BRPI0715885A2

BRPI0715885A2 - agente de contraste para a formaÇço de imagem àptica, uso de um agente de contraste, mÉtodo de formaÇço de imagem àptica de tecido, mÉtodo de formaÇço de imagem e/ou diagnàstico de uma cÉlula, um àrgço ou corpo total

Info

Publication number: BRPI0715885A2
Application number: BRPI0715885-8A
Authority: BR
Inventors: Jan F Suijver
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2013-08-13
Also published as: US20090196828A1; RU2009110770A; WO2008023305A2; JP2010501544A; EP2056885A2; CN101505801A; WO2008023305A3

Abstract

AGENTE DE CONTRASTE PARA A FORMAÇçO DE IMAGEM àPTICA, USO DE UM AGENTE DE CONTRASTE, MÉTODO DE FORMAÇçO DE IMAGEM àPTICA DE TECIDO, MÉTODO DE FORMAÇçO DE IMAGEM E/OU DIAGNàSTICO DE UMA CÉLULA, UM àRGçO OU CORPO TOTAL A invenção refere-se a um agente de contraste para a formação de imagem óptica. O agente de contraste de acordo com a invenção compreende uma substância luminescente, em que a substância luminescente compreende Tm2+. Além disso, a presente invenção refere-se ao uso de um material contendo Tm+2 como uma substância luminescente em um agente de contraste para a formação de imagem óptica. A invenção também refere-se a um método para a formação de imagem óptica de tecido, cujo método compreende (a) contactar uma quantidade efetiva do agente de contraste contendo Tm2+ com tecido, (b) exposição do tecido à radiação eletromagnética em um comprimento de onda de entra 200nm e 800nm, (c) detectar qualquer sinal de luminescência emitido pelo tecido exposto à radiação eletromagnética, e (d) processar o(s) sinal(s) de luminescência detectado(s) sob a forma de uma imagem.

Description

"AGENTE DE CONTRASTE PARA A FORMAÇÃO DE IMAGEM ÓPTICA, USO DE UM AGENTE DE CONTRASTE, MÉTODO DE FORMAÇÃO DE IMAGEM ÓPTICA DE TECIDO, MÉTODO DE FORMAÇÃO DE IMAGEM E/OU DIAGNÓSTICO DE UMA CÉLULA, UM ÓRGÃO OU CORPO TOTAL"

A presente invenção refere-se ao campo de formação de imagem óptica. A invenção provê novos agentes de contraste para a formação de imagem de células, tecidos e órgãos in vivo e in vitro. De um modo particular, agentes de contraste, que compreendem substâncias luminescentes, são providos de um modo a aperfeiçoar a imagem do tecido através de técnicas de formação de imagem óptica.

Técnicas de formação de imagens médicas tem se tornado mais e mais importante ao longo dos últimos anos. Técnicas de formação de imagem importantes incluem, por exemplo, Tomografia de Emissão de Positron (PET), Tomografia Computadorizada por Emissão de Fóton Único (SPECT), Formação de Imagem por Ressonância Magnética (MRI) e Tomografia Computadorizada (CT). Todas estas técnicas são caracterizadas por uma complexidade significativa com relação ao equipamento empregado. Além de custos de aquisição enormes dos aparelhos correspondentes, os altos custos de processamento influenciam, de um modo negativo, os custos para o exame do paciente. Além disso, as análises ou a avaliação dos dados de formação de imagem obtidos são complexas e apenas podem ser executadas por peritos.

Em contraste, as técnicas de formação de imagem óptica envolvem significativamente menos esforço técnico e pessoal, comparadas às técnicas antes mencionadas. Portanto, as técnicas de formação de imagem óptica, por exemplo, para a avaliação da anatomia do tecido ou para a formação de imagem de órgãos ou de funções metabólicas e moleculares são de maior interesse e esforços enormes têm sido empreendidos de um modo a aperfeiçoar a quantidade da formação de imagem óptica.

O termo "formação de imagem óptica" abrange técnicas de formação de imagem, em que a luz, de um modo preferido uma fonte de luz que seja emitida na região espectral ultravioleta (UV), na região espectral visível (VIS) e/ou na região espectral próximo ao infravermelho (NIR) é usada para a caracterização ou a formação de imagens de tecidos, células ou órgãos. A interação de fóton, por exemplo, com o tecido, é baseada na absorção da luz, na dispersão da luz e na emissão de luminescência. Como nos métodos de formação de imagem estabelecidos, tais que CT, MRI ou formação de imagem ultra- sônica, agentes de contraste ópticos aplicados de um modo exógeno fornecem, de um modo principal, a oportunidade de que sejam gerados sinais específicos de doença no interior do tecido, deste modo possibilitando a exibição de condições fisiológicas ou moleculares, que são características de um certo estado e progressão da doença. Em princípio, o aumento de contraste é alcançado quando um agente administrado altera as propriedades de formação de imagem do tecido doente em uma determinada extensão em relação ao tecido normal circundante. Em conseqüência, um "agente de contraste" pode ser entendido como um agente, que altera a absorção, a dispersão ou as propriedades de luminescência do tecido doente em uma determinada extensão, em relação ao tecido normal circundante.

Uma observação fundamental quanto a procedimentos de formação de imagem óptica refere-se a fato de que a absorção de luz no tecido, por exemplo a absorção que se origina a partir de óxi- e deóxi- hemoglobina ou de outras porfirinas conduz a uma autofluorescência do tecido em toda a região espectral visível ou a agentes luminescentes que emitem autofluorescência em toda a região espectral visível em até aproximadamente 700 nm. No entanto, a maior parte dos agentes de contraste ou dos agentes de luminescência disponíveis emitem na faixa espectral visível antes mencionada e, de um modo especial, na faixa espectral azul ou verde. É óbvio que as aplicações in vivo diretas podem estar comprometidas se o sangue e o tecido humano fornecerem emissões de banda ampla na mesma faixa espectral. A sobreposição resultante da autofluorescência e a emissão do agente de contraste luminescente contido no tecido pode afetar, de um modo substancial, a qualidade da formação de imagem resultante.

