uma ligação de cisteína - maleimida. O número de ligantes de cRGD por nanopartícula foi calculado empiri-camente.[00394] Fluorescent particles, containing the organic dye Cy5, were prepared by a modified Stober-type silica condensation, as previously described. Tyrosine residues were conjugated to PEG chains for radioiodine attachment. cRGDY peptides containing the sequence cyclo-(Arg-Gly-Asp-Tyr), and carrying cysteine residues (Peptide International), were attached to functionalized PEG chains via a cysteine - maleimide bond. The number of cRGD ligands per nanoparticle was calculated empirically.

Mecanismo de Anexação de PEG à Superfície de C Dot.PEG Attachment Mechanism to C Dot Surface.

[00395] PEGs bifuncionais, éster de MAL-dPEG®12-NHS (Quanta Biodesigns, Ltd) foram derivatizados com silanos, especificamente 3- aminopropil trietoxissilano (Gelest), para fixação à superfície da sílica e para ligação de peptídeo através de reações entre os grupamentos sulfidrila e as porções de maleimida dos PEGs derivatizados. Além disso, cadeias de PEG terminadas com metóxi foram adicionadas à superfície das partículas usando compostos de organosilicio funcional (compostos de Si), especificamente (MeO)3Si-PEG (Gelest), de acordo com protocolos modificados. Em resumo, (MeO)3Si-PEG foi adicionado, em aproximadamente três excessos molares, às partículas em uma mistura de água / álcool básica (~1:5 v/v), e a mistura foi agitada de um dia para o outro em temperatura ambiente.[00395] Bifunctional PEGs, MAL-dPEG®12-NHS ester (Quanta Biodesigns, Ltd) were derivatized with silanes, specifically 3-aminopropyl triethoxysilane (Gelest), for attachment to the silica surface and for peptide binding through reactions between the sulfhydryl groups and the maleimide moieties of the derivatized PEGs. Furthermore, methoxy-terminated PEG chains were added to the surface of the particles using functional organosilicon compounds (Si compounds), specifically (MeO)3Si-PEG (Gelest), according to modified protocols. Briefly, (MeO)3Si-PEG was added, in approximately three molar excess, to the particles in a basic water/alcohol mixture (~1:5 v/v), and the mixture was stirred overnight at room temperature.

Medições das Comparações do Tamanho hidrodinâmico e do Brilho Relativo por Espectroscopia de Correlação da Fluorescência (FCS).Hydrodynamic Size and Relative Brightness Comparison Measurements by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS).

[00396] O raio hidrodinâmico, o brilho, e as concentrações de cRGDY-PEG- e PEG-dots, como contra corante Cy5 livre, foram inicialmente determinados por diálise destas amostras de partícula para água, diluindo em salina fisiológica (0,15 M de NaCl em H2O), e analisando as amostras resultantes em um Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS usando excitação de HeNe a 633 nm. O instrumento foi calibrado com respeito ao tamanho das partículas antes de todas as medições. Os tamanhos hidrodinâmicos médios do corante e das espécies de partícula foram estimados com base nas diferenças do tempo de difusão, ao passo que diferenças relativas no brilho foram avaliadas usando taxas de contagem por molécula / partícula.[00396] The hydrodynamic radius, brightness, and concentrations of cRGDY-PEG- and PEG-dots, as against free Cy5 dye, were initially determined by dialyzing these particle samples into water, diluting in physiological saline (0.15 M of NaCl in H2O), and analyzing the resulting samples on a Zeiss LSM 510 Confocor 2 FCS using HeNe excitation at 633 nm. The instrument was calibrated with respect to particle size before all measurements. Mean hydrodynamic sizes of dye and particle species were estimated based on differences in diffusion time, while relative differences in brightness were assessed using count rates per molecule/particle.

Células e Cultura Celular:Cells and Cell Culture:

[00397] Linhagem celular de melanoma humano M21 e M21 variante M21L (αv negativas) foram obtidas da D. A. Cheresh (University of California, San Diego, CA.). As células foram mantidas em meio RPMI 1640 suplementado com 10% de soro fetal bovino, 2 mM de L- glutamina e Penicilina Estreptomicina. Células Endoteliais da Veia Umbilical Humana (HUVECs) foram obtidas da LONZA (Walkersville, Md.) cultivadas em meio EGM-2 contendo 2% de FBS, e fatores de crescimento LONZA.[00397] Human melanoma cell line M21 and M21 variant M21L (αv negative) were obtained from D. A. Cheresh (University of California, San Diego, CA.). Cells were maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 10% fetal bovine serum, 2 mM L-glutamine and Penicillin Streptomycin. Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) were obtained from LONZA (Walkersville, Md.) cultured in EGM-2 medium containing 2% FBS, and LONZA growth factors.

