CN105431174A - 用于肿瘤学的组合物和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于医学诊断和患者监测，通常在治疗背景下、尤其是在肿瘤学背景下用于优化肿瘤床局部辐射的组合物和方法。更具体来说，本发明涉及一种包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，其中i)每个纳米粒子和每个纳米粒子聚集体的密度为至少7g/cm³，所述纳米粒子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、更优选为至少40的金属元素，每个所述纳米粒子和所述纳米粒子聚集体覆盖有生物相容性涂层；ii)所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为至少约1％(w/w)；并且iii)当在20℃至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下的表观粘度在约0.1Pa.s至约1000Pa.s之间。

Description

用于肿瘤学的组合物和方法

技术领域

本发明涉及用于医学诊断和患者监测，通常在治疗背景下、尤其是在肿瘤学背景下用于优化肿瘤床局部辐射的组合物和方法。更具体来说，本发明涉及一种包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，其中i)每个纳米粒子和每个纳米粒子聚集体的密度为至少7g/cm³，所述纳米粒子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、更优选为至少40的金属元素，每个所述纳米粒子和所述纳米粒子聚集体覆盖有生物相容性涂层；ii)所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为至少约1％(w/w)；并且iii)当在20℃至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下的表观粘度在约0.1Pa.s至约1000Pa.s之间。

本发明的组合物通常允许改进手术后肿瘤床的轮廓勾画(delineation)，以便优化其辐射。

背景技术

癌症疾病的重现或复发的局部控制构成了手术和放疗步骤后抗癌治疗的关键步骤。术后放疗在几种适应症中被用于在一旦进行肿瘤切除术后治疗肿瘤床，以便提高局部控制率并因此减少、理想情况下避免肿瘤重现。早期乳腺癌试验协作组(EarlyBreastCancerTrialists’CollaborativeGroup)最近的元分析强调了减少局部乳腺肿瘤重现的重要性，因为每避免四例局部重现，可以避免一例乳腺癌死亡。根据“保乳疗法中个人定制的基于计算机断层扫描的增加体积：将三维组织学信息用于临床靶体积边缘(Customizedcomputedtomography-basedboostvolumesinbreast-conservingtherapy:useofthree-dimensionalhistologicinformationforclinicaltargetvolumemargins”[IJROBP75(3):757-763(2009)])的作者，一种提高局部控制的方法是提高肿瘤床所暴露的辐射剂量(即增强辐射)。作者增加了一条，即这种效应可以通过改进肿瘤床(即增强辐射应该具体靶向的靶体积)的轮廓勾画来进一步提高。

国际辐射单位和计量委员会(InternationalCommissiononRadiationUnitsandMeasurements)将大体肿瘤体积(GTV)定义为恶性生长的大体可证实范围和位置。对于辅助乳腺放疗(手术步骤后跟随有放疗步骤)来说，GTV已与可变的组织边缘一起被切除，留下空腔。所述空腔不是GTV，但是与它相关。空腔壁多少有些随意地被称为肿瘤床[“外部波束部分乳腺放疗的靶体积定义：为现行方法提供信息的临床、病理学和技术研究”(Targetvolumedefinitionforexternalbeampartialbreastradiotherapy:clinical,pathologicalandtechnicalstudiesinformingcurrentapproaches)，RadiotherapyandOncology94255-263(2010)]。

在临床实践中，准确鉴定肿瘤床是富有挑战性的，并且在肿瘤床轮廓确定中常常报道高比率的观察者间变化性，特别是在可视化不良的切除空腔中[“保乳疗法中被切除和辐射的体积与肿瘤尺寸相关”(ExcisedandIrradiatedVolumesinRelationtotheTumorsizeinBreast-ConservingTherapy)，BreastCancerResTreat129:857-865(2011)]。在使用保乳疗法治疗的患者中，被辐射的术后体积(正如在放疗开始之前在计划CT扫描的放疗上所勾画的)在大多数情况下不是清晰可见的，并且通常使用空腔可视化分值来评估被辐射的术后体积鉴定的质量。

同样地，对于前列腺癌来说，EORTC放射肿瘤学组(EORTCRadiationOncologyGroup)已推荐了术后放疗中的靶体积定义，提出了用于靶体积定义和轮廓勾画的标准化以及临床质量保证程序的标准化的指导方针；“代表EORTC放射肿瘤学组的前列腺癌术后放疗中的靶体积定义的指导方针”(Guidelinesfortargetvolumedefinitioninpost-operativeradiotherapyforprostatecancer,onbehalfoftheEORTCRadiationOncologyGroup)[Radiotherapy&Oncology84121-127(2007)]的作者特别提到了一项研究，在所述研究中，当由5位不同放射肿瘤学家对8位不同患者进行检查时，观察到前列腺癌术后放疗中靶体积轮廓勾画的高的观察者间变化性(在医生之间，CTV对于变化性最小的患者来说在39至53cm³之间变化，对于变化性最大的患者来说在16至69cm³之间变化)。

在“在乳腺癌患者中使用外科夹钳和图像配准来改进肿瘤床增强的确定”(Improvingthedefinitionofthetumorbedboostwiththeuseofsurgicalclipsandimageregistrationinbreastcancerpatients)[Int.J.RadiationOncologyBiol.Phys.Vol78(5)；1352-1355(2010)]中报道的一项评估增强技术的准确性的研究显示，在肿瘤切除期间使用不透射线的夹钳、通常使用3把或更多把夹钳，提高了肿瘤床轮廓勾画的准确性(参考图1)。然而，在基于CT/夹钳的TB轮廓勾画的准确性方面仍存在问题。夹钳仅仅确定了位于切除空腔壁上的点，使得必须将组织密度和扭曲考虑在内，通过内推法来推演其余的肿瘤组织切除空腔界面。