Dada à absorção relativamente baixa e à dispersão do tecido vivo na região infravermelha do espectro, atenção considerável foi dirigida a agentes de contraste de luminescência NIR e existe uma necessidade contínua quanto a agentes de contraste, que contêm uma substância luminescente, que é emitida de um modo predominante, em uma faixa espectral, em que existe pouco fundo, em especial um fundo que resulte a partir da autofluorescência do tecido ou do sangue.

Além disso, é conhecido que a faixa espectral de excitação, isto é a faixa espectral em que o agente de contraste e o tecido absorvem a luz, pode determinar se a superfície do tecido ou áreas de tecido localizadas em regiões mais profundas estão acessíveis para a formação de imagem óptica. Em conseqüência, seria desejável prover uma ampla faixa espectral, de um modo tal que o agente de contraste seja adequado para a formação de imagem da superfície do tecido e de áreas de tecido localizadas em regiões mais profundas.

Constitui um objeto da presente invenção prover um agente de contraste, que contém uma substância luminescente tendo uma eficiência quantitativa razoavelmente alta, ao mesmo tempo emitindo em uma faixa espectral, em que pouca ou nenhuma autofluorescência é observada. Constitui ainda um objeto da presente invenção, prover um

agente de contraste contendo uma substância luminescente, que absorve em uma ampla faixa espectral e, de um modo preferido, possui bandas de absorção forte na faixa espectral UV, assim como na faixa espectral VIS.

De um modo a que seja alcançado o objeto antes mencionado, um agente de contraste, conforme definido na reivindicação 1 independente, é provido.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, é provido um agente de contraste para a formação de imagem óptica, em que o agente de

contraste compreende um núcleo e uma casca, em que o núcleo contém uma

2+

substância luminescente e em que a substância luminescente compreende Tm .

De acordo com a presente invenção, agentes de contraste contendo Tm2+ possuem várias bandas de absorção fortes ao longo de uma faixa espectral relativamente ampla e, ao mesmo tempo, emitem principalmente fora da faixa acima mencionada na faixa de temperatura relevante. Em outras palavras, a absorção e a emissão do agente de contraste de acordo com a invenção ocorre em diferentes faixas espectrais, o que significa que existe uma distância espectral entre os máximos de absorção e de luminescência. De um modo mais preciso, foi verificado que substâncias luminescentes contendo Tm2+ em temperaturas na faixa de 300Ka315K (da temperatura ambiente à temperatura corpórea), de um modo principal ou quase que exclusivamente formam imagem ou emitem em uma faixa de comprimento de onda relativamente pequena, na faixa UV- VIS próximo ao infravermelho, os sinais emitidos observados para o agente de contraste de acordo com a invenção não se sobrepondo com s sinais resultantes a partir do sangue e do tecido. Deste modo, a formação de imagem óptica não é afetada pelos sinais de fundo indesejáveis se forem usados os agentes de contraste de acordo com a invenção. Além disso, a faixa de absorção relativamente ampla observada para os agentes de contraste de acordo com a invenção permitem a excitação com a luz UV ou com a luz visível.

Deve ser entendido que, quando subseqüentemente se faz referência ao "agente de contraste de acordo com a invenção" ou à substância luminescente de acordo com a invenção", faz-se referência a qualquer uma das modalidades aqui descritas. O termo "tecido", como aqui usado, também abrange órgãos e células.

Na modalidade de acordo com a presente invenção, a substância luminescente de acordo com a invenção absorve radiação eletromagnética em uma faixa de comprimento de onda de entre 200 nm e 800 nm e, de um modo preferido, na faixa de 350 nm e 700 nm, em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K.

Em uma outra modalidade da presente invenção, o agente de contraste de acordo com a invenção contém uma substância luminescente que forma imagem ou que emite radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda próximo ao infravermelho entre 750 nm e 1400 nm, de um modo preferido na faixa de comprimento de onda de 950 e 1300 nm e de um modo ainda mais preferido na faixa de entre 1050 nm e 1150 nm, em uma faixa de temperatura de 300 K a 315 K.

Em ainda uma outra modalidade da presente invenção, a substância luminescente de acordo com a invenção é formada de sólidos inorgânicos.

De acordo ainda com outra modalidades da presente invenção, o agente de contraste contém Tm2+ dopado em halogenetos de metal alcalino terroso, tais que CsCaCl3, CsCaBr3 e/ou CsCaI3. De um modo alternativo, o agente de contraste de acordo com a invenção pode conter TmX2, em que X é selecionado a partir de F, Cl, Br, I e At.

De acordo com uma outra modalidade preferida, a substância luminescente está sob a forma de nanocristais, em que os nanocristais podem ser modificados ou funcionalizados. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o

agente de contraste de acordo com a invenção não contém quantidades detectáveis de Tm3+.

Em ainda uma outra modalidade, o agente de contraste de acordo com a invenção compreende um núcleo e uma casca, em que o núcleo contém a substância luminescente e em que a casca pode compreender um material que aperfeiçoa a biocompatibilidade ou um material contendo pelo menos um anticorpo ou um material funcionalizado tendo uma afinidade específica para um certo local ou um certo tecido no interior do corpo humano.

Além disso, a presente invenção refere-se ao uso de um

• 2+

material contendo Tm como uma substância luminescente em um agente de contraste para a formação de imagem óptica. De acordo cm uma modalidade preferida, o agente de contraste de acordo com a invenção, tal como definido nas reivindicações ou modalidades descritas, é usado para a formação de imagem óptica.

De acordo ainda com uma outra modalidade da presente invenção, é provido um método de formação de imagem óptica do tecido, em que o método compreende os estágios que se seguem:

(a) contactar uma quantidade efetiva do agente de contraste

com o tecido,

(b) expor o tecido à radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 200 nm e 80 nm, em uma temperatura em uma faixa de 300 K a 315 K,

(c) detectar qualquer sinal de luminescência emitido pelo tecido exposto à radiação eletromagnética em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K, e

(d) processar o(s) sinal(ais) de luminescência detectado(s) sob a forma de uma imagem.

