CN105431141A - 用于医学诊断的组合物及方法 - Google Patents

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CN105431141A CN201480034960.8A CN201480034960A CN105431141A CN 105431141 A CN105431141 A CN 105431141A CN 201480034960 A CN201480034960 A CN 201480034960A CN 105431141 A CN105431141 A CN 105431141A
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Abstract

本发明涉及用于医学诊断及患者监测的组合物和方法。更具体地，本发明涉及包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶，其中i)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体包含无机材料，该无机材料包含至少一种原子序数Z为至少25的金属元素，所述纳米粒子中的每个和所述纳米粒子聚集体中的每个覆盖有生物相容涂层；ii)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为约0.5％(w/w)或小于0.5％(w/w)；并且iii)在20℃和37℃之间测量时，包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶在2s-1下的表观粘度为约0.1Pa.s～约1000Pa.s。在使用X射线成像设备观察靶生物组织时，本发明的组合物通常允许勾画且可视化所述组织的至少40％。

Description

用于医学诊断的组合物及方法
技术领域
本发明涉及用于医学诊断及患者监测的组合物和方法。其更具体地涉及包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶，该生物相容凝胶通常用于在使用X射线成像设备观察靶生物组织时勾画(delineate)且优选还可视化靶生物组织的至少40％，其中i)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体包含无机材料，该无机材料包含至少一种原子序数Z为至少25的金属元素，所述纳米粒子中的每个和所述纳米粒子聚集体中的每个覆盖有生物相容涂层；ii)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为约0.5％(w/w)或小于0.5％(w/w)；并且iii)在20℃和37℃之间测量时，包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶在2s-1下的表观粘度为约0.1Pa.s～约1000Pa.s。
在使用X射线成像设备观察靶生物组织时，本发明的组合物通常允许勾画和可视化所述组织的至少40％、优选至少50％、甚至更优选超过50％。
背景技术
癌症的再现或复发的局部控制构成了抗癌治疗在手术和放射疗法步骤之后的关键步骤。一旦进行了肿瘤切除术，则在几种适应症中使用术后放射疗法以治疗肿瘤床，以便提高局部控制的速率，并因此降低、理想地避免肿瘤再现。早期乳腺癌临床试验者合作组(EarlyBreastCancerTrialists’CollaborativeGroup)的最近的综合分析强调了减少局部乳腺肿瘤再现的重要性，因为对于避免的每四次局部再现，就可以避免一次乳腺癌死亡。根据“保乳疗法中的基于自定义计算机断层摄影术的补量体积：临床靶体积切缘的三维组织学信息的使用(Customizedcomputedtomography-basedboostvolumesinbreast-conservingtherapy:useofthree-dimensionalhistologicinformationforclinicaltargetvolumemargins)”[IJROBP75(3):757-763(2009)]的作者，一种改进局部控制的方法是增加向肿瘤床暴露的照射剂量(补量照射)。作者提出，通过改进对肿瘤床(即补量照射应具体靶向的靶体积)的勾画，可进一步提高这一效果。
国际辐射单位和测量委员会将大体肿瘤体积(GTV)定义为恶性生长的大体的明确范围和位置。对于辅助乳腺放射疗法(手术步骤后面为放射疗法步骤)，已利用组织的可变切缘将GTV切除，剩下腔室。该腔室不是GTV，但与其相关。腔室壁被稍微不严谨地称作肿瘤床[“外束局部乳房放射疗法的靶体积清晰度：为当前的方法提供信息的临床、病理和技术研究(Targetvolumedefinitionforexternalbeampartialbreastradiotherapy:clinical,pathologicalandtechnicalstudiesinformingcurrentapproaches)”放射疗法与肿瘤学(RadiotherapyandOncology)，94255-263(2010)]。
