BRPI0713940A2

BRPI0713940A2 - nanopartìcula de núcleo e casca, e , uso e processo para fabricação da mesma

Info

Publication number: BRPI0713940A2
Application number: BRPI0713940-3A
Authority: BR
Inventors: Cornelis Reinder Ronda; Helga Hummel; Thomas Juestel
Original assignee: Konink Philips Eletronics N V
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2012-12-04
Also published as: JP2009544584A; WO2008007290A3; CN101489590A; EP2040752A2; RU2009104312A; WO2008007290A2; US20090191128A1

Abstract

NANOPARTìCULA DE NúCLEO E CASCA, E, USO E PROCESSO PARA FABRICAçãO DA MESMA. A invenção se relaciona à nanopartículas revestidas com um material inorgânico em nano escala aqui referido como nanopartícula de núcleo e casca, no qual o material do núcleo tem uma largura de banda mais ampla do que o material da casca. As nanopartículas de núcleo e casca descritas são muito adequadas para a aplicação em terapia fotodinâmica devido a sua habilidade de transferência de energia aprimorada.

Description

1

"NANOPARTÍCULA DE NÚCLEO E CASCA, E, USO E PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DA MESMA"

A invenção se relaciona à nanopartículas para propósitos de terapia e formação de imagem, especialmente para o uso em terapia fotodinâmica.

A terapia fotodinâmica (PDT) é baseada na descoberta que certos compostos podem matar organismos de célula única em exposição a uma tipo particular de luz. Tem sido mostrado no passado que PDT também é capaz de capaz de destruir células cancerosas usando uma luz à laser de freqüência fixa junto com um agente foto-sensibilizante.

Neste tipo de tratamento de câncer um agente foto- sensibilizante é aplicado em um sistema vascular onde lê é absorvido pelas células ao longo do corpo. Quando células consideradas complexas são expostas à luz, o agente químico absorve a luz. A energia absorvida pode ser transferida para as moléculas de oxigênio para gerar uma forma ativa de oxigênio que é capaz de destruir a célula de tumor tratada.

Em mais detalhe, um fóton de luz de um comprimento de onda apropriado é absorvido por uma molécula foto-sintetizador, levando-a a um estado excitado de curta duração (singleto), a molécula pode então sofrer re- arrumação interna para um estado de vida mais longo (tripleto) que troca energia com oxigênio molecular para produzir oxigênio singleto altamente reativo (1O2). O foto-sintetizador então retorna a um estado de repouso onde ele pode sofrer ciclos de ativação adicionais.

Alternativamente o foto-sintetizador ativado reage diretamente ou com o substrato, tal como uma membrana da célula ou uma molécula, transferindo um átomo de hidrogênio para formar os radicais. Os radicais interagem com o oxigênio para produzir produtos oxigenados tais como superóxido, peróxido de hidrogênio, hidroxila, hidróxi - peroxila ou outros radicais de oxigênio. Há três mecanismos conhecidos através dos quais PDT trata a destruição da célula de tumor. No primeiro caso, uma espécie de oxigênio reativo que é gerado após a absorção da energia de luz, pode diretamente matar as células de tumor. A PDT também danifica a estrutura vascular associada com o tumor, conduzindo ao infarto de tumor. Finalmente, a PDT pode ativar resposta imune contra as células de tumor. Esses três mecanismos podem influenciar cada um ao outro e sua combinação é requerida para controlar tumor a longo prazo.

Exemplos de conhecidas drogas de terapia fotodinâmica que são comercialmente disponíveis são porfirinas, purpurins, ftalocianinas, texafrinas, clorinas. Essas composições são divulgadas em B.C. Wilson, pode. J. Gastroenterol VoI 16 Nr 6, Junho de 2002, página 393-396.

É conhecido de R.Bakalova et al, Nano Lett. (comunicação), 2004, 4(9); pl567, que nanopartícuias semicondutoras (pontos quânticos) como CdSe, facilita a excitação de foto-sintetizador de PDT comum. É também descrito que CdSe pode gerar oxigênio singleto sem mediar foto- sintetizador, mas com, de forma significativa, rendimento quântico reduzido de oxigênio singleto gerado.

US 2003/0017264 Al descreve a produção de nanopartí cuias de núcleo e casca de semicondutor com boa propriedade química, foto- química e foto-física através do uso de um aditivo de reação. O melhoramento pretendido de luminescência é alcançado através da casca dessas partículas sendo mais isoladas eletronicamente para a excitação do núcleo.