A Figura 1 apresenta os espectros de emissão de Tm2+ em (a) CsCaCl3 e (b) CsCaBr3 em 300 Κ. A emissão foi fotoexcitada em 21834 cm"1, correspondendo a cerca de 458 nm. A Figura 1 corresponde à "Figura 3" conforme publicado em "Light- Emission and Excited- State Dynamics em

^ I

Tm Doped CsCaCl3, CsCaBr3 e CsCaI3" por J. Grimm, J. F. Suyver, E. Beurer, G. Carver and Η. U. Güdel em J. Phys. Chem. B (2006), 110 (5), 2093-2101.

Como já exposto acima, o termo "formação de imagem óptica" abrange uma variedade de diferentes métodos, em que todos os métodos de formação de imagem óptica são baseados na absorção de luz e na emissão de luminescência. A detecção de agentes de contraste luminescente é, pelo menos em alguma extensão, comparável a métodos de formação de imagem nuclear, pois em ambos os métodos os agentes de aumento de contraste são distribuídos no interior do tecido. Uma vantagem importante da luminescência em relação aos agentes de radiodiagnóstico é a de que os agentes luminescentes podem ser excitados de um modo contínuo, assim como a de que o agente não precisa ser radioativo.

Agentes de contraste óptico aplicados de um modo exógeno fornecem principalmente a oportunidade de que sejam gerados sinais específicos da doença in vivo ou in vitro dentro do tecido, deste modo permitindo a exibição de condições fisiológicas e moleculares, que são características de uma doença específica ou de um certo estado de doença. Através do uso de agentes de contraste, um aumento de contraste pode ser alcançado quando o agente administrado altera as propriedades de absorção ou luminescentes do tecido doente em uma extensão diferente em relação ao tecido normal circundante. A abordagem mais promissora para que seja alcançado o aumento de contraste ou a formação de imagem óptica aperfeiçoada refere-se ao uso de substâncias luminescentes, que influenciam a absorção e a luminescência do tecido.

Os inventores verificaram, de um modo surpreendente, que os agentes de contraste contendo Tm2+ possuem várias propriedades vantajosas, que tornam os agentes de contraste de acordo com a invenção especialmente adequados para os métodos de formação de imagem óptica. O túlio é um metal de terras raras tendo o número atômico 69. De acordo com a presente 2+

invenção, ο túlio é usado em seu estado divalente, denotado como Tm .

Uma vantagem principal, que é provida através do uso de Tm

2+

como uma substância de luminescente em agentes de contraste refere-se ao fato de que Tm2+ possui várias bandas de absorção fortes na região espectral UV-VIS, mas emite principalmente fora da faixa antes mencionada. De um modo mais preciso, foi verificado que as substâncias luminescentes contendo Tm emitem principalmente ou de um modo quase exclusivo em uma faixa de comprimento de onda relativamente pequena na faixa espectral próxima ao infravermelho (NIR). Como uma conseqüência, a absorção e a emissão do agente de contraste de acordo com a invenção ocorre em diferentes faixas espectrais, o que significa que existe uma distância espectral entre máximo luminescente e de absorção. Isto significa que uma sobreposição ou interação indesejável é evitada. De acordo com uma modalidade preferida, o agente de contraste de acordo com a invenção contém uma substância luminescente que forma imagem ou que emite radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 750 nm e 1400 nm, de um modo preferido em uma faixa de comprimento de onda de entre 900 e 1300 nm e de um modo ainda mais preferido em uma faixa de entre 1050 e 1150 nm, em uma faixa de temperatura de a partir de 300 K a 315 K. Uma outra vantagem dos agentes de contraste de acordo com a

invenção refere-se ao fato de que os agentes emitem fora da faixa UV — VIS e, deste modo, evita os sinais de fundo perturbadores que resultam da autofluorescência. Se a luminescência for registrada dentro da região espectral UV- VIS, tanto a autofluorescência como o agente de contraste administrado iriam contribuir para o sinal observado. Na faixa espectral NIR, no entanto, a autofluorescência do tecido é desprezível, devido à ausência de fluoróforos NIR nativos. A autofluorescência é proveniente da absorção de luz no tecido, por exemplo, a absorção que se origina a partir de óxi e deóxi- hemoglobina ou de outras porfirinas. Como os sinais que emitem observados para o agente de contraste de acordo com a invenção não se sobrepõem com os sinais resultantes a partir do sangue e do tecido, a formação de imagem óptica não é afetada por sinais de fundo indesejáveis. Em outras palavras, quando do uso de agentes de contraste de acordo com a invenção, o sinal detectado revela, de um modo quase exclusivo, a distribuição do agente de contraste.

Constitui uma outra vantagem dos agentes de contraste de

acordo com a invenção que as faixas de absorção fortes, observadas para 2+ · ·

Tm , permitam a excitação ao longo de uma ampla região espectral na faixa da faixa espectral UV a VIS. Uma observação fundamental quando a procedimentos de diagnóstico óptico refere-se ao fato de que a profundidade de penetração de luz ao interior do tecido depende do comprimento de onda usado. De um modo usual, a absorção domina a dispersão se os comprimentos de onda na faixa espectral mais baixa, por exemplo na faixa espectral UV ou azul forem usados para a excitação. Em conseqüência, para comprimentos de onda de excitação nesta faixa, usualmente uma pequena profundidade de penetração, de até alguns milímetros, é alcançada. Isto significa que, através do uso de comprimentos de onda na faixa espectral UV a azul, é possível examinar superfícies de tecido com uma alta resolução espacial. Fica claro que um agente de contraste a ser usado para tais técnicas de formação de imagem óptica precisa absorver luz na faixa espectral correspondente.