在临床实践中，准确地鉴定肿瘤床是有挑战性的，且肿瘤床等高线中高比率的观察者间可变性被经常报道，尤其是在可视化差的切除腔室中[保乳疗法中与肿瘤尺寸有关的切除和照射的体积(ExcisedandIrradiatedVolumesinRelationtotheTumorsizeinBreast-ConservingTherapy)乳腺癌研究治疗(BreastCancerResTreat)129:857-865(2011)]。在用保乳疗法治疗的患者中，照射的术后体积(如在开始放射疗法之前在放射疗法计划CT扫描上所勾画的)在多数情况下不是清楚可见的，并且经常使用腔室可视化分数来评估照射的术后体积鉴定的品质。
同样地，对于前列腺癌，EORTC放射肿瘤学组(EORTCRadiationOncologyGroup)已经为术后放射疗法中的靶体积清晰度做出了建议，给出了用于将靶体积清晰度和勾画标准化以及将临床品质保障工序标准化的指南；“前列腺癌术后放射疗法中的靶体积清晰度的指南，以EORTC放射肿瘤学组的名义(Guidelinesfortargetvolumedefinitioninpost-operativeradiotherapyforprostatecancer,onbehalfoftheEORTCRadiationOncologyGroup)”[放射疗法与肿瘤学(Radiotherapy&Oncology)，84121-127(2007)]的作者特别参考了如下研究：其中当五(5)个不同的放射肿瘤学家为八(8)个不同的患者进行时，观察到了在前列腺癌术后放射疗法中靶体积勾画的高的观察者间可变性(在医师之间变化的CTV，对于对应于最小差异的患者为39～53cm3，对于对应于最大差异的患者为16～69cm3)。
在“在乳腺癌患者中使用手术夹钳和图像配准改进肿瘤床补量的清晰度(Improvingthedefinitionofthetumorbedboostwiththeuseofsurgicalclipsandimageregistrationinbreastcancerpatients)”[国际放射肿瘤学生物物理学杂志(Int.J.RadiationOncologyBiol.Phys.)，第78卷(5)；1352-1355(2010)]中报道的评价补量技术准确性的研究显示，在肿瘤切除术期间使用不透射线夹钳，通常使用3个以上的夹钳，增加了肿瘤床勾画的准确性(参见图1)。然而，仍有关于基于CT/夹钳的TB勾画的准确性问题。夹钳仅限定位于切除腔室壁中的点，使得必须将组织密度和变形考虑在内，由插值得出剩余肿瘤组织-切除腔室的界面。
有趣的是，关于乳房肿瘤切除术后肿瘤床中的体积变化大小的报道表明，在放射线疗法或放射疗法(RT)之前和期间有显著的肿瘤床体积变化[“动态肿瘤床：保乳疗法期间乳房肿瘤切除术腔室的体积变化(Thedynamictumorbed:volumetricchangesinthelumpectomycavityduringbreastconservingtherapy)”国际放射肿瘤学生物物理学杂志(Int.J.RadiationOncologyBiol.Phys.)，第74卷(3)：695-701(2009)]。三十六(36)个患者参与了该研究，有Tis(10个)、T1(24个)和T2(2个)乳腺肿瘤。三十(30)个患者在乳房肿瘤切除术后接受整个乳房照射，然后是10Gy的补量剂量。六(6)个患者用部分乳房照射处理。在开始治疗计划的整个乳房照射之前和在递送肿瘤床补量之前，在手术后不久获得乳房的治疗计划CT扫描。用部分乳房照射处理的患者仅术后接受扫描和在肿瘤床治疗前接受扫描。
在术后扫描和第二次扫描之间的间隔(中值间隔，3周)期间，肿瘤床体积降低49.9％的中值。在计划扫描和补量扫描之间(中值间隔，7周)，中值肿瘤床体积降低44.6％。
由于计划化疗而经历手术和RT之间的延迟(中值间隔，23周)的八(8)个患者的亚组，在术后扫描和计划扫描之间的间隔期间具有60.3％的肿瘤床体积的中值减少。当在整个患者集合的情况下评价该大小和变化率数据时，观察到的结果建议，肿瘤床体积在紧接着手术的数周中更加快速地降低，然后达到相对的平台。
根据作者，大的体积变化对计划体积、剂量学、或临床参数如局部控制或美容效果的影响是将来理论研究的重要区域，如果在具有在RT过程期间显著收缩的肿瘤床的患者中使用单个计划扫描来对补量临床靶体积(CTV)做计划，则周围的正常组织接受不必要的会产生更差的美容效果和更晚的不良效果的额外放射。相反地，如果在手术很久以后进行单个计划扫描，则减小的肿瘤床体积可实际上导致低估真实肿瘤床或手术肿瘤污染的区域。
WO2011/084465涉及对由癌组织的手术摘除留下的组织空隙进行稳定化和可视化。根据发明人，相比于使用提供位点切缘的差分辨率的夹钳，保形填充方法是相当大的改进。所述的移植物可被配制成是稳定的直到不再需要，然后生物降解。根据WO2011/084465，水凝胶的移植导致平均腔室体积的增加。因此，当使用标准切缘时，水凝胶倾向于增加正常组织放射剂量。因此，为了降低正常组织放射剂量，需要减小的切缘扩张。
如由以上内容可容易理解的，仍清楚地需要改进术后肿瘤床的勾画。
发明内容
本发明人现在提供了一种有益的组合物，该组合物显著地改进了靶组织勾画、特别是肿瘤床勾画，而不影响靶组织体积变化，通常在考虑肿瘤床时，不影响肿瘤床体积变化或不影响乳房肿瘤切除术后组织重构。在本发明的上下文中，肿瘤床是覆盖肿瘤切除后获得的腔室的组织。