É conhecido da US 2004/0033345 Al fazer nanopartículas de núcleo casca de semi-condutor ou metal estáveis ou solúveis em água revestindo com um ligante hidrofóbico que pode ser ainda encapsulado em uma estrutura micela. Em um meio aquoso, a micela compreende uma casca hidrofílica e um núcleo hidrofóbico. As nanopartículas revestidas mostram um rendimento quântico de fotoluminescência aumentado e podem ser usadas 3

em aplicações biológicas, tal como marca fluorescente para determinação e observação do progênie de células alvo.

O uso de partículas semicondutoras luminescentes únicas tal como CdSe (pontos quânticos) mostram rendimentos quânticos baixos de 5 oxigênio singleto gerados. Adicionalmente, isto não permite que as propriedades de absorção e emissão sejam otimizadas individualmente.

As nanopartículas de núcleo e casca da técnica anterior, mostram luminescência efetiva através da conservação da excitação no núcleo. Mas elas dão insuficiente transferência de energia para as espécies 10 fotodinâmica, e. g. oxigênio, no ambiente devido ao efeito de blindagem do material da casca.

Contudo, os foto-sintetizadores adequados para use em PDT têm de fornecer uma transferência efetiva de energia para as moléculas fotos- dinâmicas de modo a serem capazes de gerar as espécies reativas. 15 Por conseguinte, é um objeto da presente invenção fornecer

nanopartículas de núcleo e casca com capacidade de transferência de energia aumentada a partir das nanopartículas para as moléculas nanopartículas para moléculas fotos-dinâmicas vizinhas. É um outro objeto da presente invenção fornecer nanopartículas para uso em terapia ou para propósitos médicos e / ou 20 formação de imagem, especialmente para fornecer nanopartículas adequadas para uso em terapia fotodinâmica (PDT).

Nós achamos que nanopartículas de núcleo e casca com uma combinação específica de material de núcleo / casca são muito adequadas para a aplicação em terapia fotodinâmica, devido a uma habilidade 25 aprimorada de transferência de energia.

A invenção se relaciona à nanopartículas revestidas com um material inorgânico em nano escala aqui referido como nanopartícula de núcleo e casca, na qual o material do núcleo tem uma largura de banda mais ampla do que o material da casca. 4

Uma vantagem da presente invenção é que quando da excitação da combinação de material especial da nanopartícula de núcleo e casca resulta em uma difusão orientada de campo da excitação da superfície da partícula. Desta maneira, a transferência de energia entre a nanopartícula 5 de núcleo e casca luminescente e seu tecido em volta é otimizado.

Em mais detalhe um gradiente de campo favorável em uma combinação de material da invenção é observada quando a energia de Fermi do elétron e do furo (partícula de excitação) no núcleo é maior do que a energia de Fermi do elétron e do furo na casca. Quando as nanopartículas de 10 núcleo e casca são excitadas, a energia absorvida resulta na formação de partículas de excitação no material do núcleo. Então os partículas de excitação difundem campo orientado em adição à concentração orientada no material de casca, i. e. a camada de revestimento da partícula. A partícula de excitação localizada pode, de forma subseqüente excitar moléculas próximas à 15 superfície. No caso de oxigênio vizinho, isto induza uma bem efetiva geração de oxigênio singleto que pode provocar a morte da célula no tecido alvo, em uma aplicação de terapia fotodinâmica.

Figura 1 mostra um esquema de fluxo de energia simplificado na nanopartícula de núcleo e casca. 20 A presente invenção será descrita com relação as particulares

modalidades mas a invenção não é limitada a elas. Onde o termo "compreendendo" é usado na presente descrição e as reivindicações não excluem outros elementos ou passos. Onde um artigo definido e indefinido é usado quando referindo a um substantivo singular (e. g. "um" ou "uma", "o" , 25 "a") isto inclui um plural daqueles substantivos ao menos qual alguma coisa a mais é especificamente colocada.

Adicionalmente as nanopartículas de núcleo e casca da invenção permite que as propriedades de absorção e emissão possam ser otimizadas individualmente. Absorção óptica pode acontecer no núcleo quando a casca é fina bastante e ela pode ser afinada ajustando o tamanho e material do núcleo.