有趣的是，一项关于乳房肿瘤切除术后肿瘤床中体积变化的量级的报告，证实了在辐射疗法或放疗(RT)之前和期间显著的肿瘤床体积变化[“动态的肿瘤床：在保乳疗法期间乳房肿瘤切除术空腔中的体积变化”(Thedynamictumorbed:volumetricchangesinthelumpectomycavityduringbreastconservingtherapy)，Int.J.RadiationOncologyBiol.Phys.74(3):695-701(2009)]。在研究中征召了36位患者，其具有Tis(10)、T1(24)和T2(2)乳腺肿瘤。30位患者在乳房肿瘤切除术后接受全乳房辐射，随后使用10Gy的增强剂量。6位患者使用部分乳房辐射进行治疗。在手术后不久、用于治疗计划的全乳房辐射开始之前和递送肿瘤床增强辐射之前获得乳腺的治疗计划CT扫描。使用部分乳房辐射治疗的患者仅接受手术后扫描和肿瘤床治疗之前的扫描。

在手术后扫描与第二次扫描之间的间隔期间(间隔中值为3周)，肿瘤床体积减小的中值为49.9％。在计划扫描与增强扫描之间(间隔中值为7周)，中值肿瘤床体积减小44.6％。

由于计划的化疗而经历手术与RT之间的延迟(间隔中值为23周)的8位患者的亚组，在手术后扫描与计划扫描之间的间隔期间具有60.3％的肿瘤床体积减小中值。当在整个患者组的背景中评估该量级和变化率数据时，观察到的结果表明在紧接手术之后的数周中肿瘤床体积减小得更快，然后达到相对平稳。

根据作者，大的体积变化对计划体积、剂量学或临床参数例如局部控制或美容结果的影响是将来研究的重要领域，因为在理论上，如果使用单一计划扫描在肿瘤床在RT过程期间急剧缩小的患者中计划增强临床靶体积(CTV)，则周围的正常组织将接受不必要的额外辐射，这可能产生更加不良的美容结果和更多的晚期不良效应。相反，如果在手术后很久进行单一计划扫描，减小的肿瘤床体积可能实际上导致低估真正的肿瘤床或手术肿瘤污染面积。

WO2011/084465涉及由癌组织的手术去除留下的组织间隙的稳定化和可视化。根据所述发明人，保形填充方法与使用夹钳相比是相当大的改进，后者提供位点边缘的不良分辨。所描述的植入物可以被配制成在不再需要并随后被生物降解之前是稳定的。按照WO2011/084465，水凝胶的植入导致平均空腔体积增加。因此，当使用标准边缘时，水凝胶倾向于提高正常组织辐射剂量。因此，为了降低正常组织的辐射剂量，需要减少边缘扩充。

正如可以从上述背景容易地理解的，对于改进手术后肿瘤床的轮廓勾画以便优化仅仅针对肿瘤床的辐射，仍存在明显的需求。

详细描述

本发明人现在提供了一种有利的组合物，其相当大地改进了靶组织的轮廓勾画、尤其是肿瘤床的轮廓勾画而不影响靶组织的体积变化，通常在考虑肿瘤床时，不影响肿瘤床的体积变化或乳房肿瘤切除术后的组织重塑。在本发明的情形中，所述肿瘤床是覆盖肿瘤切除后获得的空腔的组织。

本发明的组合物还有利地允许肿瘤床上的能量(辐射)剂量沉积提高至少10％，即不提高周围健康组织中的能量剂量沉积。

第一个目的涉及一种包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，其中i)每个纳米粒子和每个纳米粒子聚集体的密度为至少7g/cm³，所述纳米粒子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、更优选为至少40的金属元素，每个所述纳米粒子和所述纳米粒子聚集体覆盖有生物相容性涂层；ii)所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为至少约1％(w/w)；并且iii)当在20℃至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下的表观粘度在约0.1Pa.s至约1000Pa.s之间。

纳米粒子和/或纳米粒子聚集体通常被包埋在本发明的凝胶中。

在使用X-射线成像设备观察靶生物组织时，本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶允许对至少40％、优选地至少50％、甚至更优选地超过50％的靶生物组织进行轮廓勾画和可视化。

所述靶生物组织通常为肿瘤床。

在优选实施方式中，当将凝胶施加到靶生物组织上时，生物相容性凝胶的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体使得当所述靶生物组织暴露于电离辐射时，其上的辐射剂量沉积与不存在所述凝胶的情况下同一生物组织上的剂量沉积相比增加至少约10％。

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”被无差别地使用。

在本发明的情形中，术语“纳米粒子”或“纳米粒子聚集体”是指尺寸在纳米范围内、通常在1nm至500nm之间的产物，尤其是合成产物。

纳米粒子的尺寸及其结构和组成可以从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”是指彼此强烈地、通常是共价地结合的纳米粒子的集合体。

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”。

透射电子显微术(TEM)可用于测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸。此外，动态光散射(DLS)可用于测量溶液中纳米粒子或纳米粒子聚集体的流体动力学直径。这两种方法还可以一个接一个地使用，以比较尺寸测量值并验证所述尺寸。