第一目的涉及包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶，该生物相容凝胶通常用于在使用X射线成像设备观察靶生物组织时勾画且优选还可视化靶生物组织的至少40％，其中i)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体包含无机材料，该无机材料包含至少一种原子序数Z为至少25的金属元素，所述纳米粒子中的每个和所述纳米粒子聚集体中的每个覆盖有生物相容涂层；ii)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为约0.5％(w/w)或小于0.5％(w/w)；并且iii)在20℃和37℃之间测量时，包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶在2s-1下的表观粘度为约0.1Pa.s～约1000Pa.s。
根据本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶有利地允许，在使用X射线成像设备观察靶生物组织时，勾画和可视化所述靶生物组织的至少40％、优选至少50％、甚至更优选超过50％。
靶生物组织通常为肿瘤床。
无机纳米粒子
在本说明书中，术语“纳米粒子”、“纳米粒子聚集体”和“粒子”被无区别地使用。
在本发明的上下文中，术语“纳米粒子”或“纳米粒子聚集体”是指尺寸在纳米范围内、通常为1nm～500nm的产品，特别是合成产品。
纳米粒子的尺寸和其结构和组成可从X射线衍射图进行分析。
术语“纳米粒子的聚集体”或“纳米粒子聚集体”是指纳米粒子彼此强有力地、通常共价地结合的集体。
术语“纳米粒子的尺寸”或“纳米粒子聚集体的尺寸”和“纳米粒子的最大尺寸”或“纳米粒子聚集体的最大尺寸”在本文中是指“纳米粒子的最大维度”或“纳米粒子聚集体的最大维度”或“纳米粒子的直径”或“纳米粒子聚集体的直径”。透射电子显微镜法(TEM)可被用于测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸。同样，动态光散射(DLS)可被用于测量纳米粒子或纳米粒子聚集体在溶液中的流体动力学直径。这两种方法可还在彼此之后使用以比较尺寸测量和确认所述尺寸。
如在本文中定义的纳米粒子或纳米粒子聚集体的最大维度通常为约5nm～约250nm，优选为约10nm～约100nm或约200nm，甚至更优选为约20nm～约150nm。
因为粒子的形状可影响其“生物相容性”，因此优选具有相当均匀的形状的粒子。出于药代动力学原因，因此优选形状基本上为球形、圆形或卵形的纳米粒子或纳米粒子聚集体。这种形状也有利于纳米粒子或纳米粒子聚集体与细胞的相互作用或被细胞摄取。特别优选球形或圆形形状。
通常，最大维度是圆形或球形形状的纳米粒子或纳米粒子聚集体的直径，或者是卵形或椭圆形形状的纳米粒子或纳米粒子聚集体的最大长度。
用来制备纳米粒子或纳米粒子聚集体的无机材料通常包含至少一种金属元素，通常为原子序数Z为至少25的金属元素。无机材料可还包含几种金属元素，通常两种金属元素。
在一个特定实施方式中，纳米粒子或纳米粒子聚集体存在于无机材料，所述无机材料包含单个的金属元素或金属元素的混合物。
无机材料优选是有效原子序数(Z有效)为至少25、优选为至少40或41、更优选为至少50或51、更优选为至少60、61、62或甚至63的材料。
有效原子序数是与原子序数相似的术语，但被用于化合物(例如水)和不同材料(例如组织和骨骼)的混合物而不是用于原子。有效原子序数计算了化合物或材料的混合物的平均原子序数。其简写为Z有效。
通过取化合物中各原子的分数比例且将该分数比例乘以所述原子的原子序数来计算有效原子序数。有效原子序数Z有效的公式如下：
其中
fn是与各元素相关的电子总数的分数，且
Zn是各元素的原子序数。
原子序数(也称作质子序数)是在原子的核中发现的质子的数目。其习惯上由符号Z表示(在本文中也表示为Zn)。原子序数唯一地鉴定化学元素。在中性电荷的原子中，原子序数等于电子的数目。
一个实例是由两个氢原子(Z＝1)和一个氧原子(Z＝8)组成的水(H2O)的有效原子序数。电子的总数为1+1+8＝10。对应于所述两个氢的电子的分数为2/10，且对应于所述唯一氧原子的电子的分数为(8/10)。因此，水的Z有效为：
Z有效参与纳米粒子的入射辐射吸收能力。
构成纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的无机材料通常选自金属、氧化物、硫化物及其混合物。通常，该无机材料包含至少一种原子序数Z为至少25的金属元素。
当构成纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的无机材料是氧化物时，该氧化物可选自：例如氧化铁(Fe3O4或Fe2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(IV)(CeO2)、氧化钕(III)(Nd2O3)、氧化钐(III)(Sm2O3)、氧化铕(III)(Eu2O3)、氧化钆(III)(Gd2O3)、氧化铽(III)(Tb2O3)、氧化镝(III)(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(III)(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(lu2O3)、氧化铪(IV)(HfO2)、氧化钽(V)(Ta2O5)、氧化铼(IV)(ReO2)、氧化铋(III)(Bi2O3)。