Se for desejado alcançar profundidades de penetração de até alguns centímetros para a formação de volumes de tecido maiores, a radiação eletromagnética em uma faixa espectral acima da faixa espectral azul pode ser preferida. Através da excitação do tecido com luz em uma faixa espectral de, por exemplo, 5550 a 750 nm, a identificação de não- homogeneidades no tecido em massa pode ser alcançada. Devido à dispersão, os fótons não seguem trajetos retos quando da propagação através do tecido. Portanto, modelos matemáticos conhecidos de transporte de fóton deveriam ser usados para visualizar ou determinar as propriedades ópticas do tecido. Como a escolha da faixa espectral de absorção pode permitir um ajuste se o agente de contraste deverá ser detectável sobre a superfície do tecido ou em áreas de tecido localizadas em regiões mais profundas e, portanto, em muitos casos, os agentes de contraste possuem apenas uma pequena faixa de absorção, com freqüência não é possível usar um agente de contraste para a formação de imagem de superfícies de tecido e de áreas de tecido localizadas em regiões mais profundas. No entanto, o agente de contraste de acordo com a invenção possui várias bandas de absorção fortes a partir da região espectral UY para VIS e, deste modo, permite a formação de imagem óptica da superfície de tecido e de áreas localizadas em regiões mais profundas.

Um outro requisito prévio para a detecção sensitiva de um agente de contraste é um alto coeficiente de extinção no comprimento de onda de absorção desejado. O requerimento precedente é preenchido pelos agentes de contraste de acordo com a invenção, pois as substâncias luminescentes contendo Tm fornecem coeficientes de absorção molares, que estão em uma faixa de 100- 1000 M-1Cm"1, que é de 4 a 5 ordens de magnitude maior do que aqueles encontrados, de um modo típico, para íons de terras raras trivalentes (por exemplo, ~0, 1 M-1Cm"1 para Eu3+). De acordo com a presente invenção, técnicas de formação de

imagem conhecidas podem ser usadas. Tendo em vista o fato de que os agentes de contraste contendo Tm2+ de acordo com a presente invenção podem ser excitados em um comprimento de onda na faixa espectral de UV para azul (pequena profundidade de penetração) e também em uma região espectral na faixa de, por exemplo, 550 nm a 750 nm (profundidades de penetração de até alguns centímetros, os agentes de contraste de acordo com a invenção podem ser adequados para a formação de imagem de objetos superficiais, em que os fótons refletidos ou dispersados são diretamente medidos e podem ser também adequados para a formação de imagem difusa, em que os fótons são registrados após terem passado através de um tecido relativamente espesso, e as propriedades ópticas do tecido são reconstruídas, de um modo espacial, através do uso de modelos matemáticos. Estas aplicações podem requerer diferentes resoluções técnicas e geometrias instrumentais que, no entanto, são conhecidas daqueles versados na arte.

As imagens de estruturas superficiais são, de um modo geral, obtidas em geometria de reflexão através da iluminação com luz de um comprimento de onda desejado e a detecção com dispositivos adequados, tais que, por exemplo, câmeras CCD ou fotomultiplicadores. Para a formação de imagem de volumes de tecido maiores, podem ser usadas geometrias de iluminação, de tal modo que áreas de tecido definidas sejam iluminadas com luz, e que a luz dispersada transmitida seja detectada em uma geometria de projeção a 180°. A varredura gradual da área de tecido e a reconstrução de imagem a partir de cada medição da intensidade de luz transmitida fornece imagens de projeção bidimensional. Imagens ópticas tridimensionais podem ser obtidas, por exemplo através de tomografia óptica difusa (DOT), que é baseada na detecção de fótons em múltiplas posições/ângulos e a na reconstrução matemática das imagens correspondentes.

A excitação dos agentes de contraste de acordo com a invenção pode ser alcançada através de uma variedade de diferentes fontes de luz, incluindo lâmpadas incandescentes, lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de descarga de gás, luz laser, LEDs (diodo que emite luz), por exemplo, um LED baseado em GaN - ou InGaN. Todos estes tipos podem ser montados no terminal de um endoscópio. Se apropriado, a luz de uma fonte pode ser dirigida através de uma fibra óptica para a cabeça de um endoscópio ou outro dispositivo minimamente invasivo.

Os agentes de contraste de acordo com a invenção podem ser usados em métodos de formação de imagem ópticos para a visualização de doenças oculares, doenças coriorretinais, tais que distúrbios vasculares, retinopatias, neovascularização ou tumores. Além disso, os tumores cerebrais humanos e as margens tumorais durante a cirurgia podem ser identificados com o auxílio dos agentes de contraste de acordo com a invenção, deste modo facilitando a precisão e a segurança de ressecções de tumor e minimizando a probabilidade de reocorrência do tumor. Os agentes de contraste de acordo com a invenção podem ser também usados em técnicas de formação de imagem óptica para a visualização de doenças superficiais em órgão ocos usando endoscopia guiada por luminescência. De um modo exemplar, faz-se referência ao câncer de bexiga urinário, câncer bronquial, várias doenças gastrintestinais e tumores na cavidade oral. Além disso, o uso de endoscópios flexíveis pode ser vantajoso. Através do uso de cateteres flexíveis, a espectroscopia luminescente intravascular a formação de imagem auxiliar a identificar as placas escleróticas arteriais e outras anormalidades vasculares. A tomografia óptica difusa (DOT) executada com os agentes de contraste de acordo com a invenção pode prover a oportunidade para quantificar o fluxo cerebral sangüíneo e a oxigenação no cérebro.