本文中所定义的纳米粒子或纳米粒子聚集体的最大维度通常在约5nm至约250nm之间，优选地在约10nm至约100nm或约200nm之间，甚至更优选地在约20nm至约150nm之间。

由于粒子的形状可以影响它的“生物相容性”，因此具有相当均匀的形状的粒子是优选的。出于药代动力学原因，形状为基本上球形、圆形或卵圆形的纳米粒子或纳米粒子聚集体因此是优选的。这样的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。球形或圆形形状是特别优选的。

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，或者是卵圆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。

用于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、优选为至少40、甚至更优选超过40的金属元素。无机材料也可以包含几种金属元素，通常为两种金属元素。

在特定实施方式中，纳米粒子或纳米粒子聚集体由无机材料构成，所述无机材料包含单一金属元素或金属元素的混合物。

无机材料优选为有效原子序数(Z_eff)为至少25、更优选为至少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类似的术语，但被用于化合物(例如水)和不同材料的混合物(例如组织和骨骼)而不是用于原子。有效原子序数计算化合物或材料的混合物的平均原子序数。它被缩写成Z_eff。

有效原子序数通过取化合物中每种原子的分数比例并将其乘以所述原子的原子序数来计算。有效原子序数Z_eff的公式如下：

$Z_{eff}=\sqrt[2.94]{f_1\×{\left(Z_1\right)}^{2.94}+f_2\×{\left(Z_2\right)}^{2.94}+f_3\×{\left(Z_3\right)}^{2.94}+\mathrm{...}}$

其中

f_n是与每种元素相关的电子总数的分数，并且

Z_n是每种元素的原子序数。

原子序数(也称为质子数)是原子核中存在的质子的数目。它在传统上用符号Z表示(并且在本文中也被标为Z_n)。原子序数独一无二地鉴定化学元素。在中性电荷的原子中，原子序数等于电子的数目。

一个实例是水(H₂O)，它由两个氢原子(Z＝1)和一个氧原子(Z＝8)构成。电子总数是1+1+8＝10。对应于两个氢的电子的分数为2/10，对应于单个氧的电子的分数为(8/10)。因此，水的Z_eff为：

$Z_{eff}=\sqrt[2.94]{0.2\×1^{2.94}+0.8\×8^{2.94}}=7.42$

Z_eff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、硫化物及其任何混合物。通常，该无机材料包含至少一种原子序数Z为至少25、优选为至少40、甚至更优选超过40的金属元素。

在特定实施方式中，纳米粒子或纳米粒子聚集体由无机材料构成，其中所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的密度为至少7g/cm³。

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，该氧化物可以例如选自铈(IV)氧化物(CeO₂)、钕(III)氧化物(Nd₂O₃)、钐(III)氧化物(Sm₂O₃)、铕(III)氧化物(Eu₂O₃)、钆(III)氧化物(Gd₂O₃)、铽(III)氧化物(Tb₂O₃)、镝(III)氧化物(Dy₂O₃)、钬氧化物(Ho₂O₃)、铒氧化物(Er₂O₃)、铥(III)氧化物(Tm₂O₃)、镱氧化物(Yb₂O₃)、镥氧化物(lu₂O₃)、铪(IV)氧化物(HfO₂)、钽(V)氧化物(Ta₂O₅)、铼(IV)氧化物(ReO₂)、铋(III)氧化物(Bi₂O₃)。

在特定实施方式中，也可以使用氧化物的混合物作为无机材料来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以包含氧化物的混合物或由氧化物的混合物构成。

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，该金属可以例如选自金金属(Au)、银金属(Ag)、铂金属(Pt)、钯金属(Pd)、锡金属(Sn)、钽金属(Ta)、铪金属(Hf),铽金属(Tb)、铥金属(Tm)、镝金属(Dy)、铒金属(Er)、钬金属(Ho)、铁金属(Fe)、钕金属(Nd)和镥金属(Lu)。正如前面指明的，在特定实施方式中，也可以使用金属的混合物作为无机材料来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以包含金属的混合物或由金属的混合物构成。

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，该硫化物优选为硫化银(Ag₂S)。

也可以使用氧化物、金属和/或硫化物的混合物来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以包含氧化物、金属和/或硫化物的混合物或由所述混合物构成。

可以有利地在本发明的情形中使用的纳米粒子的实例是覆盖有铪氧化物材料的金金属纳米粒子。

在优选实施方式中，在本发明的情形中使用的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可以涂覆有生物相容性材料，所述生物相容性材料选自表现出空间基团的试剂。这样的基团可以例如选自聚乙二醇(PEG)，聚氧化乙烯，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，多糖例如葡聚糖、木聚糖和纤维素，胶原蛋白，以及两性离子化合物例如聚磺基甜菜碱(polysulfobetain)等。

在另一种优选实施方式中，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体可以涂覆有生物相容性材料，所述生物相容性材料选自允许与生物靶相互作用的试剂。这样的试剂通常可以将正或负电荷携带到纳米粒子表面上。该电荷可以通过ζ电位测量法来确定，所述测量法通常在浓度在0.2至10g/L之间的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体悬液上进行，所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体被悬浮在pH在6至8之间的水性介质中。

在纳米粒子表面上形成正电荷的试剂可以是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以是例如磷酸盐(例如多磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐等)、羧酸盐(例如柠檬酸盐或二羧酸，尤其是琥珀酸)或硫酸盐。