Estudos de Ligação Celular In Vitro Usando Métodos de Detecção Ótica:In Vitro Cell Binding Studies Using Optical Detection Methods:

[00398] De modo a testar a ligação de partículas para células M21, M21-L ou HUVEC, placas de 24 cavidades foram revestidas com 10 μg/ml de colágeno tipo I (BD Biosciences) em PBS, incubadas a 37° C. por 30 minutes, e lavadas uma vez com PBS. As células (3,0x105 células/ cavidade até 4,0x105 células/ cavidade) foram cultivadas até a confluência. A ligação diferencial de cRGDY-PEG-C-dots a células M21 ou HUVEC foi avaliada sobre uma faixa de tempos de incubação (até 4 horas) e concentrações de partículas (10 a 600 nM) usando ci- tometria de fluxo. Depois de incubação, as células foram lavadas com meio RPMI 1640/0,5% de BSA, destacadas usando 0,25% de tripsina / EDTA, peletizadas em um tubo de microcentrífuga (5 minutos a 153 g, 25° C.), ressuspendidas em solução BD FACSFlow (BD Biosciences), e analisadas no canal de Cy-5 de modo a determinar a percentagem de sonda ligada a partículas (FACSCalibur, Becton Dickinson, Mountain View, CA).[00398] In order to test particle binding to M21, M21-L or HUVEC cells, 24-well plates were coated with 10 μg/ml type I collagen (BD Biosciences) in PBS, incubated at 37° C. for 30 minutes, and washed once with PBS. Cells (3.0x105 cells/well to 4.0x105 cells/well) were grown to confluence. Differential binding of cRGDY-PEG-C-dots to M21 cells or HUVEC was assessed over a range of incubation times (up to 4 hours) and particle concentrations (10 to 600 nM) using flow cytometry. After incubation, cells were washed with RPMI 1640 medium/0.5% BSA, detached using 0.25% trypsin/EDTA, pelleted in a microcentrifuge tube (5 minutes at 153 g, 25° C.), resuspended in BD FACSFlow solution (BD Biosciences), and analyzed in the Cy-5 channel to determine the percentage of probe bound to particles (FACSCalibur, Becton Dickinson, Mountain View, CA).

Estudo de Internalização:Internalization Study:

[00399] O experimento foi realizado conforme acima porém incubado por 4 horas em três diferentes temperaturas: 4° C., 25° C. e 37° C. Co-incubação de excesso (x250) de anticorpo conjugado a αvβ3 fluoresceína anti-integrina humana cRGDY (Millipore, Billerica, Mass.) com cRGDY-PEG-C-dots foi usada para bloqueio de receptor de modo a avaliar a especificidade. Os testes foram realizados com células fixadas e vivas. Para células M21 fixadas, foi usada microscopia confocal invertida (Leica TCS SP2 AOBS) equipada com uma objetiva HCX PL APO (63x1.2NA Water DIC D) e foi usada imagiologia de lapso de tempo para rastrear células M21 vivas. A imagiologia foi adquirida depois de co-incubação de partículas direcionadas (ou de controle) em várias concentrações com os seguintes marcadores de corante) por 4 horas: 70 kDa de conjugado de dextrano -- FITC (1 mg/mL, 37° C. por 30 min; Invitrogen) para marcar macropinossomas, Lysotracker Red (100 nM; Invitrogen) para mardcar o caminho endocitótico (isto é, or- ganelas acidíferas), e transferrina Alexa488 (2 μg/mL.[00399] The experiment was carried out as above but incubated for 4 hours at three different temperatures: 4° C., 25° C. and 37° C. Co-incubation of excess (x250) of antibody conjugated to αvβ3 fluorescein anti-integrin human cRGDY (Millipore, Billerica, Mass.) with cRGDY-PEG-C-dots was used for receptor blockade in order to evaluate specificity. The tests were carried out with fixed and live cells. For fixed M21 cells, inverted confocal microscopy (Leica TCS SP2 AOBS) equipped with a HCX PL APO objective (63x1.2NA Water DIC D) was used and time-lapse imaging was used to track live M21 cells. Imaging was acquired after co-incubation of targeted (or control) particles at various concentrations with the following dye labels) for 4 hours: 70 kDa dextran conjugate -- FITC (1 mg/mL, 37°C. for 30 min; Invitrogen) to mark macropinosomes, Lysotracker Red (100 nM; Invitrogen) to mark the endocytotic pathway (i.e., acidic organelles), and transferrin Alexa488 (2 μg/mL.

Estudos de Ligação Competitiva:Competitive Linkage Studies:

[00400] De modo a avaliar a ligação específica, células M21 foram incubadas (25° C., 4 horas) com 124I-cRGDY-PEG-C-dots (25 nM) e ex-cesso de peptídeo cRGDY. As céluals foram em seguida lavadas com meio RPMI 1640 / 0,5% de BSA, e dissolvidas em 0,5 ml de NaOH a 0,2 M. A radioatividade foi avaliada usando um contador gama 1480 Auto-matic Gamma Counter (Perkin Elmer) calibrado para iodo-124.[00400] In order to evaluate specific binding, M21 cells were incubated (25° C., 4 hours) with 124I-cRGDY-PEG-C-dots (25 nM) and excess cRGDY peptide. The cells were then washed with RPMI 1640 medium/0.5% BSA, and dissolved in 0.5 ml of 0.2 M NaOH. Radioactivity was assessed using a 1480 Auto-matic Gamma Counter (Perkin Elmer ) calibrated for iodine-124.