在一个特定实施方式中，氧化物的混合物还可被用作制备本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的无机材料。因此，本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可包含或存在于氧化物的混合物。
当构成纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的无机材料是金属时，该金属可选自：例如金金属(Au)、银金属(Ag)、铂金属(Pt)、钯金属(Pd)、锡金属(Sn)、钽金属(Ta)、镱金属(Yb)、锆金属(Zr)、铪金属(Hf)、铽金属(Tb)、铥金属(Tm)、铈金属(Ce)、镝金属(Dy)、铒金属(Er)、铕金属(Eu)、钬金属(Ho)、铁金属(Fe)、镧系金属(La)、钕金属(Nd)、镨金属(Pr)和镥金属(Lu)。如前所述，在一个特定实施方式中，金属的混合物还可被用作制备本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的无机材料。
因此，本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可包含或存在于金属的混合物。
当构成纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的无机材料是硫化物时，该硫化物可选自：例如硫化银(Ag2S)、硫化铋(Bi2S3)、硫化铁(Fe3S4)。在一个特定实施方式中，硫化物的混合物还可被用于制备本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体。因此，本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可包含或存在于硫化物的混合物。
氧化物的混合物、金属的混合物和/或硫化物的混合物可被用于制备本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体。因此，本发明的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可包含或存在于氧化物、金属和/或硫化物的混合物。
可在本发明的上下文中有利地使用的纳米粒子的一个实例是覆盖有氧化铪材料的金金属纳米粒子。
在一个优选的实施方式中，在本发明的上下文中使用的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可用选自显示出位阻基团的试剂的生物相容材料进行涂覆。这种基团可例如选自：聚乙二醇(PEG)；聚环氧乙烷；聚乙烯醇；聚丙烯酸酯；聚丙烯酰胺(聚(N-异丙基丙烯酰胺))；聚脲；生物聚合物；多糖如葡聚糖、木聚糖和纤维素；胶原；和两性离子化合物如聚磺基甜菜碱；等。
在另一个优选实施方式中，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可用选自允许与生物靶相互作用的试剂的生物相容材料进行涂覆。这种试剂可通常在纳米粒子的表面上带来正或负电荷。通过通常对纳米粒子和/或纳米粒子聚集体悬浮液实施的ζ-电位测量测定该电荷，所述悬浮液的浓度在0.2～10g/L变化，所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体悬浮在pH为6～8的水性介质中。
在纳米粒子表面上形成正电荷的试剂可为例如氨基丙基三乙氧基硅烷或聚赖氨酸。在纳米粒子表面上形成负电荷的试剂可为例如磷酸盐(例如多磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐等)、羧酸盐(例如柠檬酸盐或二元羧酸，特别是琥珀酸)或硫酸盐。
有利地，涂层保存了纳米粒子和/或纳米粒子聚集体在体内的完整性，保障或改进了其生物相容性，和促进了其任选的功能化(例如利用间隔子分子、生物相容聚合物、靶向试剂、蛋白等)。
根据本发明的一种特定的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体还可包含至少一种允许其与靶细胞上存在的识别成分相互作用的靶向试剂。通常，一旦纳米粒子和/或纳米粒子聚集体勾画了靶点，则这种靶向试剂就起作用。靶向试剂可以为对人类或动物身体中存在的分子显示亲和力的任何生物或化学结构。例如，其可以为肽，寡肽或多肽，蛋白，核酸(DNA、RNA、SiRNA、tRNA、miRNA等)，激素，维生素，酶，由病理细胞表达的分子的配体，特别是肿瘤抗原的配体，激素受体，细胞因子受体或生长因子受体。所述靶向试剂可选自如LHRH、EGF、叶酸、抗-B-FN抗体、E-选择素/P-选择素、抗-IL-2Rα抗体、GHRH等。
生物相容凝胶
主要通过由于i)温度和pH变化以及ii)金属离子的存在导致形成分子间键而获得天然聚合物凝胶。因此，在形成凝胶期间，发生可逆的溶液-凝胶转变。
另一方面，合成凝胶由通过共价键或其它物理键连接的聚合物链构成。这些结构通常导致不可逆凝胶形成。