有利情况下，所述涂层在体内保持纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的完整性，确保或提高其生物相容性，并且促进其任选的功能化(例如使用间隔物分子、生物相容性聚合物、靶向剂、蛋白质等)。此外，有利情况下，涂层在本发明的情形中被用于促进粒子与靶生物组织或细胞的结合。

本发明的特定纳米粒子和/或纳米粒子聚集体还可以包含至少一种靶向剂，以允许它与靶细胞上存在的识别元件相互作用。这样的靶向剂通常在纳米粒子和/或纳米粒子聚集体勾画出靶位点的轮廓后起作用。靶向剂可以是对人类或动物体内存在的分子表现出亲和性的任何生物或化学结构。例如，它可以是肽、寡肽或多肽、蛋白质、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、尤其是肿瘤抗原的配体、激素受体、细胞因子受体或生长因子受体。所述靶向剂可以例如选自LHRH、EGF、叶酸、抗B-FN抗体、E-选择素/P-选择素、抗IL-2Rα抗体、GHRH等。

生物相容性凝胶

天然聚合物凝胶主要通过作为i)温度和pH变化以及ii)金属离子的存在的结果形成分子间结合来获得。因此，在凝胶形成期间，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他物理结合相连的聚合物链构成。这些结构通常导致不可逆的凝胶形成。

凝胶的性质受到网络和溶剂两者的影响。凝胶在浸泡在良好溶剂中时溶胀。水凝胶是通常在水性环境中溶胀的凝胶。

优选的本发明的生物相容性凝胶是生物相容性水凝胶。

用于医学应用的聚合物应该是生物相容的；即一旦与身体例如与内部器官或与任何其他生物体系接触后，它们应该不引起炎症和/或不利反应。

可用于形成生物相容性凝胶的典型聚合物可以选自聚乙烯亚胺(PEI)，聚乙二醇(PEG)，聚丙二醇(PPG)，多糖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-乙醇酸共聚物(PLGA)衍生物，聚乙烯醇(PVA)，聚乙烯吡咯烷酮，聚氰基丙烯酸烷基酯衍生物，胶原蛋白衍生物，聚谷氨酸(PGA)和明胶。生物相容性凝胶也可以由本文中指出的聚合物的任何混合物构成。可以有利地用于制备生物相容性水凝胶的优选聚合物可以在多糖家族中选择，所述多糖家族包括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，以及ii)透明质酸家族的成员或其衍生物，所述衍生物通常通过在透明质酸上引入官能团而获得。这可以通过在透明质酸的葡萄糖醛酸部分的羧酸处形成活性酯并随后将其用氨基或醛基替代来实现。

为了调节凝胶的粘度，通常可以将这些多糖用低或高分子量交联剂交联或者可以自身交联(使用物理手段例如热或辐射，并且在不存在任何外来分子的情况下)。

在溶剂中分散以便形成本发明的生物相容性凝胶的聚合物的量通常在0.1％至50％(重量比w/w)之间，更优选在0.5％至40％之间，通常在0.5％至35％之间或在0.5％至25％之间，甚至更优选在约1％、约2％或约3％至约15％或约20％(w/w)之间。

当生物相容性凝胶是水凝胶时，溶剂通常是水性介质。

对于20℃至37℃之间的温度来说，包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶在2s^-1下的表观粘度在约0.1Pa.s至约1000Pa.s之间，优选在1Pa.s至750Pa.s之间，通常在5Pa.s至500Pa.s或5Pa.s至300Pa.s之间。通常在20℃和37℃下，使用Couette流变仪(RM200型，LAMYRheology)，在处于0.1s^-1至300s^-1之间的给定的剪切率范围内进行粘度测量。在2s^-1下报告表观粘度。

对于每个样品来说，在至少25ml的体积上，使用适合的锭子，遵照DINISO3219标准的推荐来进行测量。

粒子-凝胶的相互作用

在本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶中，每个纳米粒子或纳米粒子聚集体包含无机材料或由无机材料构成，通常由包含至少一种原子序数Z为至少25、优选为至少40的金属元素的无机材料构成，并且每个纳米粒子和纳米粒子聚集体的密度为至少7g/cm³。有利情况下，每个纳米粒子或纳米粒子聚集体覆盖有生物相容性涂层。

凝胶内纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为至少约1％(w/w)。在优选实施方式中，凝胶内纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度在约1.5％至50％(w/w)之间，优选在1.5％至25％(w/w)之间，甚至更优选在1.5％至10％(w/w)之间或在1.5％至5％(w/w)之间，通常在2％至4％(w/w)之间。例如，凝胶内纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度等于约1.5％、2％、3.5％、4％或5％(w/w)。

在纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与形成生物相容性凝胶的聚合物之间不存在任何强的相互作用(强相互作用通常是共价相互作用)，是确保所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体实际上从凝胶释放以便它们正确勾画肿瘤床的轮廓的重要特点。

在粒子与形成生物相容性凝胶的聚合物之间不存在强相互作用，通常可以通过在20℃和37℃下如上所述测量包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶的粘度，并通过将得到的粘度曲线与既不包含纳米粒子也不包含纳米粒子聚集体的凝胶的粘度曲线进行比较来验证。相似的粘度曲线(即，值在彼此之间相差不超过20％，通常不超过15％)证实了在纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与凝胶之间不存在强相互作用。