Como acima explicado, a faixa de absorção relativamente ampla provida pelos agentes de contraste contendo Tm2+ permite com que sejam providos agentes de contraste, que podem ser usados para ambas as classes antes mencionadas de formação de imagem óptica, pois os agentes de contraste possuem bandas de absorção fortes na faixa espectral UV a azul e possuem bandas de absorção fortes na faixa de absorção acima de 550 nm. Em conseqüência, os agentes de contraste de acordo com a invenção podem ser usados em técnicas de formação de imagem óptica para a formação de imagem de regiões externas do tecido, por exemplo através do uso de técnicas endoscópicas e para a formação de imagem em profundidade, por exemplo para a visualização de anormalidades no tecido em massa. Em ambos os casos, os sinais de formação de imagem, que resultam a partir do agente de contraste de acordo com a invenção não são sobrepostos com qualquer sinal ou sinais de fundo, que resultem a partir de autofluorescência. Pode ser vantajoso usar uma fonte de luz que forme uma imagem ou que excite o agente de contraste com radiação eletromagnética no comprimento de onda de entre 200 nm e 8 nm e de um modo preferido na faixa de 350 nm a 700 nm, de modo a assegurar que exista uma distância espectral suficiente entre o sinal emissor e a faixa espectral de absorção.

Em uma modalidade preferida da presente invenção, as substâncias luminescentes são formadas de sólidos inorgânicos ou de sais inorgânicos. Elas são, de um modo usual, fáceis de ser manipuladas e fáceis de ser obtidas. As substâncias luminescentes podem ser selecionadas a partir do grupo, que compreende CsCaCl3 dopado com Tm , CsCaBr3 dopado com Tm2+, e CsCaI3 dopado com Tm2+, TmF2, TmCl2, TmBr2, TmI2 e TmAt2, assim como carbonatos, fosfatos, hidróxidos, sulfetos, sulfatos ou cromatos de Tm2+. Halogenetos de Tm2+ podem ser formados por, por exemplo, reação de halogenetos de Tm3+ com hidrogênio ou com túlio elementar. O óxido de Tm2+ é obtenível, por exemplo, através da redução de Tm2O3 com túlio elementar.

Pode ser preferido, de um modo específico, que o agente de

2+

contraste de acordo com a invenção contenha CsCaCl3 dopado com Tm , CsCaBr3 e/ou CsCaI3.

2+

Será evidente para aquele versado na arte que Tm ou substâncias contendo Tm podem ser também levadas à quelação. Um agente de quelação pode compreender uma molécula de ligante em ponte, covalente, orgânica, capaz de, de um modo parcial ou total, circundar Tm ou uma substância contendo Tm2+. De acordo ainda com uma outra modalidade da presente invenção, Tm2+ ou a substância contendo Tm2+ é estabilizada ou complexada através de ligantes. Os ligantes podem formar um complexo ou estrutura tipo gaiola em torno de Tm2+ ou da substância contendo Tm2+. Os ligantes podem ser ligantes polidentados, de um modo preferido ligantes polidentados com uma alta afinidade seletiva para certos sítios de ligação, que podem ser suados em uma variedade de aplicações, de um modo análogo ao uso de anticorpos. Tais ligantes polidentados com uma alta afinidade seletiva compreendem, de um modo típico, uma multiplicidade de ligantes, que, cada qual, é ligado a diferentes regiões na molécula alvo ou sítio de ligação alvo (por exemplo, em um tecido específico), os ligantes são unidos ou diretamente ou através de um agente de ligação, deste modo formando uma porção polidentada, que se liga, de um modo típico, à molécula alvo, com alta seletividade e avidez.

De acordo com a presente invenção, é preferido, de um modo especial, que o agente de contraste de acordo com a invenção não contenha Tm3+ em quantidades detectáveis. Substâncias contendo Tm3+ podem prover sinais emissores adicionais (por exemplo, na faixa de autofluorescência), e portanto, iriam afetar a qualidade dos resultados de formação de imagem óptica. Além disso, a presença de Tm3+ iria influenciar, de um modo adverso, a estabilidade da fração Tm2+ desejada, presente no agente de contraste.

De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, a substância luminescente está sob a forma de nanocristais ou de nanopartículas, que podem ser adicionalmente fimcionalizadas. O uso de uma forma em nanopartículas pode facilitar a manipulação e a administração do agente de contraste. De acordo com a presente invenção, as nanopartículas contêm Tm2+. De acordo ainda com uma outra modalidade preferida, as substâncias luminescentes são formadas de nanocristais e podem ser circundadas ou revestidas por uma casca ou camada externa.

Um método para a preparação de nanocristais é baseado na pirólise de precursores organometálicos em agentes de coordenação quentes. Os agentes de coordenação podem auxiliar o crescimento do nanocristal. Um agente de coordenação pode ser um composto tendo um par de elétrons doador que, por exemplo, está disponível para ser coordenado a uma superfície do nanocristal em crescimento. A coordenação do solvente pode estabilizar o nanocristal em crescimento. Agentes de coordenação típicos incluem alquil fosfinas, óxidos de alquil fosfina, ou ácidos alquil fosfônicos. Outros agentes de coordenação, tais que piridinas, furanos e aminas, podem ser também adequados para a produção de naanocristais. Os nanocristais de acordo com a invenção podem ser esferas, hastes, discos ou outras formas.

Os nanocristais de acordo com a invenção podem ser estabilizados por um ligante monodentado ou polidentado sobre a superfície do nanocristal. Os ligantes polidentados adequados podem ser polifosfinas, óxidos de polifosfina, ácidos polifosfínicos, tióis ou um ácido polifosfônico, ou sais dos mesmos. De um modo vantajoso, ligantes polidentados, em particular ligantes polidentados oligomerizados, tais que ligantes fosfina oligomerizados polidentados, se ligam mais fortemente à superfície do nanocristal do que os ligantes monodentados. Os ligantes polidentados estabilizam deste modo o nanocristal, que pode então preservar a alta luminescência de nanocristais como desenvolvidos. Os ligantes polidentados são quimicamente flexíveis, de um modo tal que eles podem ser facilmente funcionalizados, de um modo a que sejam compatíveis com um ambiente químico específico. Os ligantes oligoméricos podem formar uma camada de passivação e/ou íuncionalizada. A camada funcionalizada pode fornecer propriedades químicas desejáveis, incluindo solubilidade, miscibilidade e outras derivações, tais que a conjugação a biomoléculas, por exemplo biomoléculas tendo uma alta afinidade para tipos de tecidos específicos.