凝胶的性质受网络结构和溶剂两者的影响。当凝胶浸入良溶剂中时溶胀。水凝胶是通常在水性环境中溶胀的凝胶。
根据本发明的优选生物相容凝胶是生物相容水凝胶。
用于医学应用的聚合物是要生物相容的，即在与身体接触，例如与内部器官或任何其它生物系统接触时，它们不应引起炎症和/或不良反应。
可用于形成生物相容凝胶的典型聚合物可选自：聚亚乙基亚胺(PEI)；聚乙二醇(PEG)；聚丙二醇(PPG)；多糖，其包括例如纤维素衍生物(例如甲基纤维素，羧甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基纤维素)、透明质酸衍生物、壳聚糖、葡聚糖等；聚(丙烯酰胺)衍生物；聚(乳酸)(PLA)衍生物；聚(丙烯酸)(PAA)衍生物；聚(乳酸-共-羟基乙酸)(PLGA)衍生物；聚乙烯醇(PVA)；聚(乙烯基吡咯烷酮)；聚氰基丙烯酸烷基酯衍生物；胶原衍生物；聚(谷氨酸)(PGA)；和明胶。生物相容凝胶可由本文中鉴定的聚合物的任何混合物构成。
可被有利地用于制备生物相容水凝胶的优选聚合物可选自多糖家族，该多糖家族包括i)纤维素衍生物，通常为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和ii)透明质酸家族的成员或其衍生物。
为了形成根据本发明的生物相容凝胶而要分散在溶剂中的聚合物的数量通常为0.1％～50％(按重量计的重量w/w)，更优选为0.5％～40％，通常为0.5％～35％，或为0.5％～25％，甚至更优选为约1％、约2％，或者为约3％和约15％或约20％(w/w)。
当生物相容凝胶是水凝胶时，溶剂通常为水性介质。
包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶在2s-1下的表观粘度在20℃～37℃的温度下为约0.1Pa.s～约1000Pa.s，优选为1Pa.s～750Pa.s，通常为5Pa.s～500Pa.s或5Pa.s～300Pa.s。通常，在20℃和37℃下，使用Couette流变仪(MODELRM200，LAMYRheology)，在处于0.1s-1～300s-1的剪切速率的给定范围上进行粘度测量。表观粘度在2s-1下报告。
对于每个样品，遵循标准DINISO3219建议，利用合适的纺锤，在至少25ml的体积上进行测量。
交互粒子-凝胶
在根据本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶中，各纳米粒子或纳米粒子聚集体包含或存在于无机材料，通常是包含至少一种原子序数Z为至少25的金属元素的无机材料，且各纳米粒子或纳米粒子聚集体有利地覆盖有生物相容涂层。
在凝胶内的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体浓度为约0.5％(w/w)或小于0.5％(w/w)。在一个优选的实施方式中，在凝胶内的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体浓度为约0.15％～0.5％(w/w)，通常为0.2％～0.5％(w/w)。例如，在凝胶内的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体浓度等于约0.2％、0.4％或0.5％(w/w)。
在纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与形成生物相容凝胶的聚合物之间不存在任何强的相互作用(强相互作用通常为共价作用)是保障所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体实际上从凝胶释放以便它们正确地勾画肿瘤床的重要特征。
通常，通过如上所述在20℃和37℃下测定包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶的粘度，和通过将获得的粘度曲线与既不包含纳米粒子又不包含纳米粒子聚集体的凝胶的粘度曲线相比较，可以确证在粒子与形成生物相容凝胶的聚合物之间不存在强的相互作用。相似的粘度曲线(即彼此的值相差不多于20％，通常相差不多于15％)确认在纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与凝胶之间不存在强的相互作用。
生物组织和肿瘤床勾画及可视化
本发明的生物相容凝胶可被用于许多领域，特别是用于人类或兽类医学。如在本文中描述的根据本发明的生物相容凝胶，优选用于哺乳动物，甚至更优选用于人类，以优选当使用X射线成像设备如CT扫描仪时，勾画、通常勾画和可视化靶组织，特别是勾画和可视化肿瘤床。
典型用于肿瘤床可视化和治疗计划(即合适的放射疗法的计划)的方法包括临床方法如：i)利用触诊和/或手术疤痕计划；ii)将手术前成像发现(通常为乳房摄影术)、临床病史和/或手术报告考虑在内而计划；iii)如由技术人员所知的，通常包括放射疗法、计算机断层摄影术(CT)、正电子发射断层摄影术(PET)或磁共振成像(MRI)的计划。使用X射线如CT扫描仪的医学成像技术是确定肿瘤床治疗计划的常用技术。