在粒子与形成生物相容性凝胶的聚合物之间不存在强相互作用，通常也可以通过傅里叶变换红外光谱法(FTIR)，通过测量包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶的透射光谱(随波数变化)，并通过将得到的光谱与既不包含纳米粒子也不包含纳米粒子聚集体的凝胶的光谱并且也与纳米粒子或纳米粒子聚集体的光谱进行比较来验证。包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶的透射光谱严格对应于凝胶的透射光谱加上纳米粒子或纳米粒子聚集体的透射光谱的叠加。该透射光谱没有揭示出任何其他带。这证实了在本发明的凝胶与纳米粒子或纳米粒子聚集体之间不存在强相互作用(参考实施例10和11以及图6)。

生物组织和肿瘤床的轮廓勾画和可视化

经典用于肿瘤床可视化和治疗计划(即适合的放疗的计划)的方法包括临床方法例如i)使用触诊和/或手术瘢痕进行计划；ii)将手术前成像发现(通常为乳腺X-射线照相术)、临床病史和/或手术报告考虑在内进行计划；iii)通常包括本领域技术人员已知的放射照相术、计算机断层扫描术(CT)、正电子发射断层扫描术(PET)或磁共振成像(MRI)的计划。使用X-射线的医学成像技术例如CT扫描仪是确定肿瘤床治疗计划的常用技术。

计算机断层扫描(CT)成像是基于不同组织对X-射线的不同吸收，并提供横截面成像。术语“断层扫描术”源自于希腊语术语“tomos”，意指“薄片”或“切片”，以及“graphe”，意指“绘画”。CT成像系统产生身体内部的骨骼和软组织的横截面图像。可以将CT图像合并以产生3D图像。

在本发明的情形中使用的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体包含无机材料或由无机材料构成，所述无机材料优选地包含至少一种原子序数为至少25、优选为至少40、甚至更优选超过40的金属元素。纳米粒子是固有地不透射线的(即它们吸收X-射线)，并且通常可以通过放射照相术或计算机断层扫描容易地可视化。当暴露于通常由CT扫描仪递送的X-射线时，由于靶生物组织与粒子的电子密度的差异，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体在CT图像中产生明显的反差。

亨斯菲尔德(Hounsfield)值是计算机断层扫描图中像素(像元)的经计算的X-射线吸收系数的归一化的值。该值用亨斯菲尔德单位(HU)来表示。空气的CT值为-1000(HU＝-1000)，水的CT值为0(HU＝0)。对于具有高Z_eff的无机粒子来说，组织与粒子之间的分离通常在150的HU值附近出现。高于通常为120直至200的HU值时，不再能测量到软组织密度。

本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，可以i)通过沉积在目标生物组织(靶组织)上或ii)通过优选地在手术(肿瘤切除)时填充通常在肿瘤切除术后留下的空腔，而给药到对象。

纳米粒子或纳米粒子的聚集体从凝胶释放，然后沉积在靶组织上，优选在肿瘤床上。

优选地，纳米粒子或纳米粒子的聚集体通常在24小时至不到1个月之间，优选地在24小时至3周之间，更优选地在24小时至2周之间沉积在靶组织上，以便允许完美和持久的靶组织轮廓勾画。这样的轮廓勾画通常在任何进一步的治疗计划的情形中是非常有价值的。在特定实施方式中，纳米粒子或纳米粒子的聚集体在靶组织上的释放和沉积随着凝胶粘度而变(参考实施例3、4和7)。

在特定实施方式中，本发明的生物相容性凝胶被用于靶组织轮廓勾画。

当用本发明的凝胶填充空腔时，凝胶可以填充空腔体积的至少10％，优选为空腔体积的至少20％，甚至更优选超过空腔体积的30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。也可以用这样的凝胶填充100％的空腔体积。

在适当情况下，可以进行凝胶的重复给药。

由本发明的包含纳米粒子和/或纳米粒子的聚集体的凝胶容许的靶组织的轮廓勾画，通常可以使用X-射线医学成像设备、更优选为CT扫描仪进行可视化。术语“轮廓勾画”意味着纳米粒子或纳米粒子的聚集体i)覆盖靶组织的至少约40％、优选地至少约50％、甚至更优选地超过约50％、60％、70％、80％、90％或约95％；并且优选地ii)在靶组织的表面上形成厚度在100μm至0.5cm之间、例如在500μm至0.5cm之间的层。所述层内的亨斯菲尔德(HU)值为至少120HU。理想情况下，纳米粒子或纳米粒子的聚集体覆盖靶组织的99％或甚至100％。

本文中还描述了一种在对象中勾画肿瘤床的轮廓的方法，这样的轮廓勾画允许随后使用X-射线成像设备进行所述肿瘤床的可视化，其中所述方法包括优选地在手术(肿瘤切除)时，通常通过将本发明的包含纳米粒子或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶(如本文中所描述)沉积在对象的肿瘤床中，使所述肿瘤床暴露于所述凝胶，以便以沉积后24小时至不到1个月之间，优选地24小时至3周之间，更优选地24小时至2周之间的延迟获得肿瘤床的轮廓勾画。然后可以使用X-射线成像设备使肿瘤床的轮廓勾画可视化。