Western Blot (WB):Western Blot (WB):

[00401] Células M21 (1*106 células/ placa de seis cavidades) foram cultivadas em seis cavidades revestidas com colágeno (10 mg/ml), e tornadas quiescentes por cultura sob condições privadas de soro. Em seguida o meio foi trocado para 0,2% de FCS, e diferentes concentrações (25 a 400 nM) de cRGDY-PEG-C-dots foram adicionadas (37° C., 0,5 a 8 horas). As células foram enxaguadas duas vezes em PBS gelada, coletadas por tripsinização, e o pélete foi ressuspendido em tampão de lise (10 mM de Tris, pH 8,5, 150 mM de NaCl, 1 mM de EDTA, 1% de Triton X-100; ACROS organics, NJ), 1% de desoxicolato de Na, 0,1% de SDS, inibidores de protease Complete® (Roche, Indianapolis, Ind.), e coquetel de inibidor de fosfatase Tablet--PhosSTOP (Roche, Indianapolis, Ind.). Os lisados foram centrifugados (10 min, 4° C.). As concentrações de proteína foram determinadas pelo teste do ácido bi- cinconínico (BCA, Thermo Scientific, Rockford, Ill.). Uma alíquota de proteína de 50 μg de cada fração foi separada por gradiente de 4 a 12% de dodecil sulfato de sódio - eletroforese por gel de poliacrilamida (SDS-PAGE) e transferida para uma membrana de PVDF (Invitrogen, Carlsbad, CA.). As membranas foram bloqueadas com 5% de leite em pó desengordurado (Bio-Rad, Hercules, CA.) em Salina Tris Tampo- nada (TBS)-Tween a 0,1%, e o sinal foi visualizado por quimilumines- cência ECL (Thermo Scientific, Rockford, Ill.) ou Immobilon Western, (Millipore Billerica, Mass.) depois da aplicação de anticorpos primários (1:1000) e secundários (1:2000 a 1:5000).[00401] M21 cells (1*106 cells/six-well plate) were cultured in six wells coated with collagen (10 mg/ml), and made quiescent by culture under serum-deprived conditions. Then the medium was changed to 0.2% FCS, and different concentrations (25 to 400 nM) of cRGDY-PEG-C-dots were added (37° C., 0.5 to 8 hours). Cells were rinsed twice in ice-cold PBS, collected by trypsinization, and the pellet was resuspended in lysis buffer (10 mM Tris, pH 8.5, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1% Triton 100; ACROS organics, NJ), 1% Na deoxycholate, 0.1% SDS, Complete® protease inhibitors (Roche, Indianapolis, Ind.), and Tablet--PhosSTOP phosphatase inhibitor cocktail (Roche, Indianapolis, Ind.), , Ind.). Lysates were centrifuged (10 min, 4° C.). Protein concentrations were determined by the bifivenine acid test (BCA, Thermo Scientific, Rockford, Ill.). A 50-μg protein aliquot from each fraction was separated by 4 to 12% gradient sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and transferred to a PVDF membrane (Invitrogen, Carlsbad, CA.) . Membranes were blocked with 5% defatted dry milk (Bio-Rad, Hercules, CA.) in 0.1% Tris-Buffered Saline (TBS)-Tween, and the signal was visualized by ECL chemiluminescence ( Thermo Scientific, Rockford, Ill.) or Immobilon Western, (Millipore Billerica, Mass.) after application of primary (1:1000) and secondary (1:2000 to 1:5000) antibodies.

Análise do Ciclo Celular:Cell Cycle Analysis:

[00402] Células M21 sincronizadas por fase G0/G1 foram incubadas por 48 horas usando duas concentrações (100 e 300 nM) de cRGDY- PEG-C-dots depois de modificação do meio para 0,2% de FCS. Depois de tripsinização, as células foram centrifugadas (1200 rpm, 5 min), e o pélete foi suspendido em PBS, seguido por fixação com 70% de etanol (4° C., 0,5 a 1 hora). As células foram sucessivamente ressuspendidas em 1 ml de PBS contendo 1% de FCS e 0,1% de Triton X-100, 200 μl de PBS contendo 25 μg/ml de iodeto de propídio, e 100 mg/ml de RNa- seA (4° C., 60 minutos). Foi realizada análise do ciclo celular por citometria de fluxo, FACSCalibur, (Mountain View, CA.) e software Phoenix Flow MultiCycle (Phoenix Flow Systems, Inc., San Diego, CA.).[00402] G0/G1 phase-synchronized M21 cells were incubated for 48 hours using two concentrations (100 and 300 nM) of cRGDY-PEG-C-dots after modifying the medium to 0.2% FCS. After trypsinization, the cells were centrifuged (1200 rpm, 5 min), and the pellet was suspended in PBS, followed by fixation with 70% ethanol (4° C., 0.5 to 1 hour). Cells were successively resuspended in 1 ml of PBS containing 1% FCS and 0.1% Triton X-100, 200 μl of PBS containing 25 μg/ml propidium iodide, and 100 mg/ml of RNaseA ( 4° C., 60 minutes). Cell cycle analysis was performed using flow cytometry, FACSCalibur, (Mountain View, CA.) and Phoenix Flow MultiCycle software (Phoenix Flow Systems, Inc., San Diego, CA.).

Proliferação Celular:Cell Proliferation:

[00403] As células foram divididas (1x104 células/ cavidade) em uma placa de 96 cavidades revestida com colágeno conforme descrito nos estudos de ligação celular in vitro. Diferentes concentrações de cRGDY-PEG-C-dots foram adicionadas (25 a 200 nM) por 24 a 48 horas a 37° C. Em seguida, 20 ml do reagente de proliferação WST-1 (Roche, Indianapolis, Ind.) foi adicionado à placa (37° C., 1 hora). Para determinação das densidades óticas, nós usadmos uma leitora de micro placas SpectraMax5 (Molecular Devices, Sunnyvale, CA.). A absorvência foi medida a 440 nm.[00403] Cells were divided (1x104 cells/well) in a collagen-coated 96-well plate as described in in vitro cell binding studies. Different concentrations of cRGDY-PEG-C-dots were added (25 to 200 nM) for 24 to 48 hours at 37° C. Then, 20 ml of WST-1 proliferation reagent (Roche, Indianapolis, Ind.) was added on the plate (37° C., 1 hour). To determine optical densities, we used a SpectraMax5 microplate reader (Molecular Devices, Sunnyvale, CA.). Absorbance was measured at 440 nm.