Mais ainda a energia de partícula de excitação a ser transferida para as espécies fotos-dinâmicas nas redondezas pode ser ajustada independente da energia absorvida afinando o material e espessura da casca.

A invenção permite o uso de grandes partículas dado que a camada de revestimento é somente de uns poucos nm de espessura. Desta maneira também partículas luminescentes com base em esquemas de conversão para cima podem ser usados em uma maneira muito mais efetiva. A casca tem de ser fina conforme isto evita de modo muito forte uma absorção da luz infravermelha incidente e por isso, conversão para cima ineficiente. Em adição, as partículas de excitação absorvidos irão, em seu caminho para a casca, primeiro se difundir para a superfície do núcleo. Isto vai aumentar a concentração das partículas de excitação durante sua viagem (em unidades l/cm3) e por isso, a probabilidade de conversão para cima no núcleo.

Finalmente, esquemas de conversão para cima reduzem os problemas relacionados com a exposição à luz do dia com pessoas sofrendo tratamentos de PDT.

O diâmetro do núcleo das partículas em nano escala de acordo com a invenção está no intervalo de range de 1 à 50 nm, preferencialmente 5 à 50 nm, enquanto a casca é 1 à 10 nm de grossa. Preferencialmente a espessura da casca é menor do que 10 nm, mais preferencialmente menor do que 5 nm.

Preferencialmente, o material da casca não reage de forma significativa com fluídos do corpo.

Os materiais de núcleo e casca nas nanopartículas da invenção podem ser isoestruturais. Preferencialmente o material de núcleo e casca têm a mesma treliça ânion. Os ânions dos materiais são preferencialmente selecionados a partir dos elementos dos grupos principais V ou VI da tabela 6

periódica.

Devido a esta seleção dos materiais do núcleo e casca, a vantagem adicional é que a probabilidade de defeitos locais ou quebra da casca é minimizada. Adicionalmente as treliças coincidentes permitem o 5 crescimento epitaxial do material da casca sobre o material do núcleo.

Preferencialmente, a combinação de material de núcleo / casca é selecionado a partir dos seguintes pares de composições ZnS / CdS, GaN / InN, GaP / InP, Y2O3 / In2O3, WO3 / MoO3, ZrO2 / CeO2.

Ouro e SiO2 elementares geralmente são considerados 10 materiais de casca desfavoráveis.

Assim sendo em uma modalidade especial da invenção, o material da casca não é Ouro ou SiO2 elementar.

Quando da excitação uma fonte de radiação de alta energia, as nanopartículas de núcleo e casca da presente invenção mostram formação de 15 fótons, tendo uma energia de pelo menos, 1 eV. A radiação emitida pode de forma subseqüente ser transferida para as moléculas, e. g. oxigênio, no ambiente próximo. Especialmente para geração do oxigênio singleto, e. g. na PDT em meio aquoso, a energia transferida é preferencialmente pelo menos, cerca de 1 eV, mais preferida é 1.5 eV. 20 Exemplos para fontes de excitação adequadas para as

nanopartículas de núcleo e casca da invenção são partículas de alta energia, raios X, luz visível, radiação de infravermelho, UV ou raio X. A forma preferida de radiação de alta energia é a radiação de raio X.

As nanopartículas de núcleo e casca da invenção pode ser 25 usada em todas as aplicações que requerem a transferência efetiva de energia da excitação para seu ambientes. Especialmente, as nanopartículas de núcleo e casca ativadas da invenção podem transferir sua energia diretamente para partículas pequenas, moléculas ou íons na vizinhança do tecido e conduz a uma geração local de espécies altamente reativas, e. g. oxigênio singleto ou 7

monóxido de nitrogênio. As nanopartículas de núcleo e casca, de acordo com a invenção, podem ser usadas sem um foto-sintetizador adicional para a formação efetiva de oxigênio singleto. Elas são estáveis em mídia aquosa, por exemplo, água, sistemas de área de armazenamento temporário aquosos, ou 5 misturas de água com solventes orgânicos. Adicionalmente elas mostram nenhuma ou foto-branqueamento reduzido comparado aos conhecidos foto- sintetizadores.

Para suficiente transferência de energia, a distância entre a nanopartícula e os espécies fotos-dinâmicas para a qual a energia é transferida 10 tem de ser mais propriamente pequena.