本发明可用于勾画任何类型的恶性实体肿瘤(尤其是上皮、神经外胚层或间质来源的恶性实体肿瘤)以及涉及淋巴结的淋巴系癌症的任何肿瘤床。

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性凝胶尤其旨在用于癌症治疗方案的情形中，其中对于特定对象来说，放疗是经典的辅助治疗或者是最适合的辅助治疗，或者其中可以将放疗指定为辅助治疗。这样的癌症具体来说可以选自：皮肤癌，包括与AIDS相关的恶性赘生物、黑素瘤；鳞状细胞癌；中枢神经系统肿瘤，包括大脑、小脑、垂体、脊髓、脑干、眼和眼眶的肿瘤；头颈部肿瘤；肺癌；乳腺癌；胃肠肿瘤，例如肝和肝胆管癌、结肠癌、直肠癌和肛门癌、胃癌、胰腺癌、食管癌；男性泌尿生殖系统肿瘤，例如前列腺癌、睾丸癌、阴茎癌和尿道癌；妇科肿瘤，例如宫颈癌、子宫内膜癌、卵巢癌、输卵管癌、阴道癌和外阴癌；肾上腺和腹膜后肿瘤；不论任何位置的骨骼和软组织的肉瘤；以及儿科肿瘤，例如肾母细胞瘤、成神经细胞瘤、中枢神经系统肿瘤、尤文氏肉瘤等。

生物组织和肿瘤床的辐射

本发明的生物相容性凝胶可用于许多领域，尤其是人类医学或兽医学。如本文中所描述的本发明的生物相容性凝胶优选地在哺乳动物中、甚至更优选地在人类中用作肿瘤学中的治疗剂，特别是在将纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电离辐射时。电离辐射优选地选自X-射线、γ射线和电子束。

在优选实施方式中，当将凝胶施加到靶生物组织上时，生物相容性凝胶的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体允许在暴露于电离辐射时，所述靶生物组织上的辐射剂量沉积与在不存在所述凝胶的情况下同一生物组织上的剂量沉积相比增加至少约10％。

通常情况下，本发明涉及一种治疗方法，其允许在对象的靶组织中、优选地在对象的肿瘤床中辐射剂量沉积增加至少10％，所述方法依次包括下列步骤：

i)优选地在手术(肿瘤切除)时，通常通过将本发明的包含纳米粒子或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶(如本文中所描述)沉积在对象的肿瘤床中，使所述肿瘤床暴露于所述凝胶，以便获得肿瘤床的轮廓勾画，以及

ii)使用电离辐射束辐照所述纳米粒子或纳米粒子聚集体，由此治疗所述对象。

通常，对象是癌症患者。

在电离辐射，尤其是X-射线、γ-射线、放射活性同位素和/或电子束的作用下，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体产生电子和/或高能光子。那些在电离后发射的电子和/或高能光子将通过自由基生成而造成直接或和/或间接的细胞损伤并最终造成细胞破坏，为患者带来更好的结果。

粒子可以暴露于大范围的总辐射剂量。

为任何疾病/解剖学位点/疾病阶段/患者背景/患者年龄(儿童、成年、老年患者)确定量和给药时间表(以单一剂量或在多次或超多次方案等的情形中计划并递送辐射)，并且它们构成了任何特定情况的医护标准。

正如前面指出的，适合的辐射或激发源优选为电离辐射，并且可以有利地选自X-射线、γ射线、电子束、离子束和放射活性同位素或放射性同位素发射。X-射线和电子束是特别优选的激发源。

电离辐射通常为约2KeV至约25000KeV(或25MeV)，特别是约2KeV至约6000KeV(即6MeV)(LINAC源)或约50KeV至约25000KeV。

通常且非限制性地，在不同情况下可以施加下列X-射线来激发粒子：

-2至50keV的浅层X-射线：以激发表面附近的纳米粒子(几毫米的穿透)；

-50至150keV的X-射线：在诊断中，但也在治疗中；

-200至500keV的X-射线(中电压)，其可以穿透6cm的组织厚度；

-1000keV至25,000keV的X-射线(巨电压)。

放射活性同位素也可以用作电离辐射源(被称为镭疗法(curietherapy)或近距离放射疗法)。具体来说，可以有利地使用碘I¹²⁵(t1/2＝60.1日)、钯Pd¹⁰³(t1/2＝17日)、铯Cs¹³⁷和铱Ir¹⁹²。

带电荷的粒子例如质子束，离子束例如碳、尤其是高能离子束，也可以用作电离辐射源和/或中子束。

能量在4MeV至25MeV之间的电子束也可以用作电离辐射源。

特定的单色辐射源可用于选择性地产生能量接近于或对应于构成无机纳米粒子或纳米粒子聚集体的原子(“金属元素”)的所需X-射线吸收限的X-射线辐射。

优选的电离辐射源是线性加速器(LINAC)。

本发明的另一个目的涉及一种试剂盒，其包含本发明的含有纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶(如本文中所述)，并任选地一起包含治疗剂。在特定实施方式中，试剂盒在不同容器中包含本文中所描述的生物相容性凝胶和本文中所描述的纳米粒子或纳米粒子聚集体的悬液(它们旨在原位地(即在靶位点上)相接触、通常为混合，或离体地相接触、通常为混合，然后将混合物沉积在靶位点上)。

因此，本文中还描述了一种试剂盒，其包含本文中描述的含有纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，其中所述生物相容性凝胶和纳米粒子和/或纳米粒子聚集体在不同容器中。

下面的实施例说明了本发明但不限制其范围。

附图简述

图1：使用夹钳勾画肿瘤组织的轮廓

来自于“在乳腺癌患者中使用外科夹钳和图像配准来改进肿瘤床增强的确定”(Improvingthedefinitionofthetumorbedboostwiththeuseofsurgicalclipsandimageregistrationinbreastcancerpatients)[Int.J.RadiationOncologyBiol.Phys.Vol78(5)；1352-1355(2010)]。肿瘤床体积的轮廓勾画：大体肿瘤体积(GTV)(红色)；临床靶体积(CTV)夹钳＝所有具有0.5-cm边缘的夹钳；计划靶体积(PTV)(绿色)＝GTV+CTV夹钳+0.5-cm侧向和1-cm上下边缘。