Teste de Migração: Células M21:Migration Test: M21 Cells:

[00404] Células M21 foram semeadas (6*104 células/ cavidade) usando um kit de migração (placa revestida com Collagen I Oris®, PLATYPUS TEC). Vinte e quatro horas depois de serem semeadas, as células, obturadores na placa foram removidos. Meio de cultura fresco (100 μl) suplementado com 0,2% de FBS foi introduzido e cRGDY-PEG- C-dots foram adicionados em várias concentrações: 25, 100 e 400 nM. A cada 24 horas depois disso, o meio foi substituído, junto com novas partículas, durante um intervalo de tempo de 72 horas. Antes de incubação da plada a 37° C. de um dia para o outro, foram capturadas imagens da hora zero pelo microscópio Axiovert 200M (Carl Zeiss) usando uma objetiva de 5* (0.15NA) e usando um módulo de varredura por deslizamento no software Metamorph (Molecular Devices, PA). Em seguida foi realizada microscopia serial e as imagens foram capturadas a cada 24 horas por um total de 96 horas pós-incubação. Os dados foram analisados usando o software ImageJ. Células HUVEC: células HUVEC foram adi-cionalmente semeadas (5*104 células/ cavidade) e, 24 horas depois, incubadas com várias concentrações de partículas (100, 200, e 400 nM) depois de substituição do meio. Um procedimento de microscopia similar foi realizado como aquele para células M21, com imagiologia serial ad-quirida 20 horas depois.[00404] M21 cells were seeded (6*104 cells/well) using a migration kit (Collagen I Oris® coated plate, PLATYPUS TEC). Twenty-four hours after being seeded, the cell plugs on the plate were removed. Fresh culture medium (100 μl) supplemented with 0.2% FBS was introduced and cRGDY-PEG- C-dots were added at various concentrations: 25, 100 and 400 nM. Every 24 hours thereafter, the medium was replaced, along with new particles, for a time interval of 72 hours. Before incubating the plate at 37°C overnight, zero hour images were captured by the Axiovert 200M microscope (Carl Zeiss) using a 5* objective (0.15NA) and using a slide scan module on the Metamorph software (Molecular Devices, PA). Serial microscopy was then performed and images were captured every 24 hours for a total of 96 hours post-incubation. Data were analyzed using ImageJ software. HUVEC cells: HUVEC cells were additionally seeded (5*104 cells/well) and, 24 hours later, incubated with various concentrations of particles (100, 200, and 400 nM) after medium replacement. A similar microscopy procedure was performed as that for M21 cells, with serial imaging acquired 20 hours later.

Teste de Adesão e Disseminação:Adhesion and Dissemination Test:

[00405] O efeito de cRGDY-PEG-C-dots sobre a ligação de células M21 a placas revestidas com fibronectina foi avaliado revestindo inicialmente placas de micro título de 96 cavidades com fibronectina em PBS (5 μg/ml), seguido por 200 μl de RPMI/0,5% de BSA (37° C., 1 hour,). As células (1-3*104 células/100 μl/ cavidade) foram incubadas (25° C., 30 minutos), com ou sem cRGDY-PEG-C-dots de 400 nM em RPMI/0,1% de BSA, e adicionadas a cavidades revestidas com fibronectina (37° C., 30 a 120 minutos). Para quantificação do número de células anexadsa, as cavidades foram enxaguadas com RPMI/0,1% de BSA para remover células não-aderentes. As células aderentes foram fixadas com 4% de PFA (25° C., 20 minutos) e coradas com azul de metileno (37° C., 1 hora). O azul de metileno foi extraído das células pela adição de 200 ml de 0,1 M de HCl (37° C., 1 hora). Para determinação das densidades óticas nós usamos uma leitora de micro placas SpectraMax5 e a absorvência foi medida a 650 nm. Para teste de dis-seminação: Foi realizado lapso de tempo (37° C., 2 horas) e as imagens foram capturadas por microscópio Axiovert 200M (Carl Zeiss) usando uma objetiva de 20* (0.15NA) e usando um módulo de varredura por deslizamento no Software Metamorph (Molecular Devices).[00405] The effect of cRGDY-PEG-C-dots on the binding of M21 cells to fibronectin-coated plates was evaluated by initially coating 96-well microtiter plates with fibronectin in PBS (5 μg/ml), followed by 200 μl of RPMI/0.5% of BSA (37° C., 1 hour). Cells (1-3*104 cells/100 μl/well) were incubated (25°C, 30 minutes) with or without 400 nM cRGDY-PEG-C-dots in RPMI/0.1% BSA, and added to fibronectin-coated wells (37° C., 30 to 120 minutes). To quantify the number of attached cells, the wells were rinsed with RPMI/0.1% BSA to remove non-adherent cells. Adherent cells were fixed with 4% PFA (25° C., 20 minutes) and stained with methylene blue (37° C., 1 hour). Methylene blue was extracted from the cells by adding 200 ml of 0.1 M HCl (37° C., 1 hour). To determine optical densities we used a SpectraMax5 microplate reader and absorbance was measured at 650 nm. For dissemination test: Time lapse (37° C., 2 hours) was performed and images were captured by Axiovert 200M microscope (Carl Zeiss) using a 20* objective (0.15NA) and using a scanning module by sliding in Metamorph Software (Molecular Devices).