计算机断层摄影术(CT)成像基于不同组织的X射线可变吸收，并提供横断面图像。术语“断层摄影术”(tomography)来自译为“切片”或“截面”的希腊术语“断层”(tomos)和译为“素描术”的“摄影术”(graphe)。CT成像系统产生体内的骨骼和软组织的横断面图像。可将CT图像组合以产生3D图像。
在本发明的上下文中使用的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体包含或存在于优选包含至少一种原子序数为至少25的金属元素的无机材料。纳米粒子本质上是不透射线的(即它们吸收X射线)且可通常通过放射摄影术或计算机断层摄影术而容易地可视化。
当暴露于通常由CT扫描仪递送的X射线时，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体由于靶生物组织与粒子的电子密度的差异而在CT图像中产生显著的对比。
豪恩斯菲尔德(Hounsfield)数是在计算机断层照片中的像素(图像元素)的计算的X射线吸收系数的归一化值。该数以豪恩斯菲尔德单位(HU)表示。空气的CT数为-1000(HU＝-1000)并且水的CT数为0(HU＝0)。对于具有高的Z有效的无机粒子，通常在约150的HU值发生组织和粒子之间的分离。在通常120高达至200的HU值以上，不再能测量软组织密度。
i)通过在目标生物组织(靶组织)上沉积或ii)通过优选在手术(肿瘤切除)时，填充通常在肿瘤切除术后留下的腔室，可向受试者施用本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶。
纳米粒子或纳米粒子聚集体从凝胶释放，并然后沉积在靶组织上，优选沉积在肿瘤床上。
优选地，纳米粒子或纳米粒子的聚集体沉积在靶组织上通常24小时到小于1月、优选24小时到3周、更优选24小时到2周，以便允许完美和持久的靶组织勾画。这种勾画通常在任何进一步治疗计划的情况下将有较高价值。
当要用根据本发明的凝胶填充腔室时，凝胶可填充腔室体积的至少10％、优选腔室体积的20％、甚至更优选多于腔室体积的30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。还可用这种凝胶填充腔室体积的100％。
当适合时，可以进行凝胶的重复施用。
由根据本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子的聚集体的凝胶所允许的靶组织的勾画可通常使用X射线医学成像设备、更优选CT扫描仪来进行可视化。术语“勾画”是指纳米粒子或纳米粒子的聚集体i)覆盖靶组织的至少约40％，优选至少约50％，甚至更优选多于约50％、60％、70％、80％、90％或约95％；和优选ii)在靶组织的表面上形成厚度为100μm～0.5cm、例如为500μm～0.5cm的层。在该层内的豪恩斯菲尔德(HU)数为至少120HU。理想地，纳米粒子或纳米粒子的聚集体覆盖靶组织的99％或甚至100％。
还在本文中描述的是在受试者中勾画肿瘤床的方法，这种勾画允许随后使用X射线成像设备可视化所述肿瘤床，其中所述方法包括优选在手术(肿瘤切除)时，通常通过将凝胶沉积到肿瘤床中，将受试者的肿瘤床暴露于根据本发明的包含纳米粒子或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶(如本文中描述的)，以便在沉积后24小时到小于1月、优选24小时到3周、更优选24小时到2周的延迟获得肿瘤床的勾画。然后，通过使用X射线成像设备，可将肿瘤床勾画可视化。
本发明可被用于勾画任何类型的恶性实体瘤的肿瘤床，特别是上皮、神经外胚层或间叶细胞来源、以及只要关系到淋巴结的淋巴癌的肿瘤床。
在本文中描述的包含纳米粒子和/或纳米粒子的聚集体的生物相容凝胶特别旨在用于癌症治疗方案的如下情况中：其中放射疗法是经典的辅助治疗，或者是用于特定受试者的最合适的辅助治疗，或其中放射疗法可被指作辅助治疗。这种癌症可特别选自：皮肤癌，包括与AIDS相关的恶性新生物、黑素瘤；鳞癌；中枢神经系统肿瘤，包括脑、小脑、垂体、脊髓、脑干、眼和眼眶；头颈肿瘤；肺癌；乳腺癌；胃肠道肿瘤，例如肝和肝胆管癌，结肠、直肠和肛癌，胃、胰腺、食管癌；雄性泌尿生殖器肿瘤，例如前列腺、睾丸、阴茎和尿道癌；妇科肿瘤，例如子宫颈、子宫内膜、卵巢、输卵管和阴道和外阴癌；肾上腺和后腹腔肿瘤；骨骼和软组织的肉瘤，与局部化无关；和儿科肿瘤，例如Wilm肿瘤、成神经细胞瘤、中枢神经系统肿瘤、尤文氏肉瘤等。
本发明的另一个目的涉及试剂盒，所述试剂盒包含根据本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶(如本文中描述的)，以及任选的治疗剂。在特定的实施方式中，所述试剂盒在不同的容器中包含如本文中描述的生物相容凝胶和如本文中描述的纳米粒子或纳米粒子聚集体的悬浮液(其打算在原位即在靶点上，或在靶点上沉积混合物之前离体接触、通常混合)。
因此，在本文中进一步描述了包含如在本文中描述的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶的试剂盒，其中生物相容凝胶和纳米粒子和/或纳米粒子聚集体在不同的容器中。
以下实施例示出本发明而不限制其范围。
附图说明
图1：使用夹钳勾画肿瘤组织