图2:在将凝胶沉积到肿瘤切除术后获得的空腔中之后2天、8天和20天捕获的微型CT(μCT)图像，示出了使用包含由铪氧化物构成的生物相容性纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(3.5％w/w)的本发明的由甲基纤维素(5％w/w)构成的生物相容性水凝胶进行的肿瘤床轮廓勾画。在将凝胶沉积到肿瘤床之前已将纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与凝胶混合。

图3：在将凝胶沉积到肿瘤切除术后获得的空腔中之后2天、9天和20天捕获的CT图像，示出了使用包含由铪氧化物构成的生物相容性纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(3.5％w/w)的本发明的由甲基纤维素(9％w/w)构成的生物相容性水凝胶进行的肿瘤床轮廓勾画。在将凝胶沉积到肿瘤床之前已将纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与凝胶混合。

图4：使用MonteCarlo计算得到的粒子浓度对辐射剂量增强的影响。

图5：由透明质酸(3％w/w)构成的凝胶和包含由铪氧化物构成的生物相容性纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(5％w/w)的由透明质酸(3％w/w)构成的凝胶的粘度测量(A在20℃下，B在37℃下)。

图6：包含由铪氧化物构成的生物相容性纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(0.26％w/w)的由透明质酸(0.1％w/w)构成的凝胶的FTIR光谱。与由透明质酸构成的凝胶的光谱并且也与由铪氧化物构成的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的光谱进行比较。

图7：在将凝胶沉积到肿瘤切除术后获得的空腔中之后30分钟(D01)、1天(D02)、3天(D04)、8天(D09)和22天(D23)捕获的CT图像，示出了使用本发明的生物相容性水凝胶进行的肿瘤床轮廓勾画。凝胶由以下构成：包含由铪氧化物构成的生物相容性纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(5％w/w)的透明质酸(3.8％w/w)、透明质酸(2,5％w/w)和自交联的透明质酸(3％w/w)。在将凝胶沉积到肿瘤床之前已将纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与凝胶混合。

实施例

实施例1：使用六偏磷酸纳作为涂层剂的生物相容性铪氧化物(HfO₂)纳米粒子或纳米粒子聚集体

向HfCl₄溶液加入四甲基氢氧化铵(TMAOH)溶液。TMAOH溶液的添加进行到最终悬液的pH达到7至13之间的pH为止。得到白色沉淀物。

将沉淀物进一步转移到压热釜中，并在120℃至300℃之间的温度下加热以进行结晶。在冷却后，将悬液用去离子水洗涤。

然后向洗涤过的悬液加入六偏磷酸钠溶液，并将pH调整到6至8之间的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

金纳米粒子通过用柠檬酸钠在水性溶液中还原氯化金来获得。方案改编自G.FrensNaturePhysicalScience241(1973)21。

在典型的实验中，将HAuCl₄溶液加热至沸腾。随后，加入柠檬酸钠溶液。将得到的溶液在沸腾下继续维持5分钟的时间。

通过小心地改变柠檬酸盐相对于金前体的比率(参考表1)，将纳米粒子的尺寸调整为15nm直至105nm。

然后使用带有30kDa纤维素膜的超滤装置浓缩如此制备的金纳米粒子的悬液。

将得到的悬液最终在层流柜下通过0.22μm截留值的膜滤器进行过滤，并在4℃下储存。

通过使用透射电子显微术(TEM)并通过考虑每个粒子的最长纳米粒子维度，在超过200个粒子上确定粒度。

表1：

实施例3：在将凝胶沉积到肿瘤床上之前将生物相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入到凝胶(甲基纤维素5％w/w)中(3.5％w/w)

向一定体积的通常具有4,5％w/w至5,5％w/w之间的聚合物(甲基纤维素)浓度的凝胶加入一定体积的来自于实施例1的生物相容性HfO₂纳米粒子的水性悬液。调整HfO₂纳米粒子悬液与凝胶之间的体积比，以在凝胶内达到3.5％(w/w)的最终HfO₂纳米粒子浓度。如此获得的制备物通常使用磁力搅拌器或刮铲进行混合。

实施例4：在将凝胶沉积到肿瘤床上之前将生物相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入到凝胶(甲基纤维素9％w/w)中(3.5％w/w)

向一定体积的通常具有8,5％w/w至9,5％w/w之间的聚合物(甲基纤维素)浓度的凝胶加入一定体积的来自于实施例1的生物相容性HfO₂纳米粒子的水性悬液。调整HfO₂纳米粒子悬液与凝胶之间的体积比，以在凝胶内达到3.5％(w/w)的最终HfO₂纳米粒子浓度。