Análises Quantitativas:Quantitative Analysis:

[00406] De modo a quantificar as diferenças no tamanho e na intensidade entre bandas de Western blot, nós realizamos densitometria de intermediários de proteína fosforilada e de proteína total usando Photoshop CS2 (Adobe, San Jose, CA.). As bandas foram escaneadas a 300 dpi (Scanjet 7650, Hewlett Packard, Palo Alto, CA.), e convertidas para escala de cinza. Em seguida a ferramenta de laço foi usada para desenhar uma região de interesse (ROI) dentro dos limites de cada banda de modo a derivar os seguintes: área (número de píxeis), valor médio da escala de cinza dentro da área selecionada (0 a 255) e o desvio padrão associado. O produto dos primeiros dois valores para cada banda foi computado, e dividido pelo produto para a banda inicial em cada série (banda de controle), produzindo um valor de intensidade para cada amostra em relação ao controle. Finalmente a proporção de proteína fosforilada para proteína total e o erro propagado correspondente (erro padrão) foram computados para cada amostra usando as intensidades relativas.[00406] In order to quantify differences in size and intensity between Western blot bands, we performed densitometry of phosphorylated protein intermediates and total protein using Photoshop CS2 (Adobe, San Jose, CA.). Bands were scanned at 300 dpi (Scanjet 7650, Hewlett Packard, Palo Alto, CA.), and converted to grayscale. Then the lasso tool was used to draw a region of interest (ROI) within the boundaries of each band in order to derive the following: area (number of pixels), average grayscale value within the selected area (0 to 255) and the associated standard deviation. The product of the first two values for each band was computed, and divided by the product for the initial band in each series (control band), producing an intensity value for each sample relative to the control. Finally, the ratio of phosphorylated protein to total protein and the corresponding propagated error (standard error) were computed for each sample using the relative intensities.

[00407] Imagens de contraste de fase capturadas para estudos da migração foram analisadas usando ImageJ 1.45s (National Institutes of Health, rsbweb.nih.gov/ij/) de modo a quantificar a extensão da migração celular (isto é, fechamento da área) para células M21 e HUVECs. Em visualizações de alta potência, uma área delimitada foi desenhada adjacente à orla das células fixadas vistas em cada imagem depois de remoção do obturador. A área delimitada para cada imagem foi medida (píxeis) e usada para calcular a percentagem de fechamento em relação à hora zero (depois de adição de partícula e substituição do meio) como se segue: diferença na área em um dado ponto do tempo (24, 48, 72 ou 96 horas) e na hora zero dividida pela mesma área na hora zero multiplicada por 100. Os valores resultantes foram ponderados e foi computado um erro padrão para cada grupo.[00407] Phase contrast images captured for migration studies were analyzed using ImageJ 1.45s (National Institutes of Health, rsbweb.nih.gov/ij/) in order to quantify the extent of cell migration (i.e., closure of the area ) for M21 cells and HUVECs. In high-power views, a bounded area was drawn adjacent to the edge of the fixated cells seen in each image after shutter removal. The area enclosed for each image was measured (pixels) and used to calculate the percent closure relative to time zero (after particle addition and medium replacement) as follows: difference in area at a given time point (24 , 48, 72 or 96 hours) and at hour zero divided by the same area at hour zero multiplied by 100. The resulting values were weighted and a standard error was computed for each group.

Estatística:Statistic:

[00408] Todos os valores gráficos são plotados como média ± erro padrão, exceto onde mencionado. t-Teste de Student uni-caudado foi usado para testar a importância estatística de diferenças na migração celular entre células HUVECs ou M21 incubadas com soro somente ou dots de cRGDY-PEG-C. Análise da variância one-way (ANOVA) foi usada para realizar comparações pareadas estatísticas entre a percentagem de células M21 na fase S que foram incubadas com soro somente, dots de cRGDY-PEG-C de 100 nM ou 300 nM. Nós atribuímos importância estatística para todos os testes em P<0,05.[00408] All graphical values are plotted as mean ± standard error, except where noted. One-tailed Student's t-test was used to test the statistical significance of differences in cell migration between HUVECs or M21 cells incubated with serum alone or dots of cRGDY-PEG-C. One-way analysis of variance (ANOVA) was used to perform statistical pairwise comparisons between the percentage of M21 cells in S phase that were incubated with serum alone, 100 nM or 300 nM cRGDY-PEG-C dots. We assigned statistical importance to all tests at P<0.05.

Exemplo 17Example 17 Lipossomas de Esfingomielina para Aumento da Liberação Tumoral de Partículas de Diagnóstico / Terapêuticas de SílicaSphingomyelin Liposomes for Enhancement of Tumor Release of Diagnostic/Therapeutic Silica Particles