来自“在乳腺癌患者中使用手术夹钳和图像配准改进肿瘤床补量的清晰度”[国际放射肿瘤学生物物理学杂志，第78卷(5)；1352-1355(2010)]。肿瘤床体积勾画：大体肿瘤体积(GTV)(红色)；临床靶体积(CTV)夹钳＝全部夹钳具有0.5-cm的切缘；计划靶体积(PTV)(绿色)＝GTV+CTV夹钳+0.5-cm的侧面和1-cm的上下切缘。
图2：在凝胶沉积到肿瘤切除术后留下的腔室中15分钟(<30分钟)、3天和7天后获取的CT图像，其显示使用包含存在于氧化铪的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(0.4％w/w)的由甲基纤维素(4％w/w)组成的生物相容水凝胶进行肿瘤床的勾画。在凝胶沉积到肿瘤床中之前，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体已经与凝胶混合。
图3：在凝胶沉积到肿瘤切除术后留下的腔室中15分钟(<30分钟)、3天和7天后获取的CT图像，其显示使用包含存在于氧化铪的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(0.2％w/w)的由甲基纤维素(4％w/w)组成的生物相容水凝胶进行肿瘤床的勾画。在凝胶沉积到肿瘤床中之前，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体已经与凝胶混合。
图4：在凝胶沉积到肿瘤切除术后留下的腔室中15分钟(<30分钟)、2天和7天后获取的CT图像，其显示使用包含存在于氧化铪的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(0.4％w/w)的由甲基纤维素(4％w/w)组成的生物相容水凝胶进行肿瘤床的勾画。在手术时将纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入凝胶中。
实施例
实施例1：生物相容氧化铪(HfO2)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体，使用六偏磷酸钠作为涂层试剂。
将四甲基氢氧化铵(TMAOH)溶液添加至HfCl4溶液。进行TMAOH溶液的添加直到最终悬浮液的pH达到7～13的pH为止。获得了白色沉淀。
将沉淀进一步转移到高压灭菌器中并在120℃～300℃的温度下加热以进行结晶化。在冷却后，使用去离子水洗涤悬浮液。
然后将六偏磷酸钠添加至该洗涤的悬浮液并且pH调节至6～8的pH。
在体外或体内实验之前，进行纳米粒子或纳米粒子聚集体悬浮液的灭菌。
实施例2：具有不同尺寸的金纳米粒子的合成和物理化学表征。
通过在水溶液中用柠檬酸钠还原氯化金获得金纳米粒子。方案改编自G.Frens自然物理科学(NaturePhysicalScience)241(1973)21。
在一个典型实验中，将HAuCl4溶液加热至沸腾。随后，添加柠檬酸钠溶液。在所得溶液在沸腾下维持另外5分钟的时间。
通过小心地调整柠檬酸盐对金前体的比，将纳米粒子的尺寸从15nm高达至105nm进行调整(参见表1)。
然后，使用过滤装置，利用30kDa的纤维素膜，将制备的金纳米悬浮液进行浓缩。
最终，在层流柜下通过0.22μm的截止膜过滤器过滤所得悬浮液，并在4℃下储存。
通过使用透射电子显微镜(TEM)并通过考虑各粒子的最长的纳米粒子维度，在多于200个粒子上确定粒度。
表1：
实施例3：在凝胶沉积在肿瘤床上之前，将生物相容氧化铪纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(0.4％w/w)并入凝胶内。
将一定体积的来自实施例1的生物相容HfO2纳米粒子的水性悬浮液添加至一定体积的凝胶，通常聚合物(甲基纤维素)的浓度处于3.5％w/w～4.5％w/w。对HfO2纳米粒子的悬浮液与凝胶之间的体积比进行调节以达到0.4％(w/w)的凝胶内最终HfO2纳米粒子浓度。通常利用磁性搅拌子或抹刀轻轻地混合这样获得的制剂。
实施例4：在凝胶沉积在肿瘤床上之前，将生物相容氧化铪纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(0.2％w/w)并入凝胶内。
将一定体积的来自实施例1的生物相容HfO2纳米粒子的水性悬浮液添加至一定体积的凝胶，通常聚合物(甲基纤维素)的浓度处于3.5％w/w～4.5％w/w。对HfO2纳米粒子的悬浮液与凝胶之间的体积比进行调节以达到0.2％(w/w)的凝胶内最终HfO2纳米粒子浓度。通常利用磁性搅拌子或抹刀轻轻地混合这样获得的制剂。
实施例5：通过计算机断层摄影术(CT)，对当使用来自实施例3的包埋在水凝胶中的纳米粒子时获得的“肿瘤床”勾画的品质进行评估。
该实验的目的是，通过CT(计算机断层摄影术)，对通过纳米粒子(NP)的“肿瘤床”勾画的品质进行评估。
将来自实施例3的试验凝胶移植(沉积)到通过切除BALB/cJRj小鼠中的EMT-6异位移植瘤(乳腺肿瘤细胞)而留下的腔室中。
在将凝胶移植到通过切除肿瘤留下的腔室中15分钟(<30分钟)、3天和7天后进行CT分析，以便对随时间在肿瘤床中被纳米粒子和/或纳米粒子聚集体占据的体积进行评价。为此，在手术腔室周围进行人工分割(目标区域(ROI))。然后，对于全部小鼠，在手术腔室内进行高于120HU的阈值，以便对纳米粒子或纳米粒子聚集体的存在进行评价，和对由那些纳米粒子或纳米粒子聚集体占据的位置和体积两者进行评估。图2呈现了在手术和凝胶移植7天后就显示多于50％的腔室勾画的CT图像。