Como uma vantagem particular da presente invenção, as substâncias luminescentes correspondentes absorvem e emitem radiação eletromagnética em diferentes comprimentos de onda. Isto conduz a uma distinção clara entre a radiação aplicada ao agente de contraste e a radiação obtida a partir do mesmo. Como uma conseqüência, é possível detectar a radiação emitida a partir do agente de contraste a despeito da radiação de excitação, que é suada para excitar a luminescência, estando presente, ou ainda na presença de luz de fundo. Deve ser entendido que este efeito positivo aumenta a distância entre as faixas de comprimento de onda, nas quais a absorção e a emissão ocorre, assim como com a acurácia e a precisão de áreas espectrais, nas quais a absorção e a emissão ocorre. Como uma vantagem particular, a radiação de excitação, por exemplo em um comprimento de onda de 400 a 500 nm, é identificada e caracterizada por sua aparência azul ou violeta. Deste modo, qualquer luminescência ou luz proveniente da sonda, que não seja azul ou violeta, pode ser identificada como algum resultado ou efeito. Pode ser vantajoso, de um modo geral, se a radiação de excitação estiver em uma faixa acima da faixa de comprimento de onda visível.

Além disso, as substâncias luminescentes de acordo com a presente invenção emitem, de um modo preferido, radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda entre cerca de 750 a 1400 nm, em uma faixa de temperatura de 300 K a 315 K, e de um modo mais preferido na faixa de comprimento de onda entre cerca de 1050 a 1150. Como pode ser observado a partir da Figura 1, o agente de contraste ou as substâncias luminescentes de acordo com a invenção possuem um sinal emissor forte na faixa próxima ao infravermelho, enquanto que a absorção e a excitação ocorre na faixa espectral que abrange a área UY e a área de luz visível (VIS). Deste modo, é assegurado, de um modo favorável, que a luz emitida a partir deste materiais é uma forma suficientemente diferente da radiação de excitação, de um tal modo que a geração de um contraste é permissível. A luz emitida pode ser detectada espectroscopicamente. De acordo com a presente invenção, o agente de

contraste possui uma estrutura de núcleo/casca, o que significa que o agente de contraste é composto de uma substância luminescente contendo Tm2+ e pelo menos uma casca que circunda o referido núcleo de um modo parcial ou completo. O núcleo luminescente pode estar sob a forma de nanocristais ou nanopartículas.

O núcleo luminescente pode ser provido com uma camada adicional ou circundado por uma casca, de um modo a que seja alcançada uma alta biocompatibilidade. Em outras palavras, um material de casca pode ser usado, de um modo a evitar uma reação imune do corpo examinado contra as partículas de agente de contraste. De um modo alternativo, uma casca pode ser provida, de um modo a que seja alcançada uma distribuição favorável ou objetivada do agente de contraste no tecido a ser examinado. Neste contexto, os compostos ativos biológicos, tais que os anticorpos, podem ser usados como materiais de casca. Além disso, através do uso de uma casca em torno do núcleo luminescente, a solvatação ou a hidrólise do núcleo ou da substância pode ser evitada (se o núcleo luminescente for formado de um material que seja sensível à hidrólise). Finalmente, através do uso de uma casca em torno do núcleo luminescente, a eficiência do quantitativa de luminescência pode ser substancialmente aumentada.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, o material de casca provê uma biocompatibilidade aperfeiçoada (em comparação com um agente de contraste que compreende o núcleo luminescente sem uma camada ou casca). Através do uso de pelo menos um material de casca que aperfeiçoa a biocompatibilidade, o agente de contraste pode não causar qualquer reação imune contra o agente, após a administração do agente de contraste a um organismo vivo ou de um modo a reduzir o risco de uma reação imune. Além disso, interações tóxicas podem ser evitadas. Pode ser preferido, de um modo especial, se o pelo menos um material que aperfeiçoa a biocompatibilidade cubra o núcleo luminescente de um modo completo, de um modo a prover a biocompatibilidade de um modo eficiente, e de modo a evitar com que o núcleo seja dissolvido ou hidrolisado.

O pelo menos um material que aperfeiçoa a biocompatibilidade de acordo com a presente invenção pode ser selecionado a partir de um polifosfato, um aminoácido, um polímero orgânico tal que polietileno glicol (PEG) ou álcool polivinílico (PVA), um biopolímero, tal que um polissacarídeo (por exemplo, dextrano, celulose,), um polipeptídeo, um fosfolipídeo, SiO2 ou ouro. Através do uso do outro como um material de casca, alguns outros efeitos positivos podem ser alcançados. Por exemplo, outros compostos ativos ou inativos, tais que certos polipeptídeos, proteínas ou anticorpos podem ser imobilizados ou ligados sobre a superfície de outro (por exemplo, através de agentes de ligação tiol).

De acordo com uma outra modalidade preferida da presente invenção, o agente de contraste de acordo com a invenção compreende pelo menos um material de casca, que contém pelo menos um anticorpo. Através da imobilização de anticorpos sobre a superfície da casca ou do núcleo luminescente, pode ser alcançada uma reação anticorpo- antígeno específica, e, deste modo, a adsorção específica do agente de contraste no tecido a ser examinado (por exemplo, células de câncer, placas coronárias). Isto significa que concentrações mais altas do agente de contraste em um tipo específico de tecido podem ser providas. O agente de contraste enriquecido no tecido pode conduzir e melhores resultados de formação de imagem óptica.

De acordo com uma outra modalidade preferida da presente invenção, o agente de contraste de acordo com a presente invenção compreende pelo menos um material de casca contendo pelo menos um anticorpo, em que a pelo menos uma casca contendo o anticorpo pode conter um anticorpo específico para tumor. O uso de um anticorpo específico para tumor pode permitir o uso de agentes de contraste de acordo com a invenção para a identificação e a localização de tumores específicos. De um modo exemplar, faz- se referência a Cetuximab (detecção de câncer intestinal), Pemtumomab (detecção de câncer estomacal e ovariano) e Bevacimzumab (detecção de câncer pulmonar e de câncer intestinal). Os agentes de contraste de acordo com a invenção correspondentes podem ser, de um modo especial,

I adequados para a formação de imagem óptica e para diagnósticos de alterações malignas da garganta, esôfago, estômago ou intestino.