[00409] O potencial terapêutico de partículas sub-10 nm (por exemplo, C dots) como veículos de liberação de fármaco está sob investigação. Partículas ligadas a fármaco foram desenvolvidas por fixação de fármacos a cadeias de PEG bifuncionalizadas ligadas a partículas. Fármacos de modelo utilizados para este trabalho de prova de conceito são inibidores de receptores de tirosina quinase (RTK). A liberação e a acumulação de cargas úteis terapêuticas de partículas no sítio alvo podem ser maximizadas empregando estratégias de escalonamento de dose para avaliar o aumento da captação e da distribuição de partículas dentro dos tumores por imagiologia ótica e/ou por PET. Uma abordagem alternativa para reforçar a liberação da carga de partícula utiliza formulações lipossômicas para encapsular sondas de partículas terapêuticas. Os lipossomas direcionam passivamente para os tumores através do aumento da permeabilidade e do efeito de retenção (EPR) ao mesmo tempo que protegendo as cargas úteis contra degradação na circulação. Antes de encapsulação da partícula, ou cRGDY ou conjugados de fármaco e encadeador será anexados à superfície da partícula como um mecanismo de direcionamento ativo para maximizar a liberação no sítio alvo.[00409] The therapeutic potential of sub-10 nm particles (e.g., C dots) as drug delivery vehicles is under investigation. Drug-bound particles were developed by attaching drugs to particle-bound bifunctionalized PEG chains. Model drugs used for this proof-of-concept work are receptor tyrosine kinase (RTK) inhibitors. The release and accumulation of therapeutic particle payloads at the target site can be maximized by employing dose-escalation strategies to assess increased particle uptake and distribution within tumors by optical imaging and/or PET. An alternative approach to enhancing particle cargo release utilizes liposomal formulations to encapsulate therapeutic particle probes. Liposomes passively target tumors by increasing permeability and retention effect (EPR) while protecting payloads from degradation in circulation. Prior to particle encapsulation, either cRGDY or drug-linker conjugates will be attached to the particle surface as an active targeting mechanism to maximize release at the target site.

[00410] Uma vez no sítio alvo, pode ocorre liberação das partículas a partir das formulações lipossômicas para dentro do interstício tumoral como resultado de sistemas enzimáticos hiperregulados presentes nos tumores. A liberação extracelular de esfingomielinase ácida (AS- Mase, SMase ácida ou SMase) a partir de células tumorais em resposta a stress celular, tal como irradiação de raios X e toxinas, leva a ráa- pid lesão celular mediada por ceramidas e, subsequentemente, apop- tose. A SMase ácida hidrolisa a esfingomielina, presente dentro das formulações lipossômicas, para ceramida. A ceramida tem um papel nos sistemas biológicos como um mensageiro secundário no processo apoptótico. A ceramide tem propriedades de membrana significativamente diferentes da molécula de oritem esfingomielina. Quando lipossomas contendo esfingomielina são clivados com SMase, há uma alteração dramática na rigidez da membrana. A esfingomielina é um lipídeo adequado para formulações de lipossomas; isto não é verdade para a ceramida, uma vez que sua incorporação como um bloco de construção de lipossoma leva a vazamento de lipossoma. Este vaza- mento vai levar a liberação do conteúdo do lipossoma. Isto abre a pos-sibilidade de direcionamento intracelular de uma grande carga útil de nanopartículas de sílica, funcionalizadas com fármacos e/ou marcadores de internalização celular (isto é, peptídeo KLAKLAC e inibidores de molécula pequena) para monitorar e/ou tratar doença.[00410] Once at the target site, particles may be released from liposomal formulations into the tumor interstitium as a result of hyperregulated enzyme systems present in tumors. The extracellular release of acid sphingomyelinase (AS-Mase, acid SMase or SMase) from tumor cells in response to cellular stress, such as X-ray irradiation and toxins, leads to rapid ceramide-mediated cell injury and, subsequently, apoptosis. Acid SMase hydrolyzes sphingomyelin, present within liposomal formulations, to ceramide. Ceramide has a role in biological systems as a secondary messenger in the apoptotic process. Ceramide has significantly different membrane properties than the oritem molecule sphingomyelin. When liposomes containing sphingomyelin are cleaved with SMase, there is a dramatic change in membrane stiffness. Sphingomyelin is a lipid suitable for liposome formulations; This is not true for ceramide, since its incorporation as a liposome building block leads to liposome leakage. This leakage will lead to the release of the liposome contents. This opens up the possibility of intracellular targeting of a large payload of silica nanoparticles, functionalized with drugs and/or cellular internalization markers (i.e., KLAKLAC peptide and small molecule inhibitors) to monitor and/or treat disease.

[00411] De modo a determinar se a encapsulação pelo lipossoma significativamente aumenta a liberação de partículas para o sítio tumoral em relação a sondas de partículas não-encapsuladas, nós vamos utilizar abordagens de imagiologia ótica e por PET para monitorar a captação tanto de lotes de partículas encapsuladas por lipossoma de esfingomielinase quanto não-encapsuladas em modelos de xenoen- xerto de tumor de cérebro expressando EGFRmt+ (isto é, H1650, A431) tanto lipossomas quanto sondas de partículas vão conter marcadores óticos para visualização.[00411] In order to determine whether liposome encapsulation significantly increases particle delivery to the tumor site relative to non-encapsulated particle probes, we will utilize optical and PET imaging approaches to monitor uptake from both batches of sphingomyelinase liposome-encapsulated and non-encapsulated particles in brain tumor xenograft models expressing EGFRmt+ (i.e., H1650, A431) both liposomes and particle probes will contain optical labels for visualization.

[00412] Ref: Sochanik A1, Mitrus I, Smolarczyk R, Cicho T, Snietura M, Czaja M, Szala S. Experimental anticancer therapy with vascular- disruptive peptide and liposome-entrapped chemotherapeutic agent. Arch Immunol Ther Exp (Warsz). 2010 June; 58(3):235-45.[00412] Ref: Sochanik A1, Mitrus I, Smolarczyk R, Cicho T, Snietura M, Czaja M, Szala S. Experimental anticancer therapy with vascular-disruptive peptide and liposome-entrapped chemotherapeutic agent. Arch Immunol Ther Exp (Warsz). 2010 June; 58(3):235-45.