Em uma outra modalidade da presente invenção, a superfície da nanopartícula de núcleo e casca é fornecida com moléculas , e. g. biomoléculas, para aumentar sua compatibilidade e disponibilidade biológica. Neste caso, a transferência de energia para a casca pode ser transferida ainda 15 através das biomoléculas. Assim sendo as espécies fotos-dinâmicas, e. g. oxigênio poderia ser substancialmente longe da casca.

Em geral é desejado que somente células alvo específicas são afetadas pela PDT ao passo que outras células, e. g. células saudáveis que envolvem o tecido doente, não são afetadas. Por conseguinte, opcionalmente 20 as nanopartículas de acordo com a invenção podem ser conjugadas ou unidas a um agente de alvo ou moléculas de alvo como pequenas moléculas, anticorpos, fragmentos de anticorpos de cadeia única, peptídeos, poli peptídeos, peptidomiméticos, proteínas, ácidos nucléicos, lipídios, sacarídeos, etc. que são específicos para as células que devem ser tratadas pela PDT. 25 Devido a esta especificidade alvo de funcionalidade, a

localização do foto-sintetizador no tecido alvo e a eficácia do foto-sintetizador pode ser otimizado.

Em um outro aspecto da presente invenção, propósitos terapêuticos e de formação de imagem podem ser realizados com o 8

componente idêntico.

As nanopartículas de núcleo e casca podem ser localizada in vivo ou in vitro antes da real terapia fotodinâmica.

As nanopartículas de núcleo e casca tendo uma densidade 5 adequada podem, de forma simultânea, ser usadas como agente de contraste em aplicação de raio X.

As nanopartículas de núcleo e casca podem fornecer uma conversão eficiente de energia de fóton de raio X em pacotes de energia menores, que podem ser usados para gerar as espécies reativas em tecidos 10 cancerosos, simultânea com a terapia de raio X.

Em uma outra modalidade da presente invenção, a superfície da nanopartícula de núcleo e casca é opcionalmente fornecida com complexo de íon ativo de tomografia de ressonância magnética (MRT) ou agente ativo MRT, tal como os complexos Gd[DOTA] ou Gd[DTPA] ou Gd[D03A]. Uma 15 visão geral nos agentes de contraste de MRI podem ser encontrados em " Contrast Agents I, Magnetic Resonance Imaging ", 221 Topics in Current Chemistry, Volume Editor: W.Krause, Springer 2002 e em " Textbook of Contrast Media ", Editado por P. Dawson, D. O. Gosgrove, R. G. Grainger, ISIS Medicai Media Ltd. Oxford 1999, agentes de contraste de Seção II de 20 MR, página 251-427. Isto possibilita a localização do tecido a ser tratado com MRT, seguido por tratamentos na localização necessária, assim sendo otimizando o tratamento e reduzindo os efeitos laterais.

Em um outro aspecto da invenção a superfície da nanopartícula de núcleo e casca é fornecida com nuclídeos que pode ser 25 selecionada a partir de 1231, 67Ga, "mTC, 18Fe 11C.

Devido a esta funcionalidade das partículas, eles também podem ser usados como agente de contraste nas aplicações de medicina nuclear.

Em uma modalidade adicional da invenção, a nanopartículas de núcleo e casca pode ser usada na preparação de composições médicas, e. g. diagnosticas e / ou farmacêuticas, ou terapêuticas, preferencialmente para a preparação de uma composição de terapia fotodinâmica.

Os compostos e composições médicas ou terapêuticas da presente invenção podem ser administrados localmente ou sistêmicos, e. g. oralmente, de modo parental, através de spray de inalação, de modo tópico, de modo retal, de modo nasal, de modo oral, vaginalmente, ou através de um reservatório implantado nas formulações de dosagem contendo portadores, adjuvantes e veículos aceitáveis de modo farmacêutico não tóxicos convencionais. O termo parental como usado aqui inclui todos os tipos de injeção e técnicas de infusão.

Um tratamento médico ou terapêutico de acordo com a corrente invenção pode ser usado e. g. para o tratamento de câncer, tumores não malignas, doenças auto-imunes, infecções de bactérias, bactéria de acne ou herpes, arteriosclerose, plaqueta arterial, etc.. O método de tratamento terapêutico desta invenção pode ser usado in vivo ou in vitro. Tratamento in vitro significa e. g. tratamento de células que tem sido removidas de animais ou seres humanos, tais como células renais ou células hepáticas, que são para ser transplantadas.