De acordo com uma outra modalidade preferida da presente invenção, o tamanho do núcleo ou do agente de contraste que compreende um núcleo e uma casca, pode estar em uma faixa do tamanho das proteínas e de compostos bio-orgânicos, conforme presente em organismos humanos e animais, de um modo a que sejam mais facilmente envolvidos em processos metabólicos, tais que, por exemplo, reações de troca intercelular, deste modo facilitando o transporte e a adsorção de agentes de contraste em áreas de interesse. O tamanho do núcleo ou do agente de contraste que compreende um núcleo e uma casca pode estar em uma faixa de 50 mm a 100 nm, de um modo preferido de 100 nm a 500 nm.

Os agentes de contraste, estando sob a forma de nanocristais ou qualquer outra forma de acordo com a presente invenção podem ser incorporados em formulações, tais que uma preparação injetável, que pode incluir qualquer diluente aceitável, ou uma matriz de liberação lenta, na qual o agente de contraste está embutido. A formulação pode ser provida em um recipiente, embalagem ou distribuidor, junto com as instruções para a administração. A composição pode ser formulada de acordo com a via de administração intencionada. Vias aceitáveis incluem as vias orais e parenterais, por exemplo através de via intravenosa, através de via transdérmica ou através da mucosa. A formulação pode ser formuladas como uma solução ou suspensão e, deste modo, pode incluir um diluente estéril (por exemplo, água, solução salina, um óleo fixo, polietileno glicol, etc.). Quando necessário, o pH da solução ou suspensão pode ser ajustado cm um ácido ou base. A fluidez apropriada pode ser mantida através de um revestimento, tal que lecitina, através da manutenção de um tamanho de partícula requerido ou através do uso de tensoativos.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provida uma formulação farmacêutica, que compreende o agente de contraste de acordo com qualquer uma das modalidades acima descritas e um carreador ou excipiente farmaceuticamente aceitável, em que o carreador pode conter um composto fisiologicamente aceitável, que age, por exemplo, de um modo a estabilizar a formulação ou o agente de contraste ou pode regular (aumentar ou diminuir) a absorção do agente e/ou da formulação farmacêutica. Compostos fisiologicamente adequados podem ser selecionados a partir de carboidratos, tais que glicose, sacarose ou dextranos, antioxidantes, tais que o ácido ascórbico ou glutationa, proteínas de baixo pelo molecular ou outros estabilizadores e/ou tampões. Além disso, os detergentes podem ser usados para estabilizar a formulação ou podem (aumentar ou diminuir) a absorção da formulação farmacêutica. Outros compostos fisiologicamente aceitáveis incluem agentes de umectação, agentes de emulsificação, agentes de dispersão ou conservantes, que são, de um modo particular, úteis para evitar o crescimento ou a ação de microorganismos.

A formulação de acordo com a invenção pode conter substâncias auxiliares farmaceuticamente aceitáveis para prover condições fisiológicas, tais que agentes de tamponamento e de ajuste do pH, agentes de ajustes de toxicidade e os similares. De um modo exemplar, faz-se referência a acetato de sódio, cloreto de sódio, cloreto de potássio e cloreto de cálcio.

A concentração de agente de contraste nas formulações de acordo com a invenção pode variar amplamente, e será selecionada, de um modo primário, com base em parâmetros, tais que volumes de fluido, viscosidades, peso corpóreo e os similares e de acordo com o modo particular de administração e a modalidade de formação de imagem selecionada. A quantidade exata e a concentração de agente de contraste de acordo com a invenção e a quantidade de formulação em uma determinada dose, ou a "dose efetiva "pode ser determinada, de um modo de rotina. Devido à sensibilidade muito alta para a luz próximo ao infravermelho (por exemplo através do uso de contadores de fóton único) assim como devido à alta especificidade (devido à ausência de autofluorescência de tecido neste regime de comprimento de onda), baixas concentrações podem, muitas vezes, ser suficientes. Os valores típicos podem estar em uma faixa micromolar, ainda menor do que a faixa nanomolar, quando a área/volume sob investigação é limitada.

O agente de contraste pode ser formulado de acordo com a via de administração intencionada, vias aceitáveis incluem as vias oral e parenteral, por exemplo, através de via intravenosa, através de via transdérmica, ou através da mucosa. A formulação pode ser formulada como uma solução ou suspensão e, deste modo, pode incluir um diluente estéril (por exemplo, água, solução salina, um óleo fixo, polietileno glicol, etc.).

De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, é provido um método para formar a imagem óptica de um tecido, em que o método compreende os estágios que se seguem:

(a) contactar uma quantidade efetiva do agente de contraste de acordo com a invenção, de acordo com qualquer uma das modalidades antes mencionadas, com o tecido,

(b) expor o tecido à radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 200 nm e 800 nm, em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K;

(c) detectar o sinal de luminescência na faixa espectral próxima ao infravermelho emitida pelo tecido exposto à radiação eletromagnética em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K, e

(d) processar o(s) sinal(ais) de luminescência detectados) sob a forma de uma imagem.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, um método para a formação de imagem in vivo ou in vitro e /ou diagnóstico de uma célula, um tecido, um órgão ou um corpo total é provido, em que o método compreende os estágios que se seguem:

a) prover uma formulação farmacêutica, que compreende o agente de contraste de acordo com qualquer uma das modalidades acima descritas e um excipiente ou carreador farmaceuticamente aceitável;

b) prover um dispositivo de formação de imagem óptica:

c) administrar a formulação farmacêutica em uma quantidade suficiente para gerar a imagem da célula, tecido ou corpo; e

d) formar a imagem da distribuição da formulação farmacêutica do estágio a) com o dispositivo de formação de imagem, deste modo formando a imagem da célula, tecido ou corpo.