[00413] Os métodos precedentes para detecção e direcionamento de células estressadas envolvem algumas formulações consistindo de lipossomas bicamada cada uma tendo uma camada externa inicial de lipídeos formadores de lipossomas, esfingomielina, ou uma mistura dos mesmos; uma segunda camada interna de lipídeos formadores de lipossomas, esfingomielina ou uma mistura dos mesmos; a primeira e a segunda camadas formando um lipossoma bicamada e definindo um espaço interior nas mesmas; em que o espaço interior contém uma nanopartícula de sílica. A nanopartícula de sílica e/ou lipossoma vai consistir de marcadores óticos e/ou etiquetas de PET (corante, fluoró- foro, radiomarcador, agente de contraste), um substrato enzimático, e/ou agentes terapêuticos, incluindo fármacos citotóxicos, segmentos de DNA, ou uma etiqueta de indicador de radiotraçador. As partículas de sílica com etiqueta de marcador e/ou fármaco, contidas dentro dos lipossomas de esfingomielina, contactam uma amostra celular sob condições em que a esfingomielinase está presente na célula ou é li-berada pela célula. Este contato enzimático, por sua vez, vai hidrolisar a esfingomielina no lipossoma para liberar a nanopartícula de sílica e/ou a etiqueta de marcador e/ou o fármaco pelos compartimentos hi- drofílico (interior) ou hidrofóbico (bicamada) do lipossoma.[00413] Previous methods for detecting and targeting stressed cells involve some formulations consisting of bilayer liposomes each having an initial outer layer of liposome-forming lipids, sphingomyelin, or a mixture thereof; a second inner layer of liposome-forming lipids, sphingomyelin or a mixture thereof; the first and second layers forming a bilayer liposome and defining an interior space therein; wherein the interior space contains a silica nanoparticle. The silica nanoparticle and/or liposome will consist of optical markers and/or PET tags (dye, fluorophore, radiolabel, contrast agent), an enzymatic substrate, and/or therapeutic agents, including cytotoxic drugs, DNA segments , or a radiotracer indicator label. The marker and/or drug-labeled silica particles contained within the sphingomyelin liposomes contact a cellular sample under conditions in which sphingomyelinase is present in the cell or is released by the cell. This enzymatic contact, in turn, will hydrolyze the sphingomyelin in the liposome to release the silica nanoparticle and/or the marker tag and/or the drug through the hydrophilic (interior) or hydrophobic (bilayer) compartments of the liposome.

[00414] O âmbito da presente invenção não é limitado pelo que foi especificamente mostrado e descrito acima aqui, neste requerimento de patente. Os versados na arte vão reconhecer que existem alternativas adequadas para os exemplos representados de materiais, configurações, construções e dimensões. Numerosas referências, incluindo patentes e várias publicações, são citadas e discutidas na descrição desta invenção. A citação e a discussão de semelhantes referências é proporcionada meramente para esclarecer a descrição da presente invenção e não é uma admissão de que qualquer referência é arte an-terior à invenção descrita aqui, neste requerimento de patente. Todas as referências citadas e discutidas nesta especificação são incorporadas aqui, a este requerimento de patente, por meio de referência em sua totalidade. Variações, modificações e outras implementações do que é descrito aqui, neste requerimento de patente, vão ocorrer às pessoas com conhecimento regular da arte sem se afastar do espírito e do âmbito da invenção. Apesar de determinadas modalidades da presente invenção terem sido mostradas e descritas, será óbvio para os versados na técnica que podem ser feitas alterações e modificações sem se afastar do espírito e do âmbito da invenção. O assunto estipulado na descrição precedente e nos desenhos anexados é oferecido a título de ilustração somente e não como uma limitação.[00414] The scope of the present invention is not limited by what was specifically shown and described above here, in this patent application. Those skilled in the art will recognize that there are suitable alternatives to the represented examples of materials, configurations, constructions and dimensions. Numerous references, including patents and various publications, are cited and discussed in the description of this invention. The citation and discussion of such references is provided merely to clarify the description of the present invention and is not an admission that any reference is prior art to the invention described herein in this patent application. All references cited and discussed in this specification are incorporated herein into this patent application by reference in their entirety. Variations, modifications and other implementations of what is described herein in this patent application will occur to persons with regular knowledge of the art without departing from the spirit and scope of the invention. Although certain embodiments of the present invention have been shown and described, it will be obvious to those skilled in the art that changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. The subject matter stipulated in the foregoing description and in the attached drawings is offered by way of illustration only and not as a limitation.

Claims (15)