Em uma outra modalidade da invenção, as nanopartículas de núcleo e casca e composições podem ser aplicadas em combinação com outras drogas farmacêuticas ou químicas.

Devido a esta combinação, a terapia de acordo com a invenção contra doença, os efeitos podem ser aumentados. Em um exemplo, a composição de terapia fotodinâmica é combinada, e. g. em forma de um kit de partes, com uma droga química e terapêutica para aumentar os efeitos anti- tumor.

O método de fabricação da nanopartículas de núcleo e casca é em princípio não crítico e assim sendo qualquer técnica convencional pode 10

ser usada. Várias técnicas de produção, como síntese de fase de gás, síntese de fase de solução, síntese de química líquida são conhecidas. Síntese de fase de gás pode, por exemplo, envolver chama de combustão, ablação à laser, condensação de vapor químico, spray de pirólise, spray elétrico e spray de 5 plasma. Exemplos para síntese de química líquida são, processamento de solução de gel com base em gelatina, precipitação e tratamento térmico com água, síntese coloidal ou rotas orgânicas metálicas como técnicas de injeção fortes, análise térmica alta temperatura de precursores orgânicos metálicos na presença de agentes estabilizantes. 10 Síntese de nanopartículas de núcleo e casca oxídicas pode ser

sintetizado em solução aquosa iniciando a partir de correspondentes acetatos (acetato de ítrio, acetato de índio, etc.) preferencialmente neste caso polivinil pirrolidona ou trifenilfosfinoxida é usado como agentes estabilizantes de superfície em vez de tioglicerol. 15 A invenção é ilustrada pelos seguintes exemplos não

limitantes. Exemplos

Fabricação de nanopartículas de núcleo e casca de CdS/ZnS

0,1 M de tioglicerol é adicionada à 100 ml de uma solução de 20 0,1 M de acetato de cádmio em água destilada. Então 100 ml de uma solução de 0,1 M de Na2S em etanol são adicionadas em gotas sob vigorosa agitação. De forma subseqüente a mistura é agitada por 2-3 h. Após isto as partículas de CdS são separadas através de centrifugação, lavagem com água destilada e secagem por aplicação de uma lâmpada de infravermelho. As partículas de 25 CdS obtidas são novamente dispersas em uma solução de 0,1 M de acetato de zinco aquosa, seguido por adição de gotas de 100 ml de uma solução de 0.1 M de Na2S em etanol. Finalmente a mistura é agitada por 2-3 h e as partículas isoladas através de centrifugação.

Claims

1. Nanopartícula de núcleo e casca, caracterizada pelo fato de que o material do núcleo tem uma largura de banda mais ampla do que o material da casca, em que o material do núcleo e o material da casca compreendem a mesma treliça de ânion e em que a superfície da nanopartícula de núcleo e casca é fornecida com uma porção biocompatível.

2. Nanopartícula de núcleo e casca de acordo com a reivindicação 1 caracterizada pelo fato de que os níveis de Fermi escuros para ambos elétrons e furos no núcleo são maiores do que na casca.

3. Nanopartícula de núcleo e casca de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a combinação de matéria de núcleo / casca é selecionada de ZnS / CdS, GaN / InN, GaP / InP, Y2O2 / In2O3, WO3 / MoO3, ZrO2 / CeO2.

4. Nanopartícula de núcleo e casca de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de ser conjugado com uma porção alvo.

5. Nanopartícula de núcleo e casca de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a superfície da nanopartícula de núcleo e casca é fornecida com um complexo de íon ativo de MRT ou agente ativo de MRT.

6. Nanopartícula de núcleo e casca de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a superfície é fornecida com nuclídeos.

7. Nanopartícula de núcleo e casca de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o nuclídeo é selecionado a partir de 123I, 67Ga, "mTC, 18Fe11C.

8. Nanopartícula de núcleo e casca de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 caracterizada pelo fato ser usada como agente médico ou terapêutico e / ou propósito de formação de imagem.

9. Uso da nanopartícula de núcleo e casca como definida em uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ser para a preparação de uma composição médica ou terapêutica.

10. Uso da nanopartícula de núcleo e casca de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ser para a preparação de uma composição de terapia fotodinâmica.

11. Uso da nanopartícula de núcleo e casca de acordo com uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de ser em combinação com outras drogas químicas ou farmacêuticas.

12. Processo para fabricação de nanopartícula como definida em uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o material da casca é crescido de modo epitaxial no material do núcleo.