Em uma modalidade da presente invenção, nos métodos antes mencionados, uma substância luminescente contendo Tm2+ pode ser usada, a qual absorve a radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 200 nm e 800 nm e, de um modo preferido, em uma faixa de 350 nm e 700 nm, em uma faixa de temperatura de 300 K a 315 K.

Em uma outra modalidade, nos métodos antes mencionados, substâncias luminescentes contendo Tm2+ podem ser usadas, as quais emitem a radiação eletromagnética em uma faixa de comprimento de onda de 750 nm e 1400 nm, de um modo preferido em uma faixa de comprimento de onda de entre 950 e 1300 nm e de um modo ainda mais preferido em uma faixa de entre 1050 nm e 1150 nm, em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K.

Pode ser preferido, de um modo especial, que o agente de contraste de acordo com a invenção a ser usado nos métodos antes

• Λ ι

mencionados contenha CsCaCl3 dopado com Tm , CsCaBr3 e/ou CsCaI3.

Pode ser também preferido, de um modo especial, que o agente de contraste de acordo com a invenção, a ser usado nos métodos antes mencionados, compreende um núcleo contendo a substância luminescente e uma casca, em que a casca compreende um material que aperfeiçoa a biocompatibilidade ou um material contendo pelo menos um anticorpo. Faz- se referência aos materiais contendo anticorpo acima mencionados.

Os métodos de acordo com a invenção para o diagnóstico e/ou formação de imagem podem ser usados para o diagnóstico ou para detectar um câncer selecionado a partir do grupo, que compreende leucemia, linfoma, câncer cerebral, câncer cerebroespinhal, câncer de bexiga, câncer de próstata, câncer de mama, câncer cervical, câncer uterino, câncer ovariano, câncer renal, câncer oral e câncer de garganta, câncer esofágico, câncer pulmonar, câncer colonorretal, câncer pancreático, e melanoma.

Embora a presente invenção tenha sido descrita com relação a modalidades específicas da mesma, será reconhecido por aqueles de habilidade ordinária na arte, que muitas modificações, melhoras e/ou alterações podem ser alcançados, sem que haja afastamento do espírito e do escopo da invenção. Portanto, é intencionado, de um modo manifesto, que a invenção apenas seja limitada pelo escopo das reivindicações e equivalentes das mesmas. A seguir, a invenção é ilustrada tendo em vista certos exemplos. Estes exemplos não são, entretanto, destinados a limitar a invenção quanto a seu escopo, mas servem, de um modo preferido, para ilustrar a invenção por meio de algumas de suas modalidades exemplares. Exemplos:

Cristais únicos de CsCaCl3, CsCaBr3 e CsCaI3 dopado com

Tm foram desenvolvidos pela Técnica de Bridgeman. Para a síntese, quantidades estequiométricas de CsX (X= Cl, Br, I) e CrX2 foram misturados e Tm foi preparado in situ através de sinproporcionação de TmX3 (preparado com a via de halogeneto de amônio a partir de 99,999% de Tm2O3 puro de Johnson Matthey) e metal Tm (Alpha Aesar 99,9%). Todos os materiais de partida são higroscópicos e foram manipuladas em uma caixa de luvas sob uma atmosfera de nitrogênio. Cristais verde escuros de boa qualidade óptica, com diâmetros de até 2 mm χ 2 mm χ 2 mm foram obtidos. Os cristais foram verificados quando à pureza através de difração em forma pulverizada por raio X. As concentrações absolutas de Tm nos cristais foram determinadas com ICP - OAS e são de 1, 04%, 0, 48% e 0, 76%, de CsCaCl3, CaCaBr3 e CsCaI3, respectivamente. Ampolas de tântalo foram usadas para a obtenção de cristais. Os cristais obtidos podem ser processados sob a forma de uma formulação adequada, que pode ser usada como um agente de contraste para a formação de imagem óptica.

Claims

1. Agente de contraste para a formação de imagem óptica, caracterizado pelo fato de compreender um núcleo e uma casca, em que o núcleo contém uma substância luminescente, em que a substância compreende Tm2+.

2. Agente de contraste de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente absorve radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 200 nm e 800 nm, em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K.

3. Agente de contraste de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente absorve radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 350 nm e 700 nm, em uma temperatura na faixa de temperatura de a partir de 300 K a 315 K.

4. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente emite a radiação eletromagnética em uma faixa de comprimento de onda de entre 750 nm e 1400 nm, em uma temperatura em uma faixa de temperatura de 300 K a 315 K.

5. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente emite a radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 950 nm e 1300 nm, em uma temperatura na faixa de temperatura de 300 K a 315 K.

6. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente emite a radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 1050 nm e 1150 nm, em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K.

7. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente é formada de sólidos inorgânicos.

8. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o agente de contraste contém pelo menos um de CsCaCl3 dopado com Tm , CsCaBr3 dopado com Tm e CsCaI3 dopado com Tm .

9. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o agente de contraste contém TmX2, em que X é selecionado a partir de F, Cl, Br, I e At.

10. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente está sob a forma de nanocristais.

11. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a substância luminescente está sob a forma de nanocristais funcionalizados.

12. Agente de contraste de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a substância -2 ι m luminescente não contém Tm em quantidades detectáveis.

13. Agente de contraste de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a casca compreende um material que aperfeiçoa a biocompatibilidade ou um material contendo pelo menos um anticorpo.

14. Uso de um agente de contraste como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de ser para a formação de imagem óptica.

15. Método de formação de imagem óptica de tecido, que utiliza um agente de contraste como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende os estágios de: (a) contactar uma quantidade efetiva do agente de contraste com o tecido, (b) expor o tecido à radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda de entre 200 nm e 800 nm, em uma temperatura na faixa de 300 K a 315 K; (c) detectar qualquer sinal de luminescência emitido pelo tecido exposto à radiação eletromagnética, e (d) processar o(s) sinal(ais) de luminescência detectados sob a forma de uma imagem.