1. Agente anexado à nanopartícula à base de sílica fluores-cente, caracterizado pelo fato de que compreende: um núcleo à base de sílica; um composto fluorescente dentro do núcleo; e uma concha de sílica em torno de no mínimo uma porção do núcleo, em que a nanopartícula é revestida com um polímero orgâ-nico em que a partir de 1 até 20 ligantes são anexados à nanopartícula para ligação a um marcador tumoral, em que os ligantes têm a estrutura N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH, em que a nanopartícula tem um diâmetro dentro de uma faixa partir de 1 nm até 15 nm; e em que a nanopartícula pode ser excretada por clearance renal dentro de uma faixa a partir de 90% da dose inicial (DI) até 100% da DI em 24 horas depois da administração.1. Agent attached to the fluorescent silica-based nanoparticle, characterized by the fact that it comprises: a silica-based core; a fluorescent compound within the nucleus; and a silica shell surrounding at least a portion of the core, wherein the nanoparticle is coated with an organic polymer wherein from 1 to 20 ligands are attached to the nanoparticle for binding to a tumor marker, wherein the ligands have the structure N-Ac-Cys-(Ahx)2-D-Lys-ReCCMSH, in which the nanoparticle has a diameter within a range from 1 nm to 15 nm; and wherein the nanoparticle can be excreted by renal clearance within a range from 90% of the initial dose (DI) to 100% of the DI within 24 hours after administration. 2. Agente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente é selecionado do grupo consistindo em anti-bióticos, antimicrobianos, antiproliferativos, antineoplásicos, antioxi- dantes, fatores de crescimento celular endotelial, inibidores da trombi- na, imunossupressores, agentes antiagregação plaquetária, inibidores da síntese de colágeno, anticorpos terapêuticos, doadores de óxido nítrico, oligonucleotídeos antisense, agentes de cicatrização de feridas, constructos de transferência de genes terapêuticos, componentes da matriz extracelular, vasodilatadores, trombolíticos, antimetabólitos, fator de crescimento agonistas, antimitóticos, estatina, esteroides, agentes anti-inflamatórios esteroidais e não esteroidais, inibidores da enzima conversora de angiotensina (ACE), eliminadores de radicais livres, PPAR-gama agonistas, RNAs interferente pequeno (siRNAs), microRNA, e agentes quimioterápicos anticancerígenos.2. Agent according to claim 1, characterized in that the agent is selected from the group consisting of antibiotics, antimicrobials, antiproliferatives, antineoplastics, antioxidants, endothelial cell growth factors, thrombin inhibitors, immunosuppressants , antiplatelet agents, collagen synthesis inhibitors, therapeutic antibodies, nitric oxide donors, antisense oligonucleotides, wound healing agents, therapeutic gene transfer constructs, extracellular matrix components, vasodilators, thrombolytics, antimetabolites, growth factor agonists , antimitotics, statins, steroids, steroidal and non-steroidal anti-inflammatory agents, angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibitors, free radical scavengers, PPAR-gamma agonists, small interfering RNAs (siRNAs), microRNA, and anticancer chemotherapeutic agents. 3. Agente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente é radiomarcado.3. Agent according to claim 1, characterized by the fact that the agent is radiolabeled. 4. Agente de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o agente é ligado ao radioflúor 18F.4. Agent according to claim 3, characterized in that the agent is linked to radiofluorine 18F. 5. Agente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente é um radionuclídeo.5. Agent according to claim 1, characterized by the fact that the agent is a radionuclide. 6. Agente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o radionuclídeo é selecionado do grupo consistindo em 90Y, 131I e 177Lu.6. Agent according to claim 5, characterized in that the radionuclide is selected from the group consisting of 90Y, 131I and 177Lu. 7. Agente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o polímero orgânico é selecionado do grupo consistindo em poli(etileno glicol) (PEG), polilactato, ácidos polilácticos, açúcares, lipídeos, ácido poliglutâmico (PGA), ácido poliglicólico, poli(láctico-co-glicólico ácido) (PLGA), Polivinil acetato (PVA), ou as combinações dos mesmos.7. Agent according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the organic polymer is selected from the group consisting of poly(ethylene glycol) (PEG), polylactate, polylactic acids, sugars, lipids, polyglutamic acid (PGA ), polyglycolic acid, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), Polyvinyl acetate (PVA), or combinations thereof. 8. Agente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o número de ligantes anexados à nanopartícula varia de cerca de 1 a cerca de 10.8. Agent according to any one of claims 1 to 7, characterized by the fact that the number of ligands attached to the nanoparticle varies from about 1 to about 10. 9. Agente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8,caracterizado pelo fato de que a nanopartícula tem um diâmetro entre cerca de 1 nm e cerca de 8 nm.9. Agent according to any one of claims 1 to 8, characterized by the fact that the nanoparticle has a diameter between about 1 nm and about 8 nm. 10. Agente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o composto fluorescente é Cy5 ou Cy5.5.10. Agent according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the fluorescent compound is Cy5 or Cy5.5. 11. Uso de um agente anexado à nanopartícula à base de síli-ca fluorescente, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser para uso na preparação de uma composição ou medicamento.11. Use of an agent attached to the fluorescent silica-based nanoparticle, as defined in claim 1, characterized by the fact that it is for use in the preparation of a composition or medicine. 12. Composição farmacêutica, caracterizada pelo fato de que compreende um agente anexado à nanopartícula à base de sílica fluorescente como definido na reivindicação 1.12. Pharmaceutical composition, characterized by the fact that it comprises an agent attached to the fluorescent silica-based nanoparticle as defined in claim 1. 13. Uso de um agente anexado à nanopartícula à base de sílica fluorescente como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser para uso na preparação de uma composição ou medicamento para detecção de uma célula tumoral.13. Use of an agent attached to the fluorescent silica-based nanoparticle as defined in claim 1, characterized in that it is for use in preparing a composition or medicine for detecting a tumor cell. 14. Uso de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a abnormalidade celular ou doença compreende câncer.14. Use according to claim 13, characterized by the fact that the cellular abnormality or disease comprises cancer. 15. Uso de um agente anexado à nanopartícula à base de sílica fluorescente como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser para uso na preparação de uma composição ou medicamento para imagem óptica de canal duplo de uma região dentro de um indivíduo.15. Use of an agent attached to the fluorescent silica-based nanoparticle as defined in claim 1, characterized by the fact that it is for use in preparing a composition or medicine for dual-channel optical imaging of a region within an individual.
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