实施例6：通过计算机断层摄影术(CT)，对当使用来自实施例4的包埋在水凝胶中的纳米粒子时获得的“肿瘤床”勾画的品质进行评估。
该实验的目的是，通过CT(计算机断层摄影术)，对通过纳米粒子(NP)的“肿瘤床”勾画的品质进行评估。
将来自实施例4的试验凝胶移植(沉积)到通过切除BALB/cJRj小鼠中的EMT-6异位移植瘤(乳腺肿瘤细胞)而留下的腔室中。
在将凝胶移植到通过切除肿瘤留下的腔室中15分钟(<30分钟)、3天和7天后进行CT分析，以便对随时间在肿瘤床中被纳米粒子和/或纳米粒子聚集体占据的体积进行评价。为此，在手术腔室周围进行人工分割(目标区域(ROI))。然后，对于全部小鼠，在手术腔室内进行高于120HU的阈值，以便对纳米粒子或纳米粒子聚集体的存在进行评价，和对由那些纳米粒子或纳米粒子聚集体占据的位置和体积两者进行评估。图3呈现了在手术和凝胶移植7天后就显示多于50％的腔室勾画的CT图像。
实施例7：凝胶制备
通常用水中浓度处于3.5％w/w～4.5％w/w的聚合物(甲基纤维素)形成凝胶。通常利用磁性搅拌子或抹刀轻轻地混合这样获得的制剂。
实施例8：通过计算机断层摄影术(CT)，对在手术时使用来自实施例7的包埋在凝胶内的生物相容氧化铪纳米粒子和/或纳米粒子聚集体时获得的“肿瘤床”勾画的品质进行评估。
该研究的目的是，通过CT(计算机断层摄影术)，对通过纳米粒子(NP)的“肿瘤床”勾画的品质进行评估。
将来自实施例7的试验凝胶移植(沉积)到通过切除BALB/cJRj小鼠中的EMT-6异位移植瘤(乳腺肿瘤细胞)而留下的腔室中。
就在其移植前，通过注射器将来自实施例1的氧化铪纳米粒子的悬浮液添加到凝胶中，以达到(0.4％w/w)的最终浓度。
在将凝胶移植到通过切除肿瘤留下的腔室中15分钟(<30分钟)、2天和7天后进行CT分析，以便对随时间在肿瘤床中被纳米粒子和/或纳米粒子聚集体占据的体积进行评价。为此，在手术腔室周围进行人工分割(目标区域(ROI))。然后，对于全部小鼠，在手术腔室内进行高于120HU的阈值，以便对纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的存在进行评价，和对由那些纳米粒子和/或纳米粒子聚集体占据的位置和体积两者进行评估。图4呈现了在手术和凝胶移植7天后就显示约80％的腔室勾画的CT图像。
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Claims (9)

1.一种包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶，所述生物相容凝胶用于在使用X射线成像设备观察靶生物组织时勾画且可视化所述靶生物组织的至少40％，其中i)所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体包含无机材料，所述无机材料包含至少一种原子序数Z为至少25的金属元素，所述纳米粒子中的每个和所述纳米粒子聚集体中的每个覆盖有生物相容涂层；ii)所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为约0.5％(w/w)或小于0.5％(w/w)；并且iii)在20℃和37℃之间测量时，包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶在2s-1下的表观粘度为约0.1Pa.s～约1000Pa.s。
2.根据权利要求1所述的生物相容凝胶，其中所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为约0.15％～约0.5％(w/w)。
3.根据权利要求1或2所述的生物相容凝胶，其中所述无机材料是金属、氧化物、硫化物或其任何混合物。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的生物相容凝胶，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体还包含至少一种靶向试剂。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的生物相容凝胶，其中所述凝胶是水凝胶。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的生物相容凝胶，其中所述X射线成像设备是CT扫描仪。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的生物相容凝胶，其中所述生物组织是肿瘤床。
8.根据权利要求7所述的生物相容凝胶，其中所述肿瘤床是覆盖在肿瘤切除术后获得的腔室的组织。
9.一种试剂盒，所述试剂盒包含根据权利要求1至8中的任一项所述的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容凝胶，其中所述生物相容凝胶和所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体在不同的容器中。
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