实施例5：通过微型计算机断层扫描(μCT)评估当使用来自于实施例3的包埋在水凝胶中的纳米粒子时获得的“肿瘤床”轮廓勾画的质量

本实验的目的是通过μCT(计算机断层扫描)评估由纳米粒子(NP)进行的“肿瘤床”轮廓勾画的质量。

将来自于实施例3的试验凝胶植入(沉积)到裸鼠中通过切除HCT116异种移植肿瘤(人类结肠直肠癌细胞)留下的空腔中。

在将凝胶植入到通过肿瘤切除留下的空腔中之后2天、8天和20天进行μCT分析，以便评估肿瘤床中被纳米粒子和/或纳米粒子聚集体占据的体积随时间的变化。为此，在手术空腔周围进行人工分区(目标区域(ROI))。然后，在手术空腔内部进行高于120HU的阈值划分，以便评估纳米粒子或纳米粒子聚集体的存在并评估所有小鼠的被那些纳米粒子或纳米粒子聚集体占据的位置和体积两者。图2呈现的μCT图像显示在快至手术和凝胶植入后2天，空腔的轮廓勾画超过约80％。

实施例6：通过计算机断层扫描(CT)评估当使用来自于实施例4的包埋在水凝胶中的纳米粒子时获得的“肿瘤床”轮廓勾画的质量

本实验的目的是通过CT(计算机断层扫描)评估由纳米粒子(NP)进行的“肿瘤床”轮廓勾画的质量。

将来自于实施例4的试验凝胶植入(沉积)到裸鼠中通过切除HCT116异种移植肿瘤(人类结肠直肠癌细胞)留下的空腔中。

在将凝胶植入到通过肿瘤切除留下的空腔中之后2天、9天和20天进行CT分析，以便评估肿瘤床中被纳米粒子和/或纳米粒子聚集体占据的体积随时间的变化。为此，在手术空腔周围进行人工分区(目标区域(ROI))。然后，在手术空腔内部进行高于120HU的阈值划分，以便评估纳米粒子或纳米粒子聚集体的存在并评估所有小鼠的被那些纳米粒子或纳米粒子聚集体占据的位置和体积两者。图3呈现的CT图像显示在快至手术和凝胶植入后9天，空腔的轮廓勾画超过约80％。

值得注意的是，按照实施例3和4中呈现的方案制备的包含纳米粒子或纳米粒子聚集体的凝胶在37℃和2s^-1下的粘度值分别等于190Pa.s和720Pa.s。在它们从凝胶释放后，纳米粒子和/或纳米粒子聚集体在肿瘤床上的沉积通常分别在2天和9天内发生(参见图2和3)。

实施例7：从纳米粒子或纳米粒子聚集体在肿瘤床上的平均浓度的估算值计算当纳米粒子和/或纳米粒子聚集体存在于肿瘤床上时辐射剂量沉积的增加

表2呈现了当粒子勾画肿瘤床的轮廓时权利要求1中提到的任何纳米粒子或纳米粒子聚集体的计算浓度；凝胶内纳米粒子或纳米粒子聚集体的初始浓度被选择在1％(w/w)和3.5％(w/w)。假定肿瘤床具有不同直径，所述直径在1cm至9cm之间，同时将被切除肿瘤的直径以及肉眼边缘考虑在内，来计算肿瘤床体积。由纳米粒子在肿瘤床上的沉积形成的层的厚度被假定分别等于0.1、0.5、1和2mm。那些层中高于100g/l的纳米粒子或纳米粒子的计算浓度(边缘中的纳米粒子浓度——参考表2)用粗体字符表示并带下划线。

图4示出了使用MonteCarlo计算得到的粒子浓度对辐射剂量增强的影响。

对于具有深部解剖学定位的肿瘤(具有权利要求1中提到的由铪氧化物构成的纳米粒子，其在本文中被鉴定为“NBTXR3纳米粒子”)和正常组织(没有纳米粒子)两者来说，使用“整体模型”计算和6-MeV光子束来进行辐射剂量增强。将Z_整体用于所述计算。

在整体模型计算中，辐射剂量增强(被定义为在具有高Z纳米粒子的肿瘤中的剂量沉积除以在没有纳米粒子的肿瘤中的剂量沉积)由能量沉积产生，此时考虑平均Z值(Z_整体)等于

Z_整体＝(100-x)×Z_水+x×Z_纳米粒子，

其中“x”表示肿瘤内的纳米粒子浓度(纳米粒子质量除以肿瘤质量)，Z_水表示水的有效原子序数，Z_纳米粒子表示纳米粒子(即铪氧化物纳米粒子)的有效原子序数。在计算中，肿瘤被认为具有与水相等的有效原子序数。纳米粒子以各向同性的方式提高X-射线吸收的平均效能。

图4的结果显示，对于等于或高于10％(wt％)的肿瘤内纳米粒子浓度来说，获得了10％的辐射剂量沉积增加。

基于“使用铪氧化物纳米粒子的纳米级放射疗法”(nanoscaleRadiotherapywithHafniumOxideNanoparticles)[FutureOncology8(9),1167-1181(2012)]的图4的结果，并根据表2A和2B，当使用本发明的生物相容性凝胶时，在用纳米粒子和/或纳米粒子聚集体勾画肿瘤床轮廓并随后辐射所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体后，获得至少10％的辐射剂量沉积，所述生物相容性凝胶是包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，其中i)每个纳米粒子和纳米粒子聚集体的浓度为至少7g/cm³，所述纳米粒子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、优选为至少40的金属元素，每个所述纳米粒子和所述纳米粒子聚集体覆盖有生物相容性涂层；ii)纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为至少约1％(w/w)；并且iii)当在20℃至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下的表观粘度在约0.1Pa.s至约1000Pa.s之间。

表2A：假定凝胶内的初始纳米粒子浓度为10g/L时边缘中纳米粒子的浓度

表2B：假定凝胶内的初始纳米粒子浓度为35g/L时边缘中纳米粒子的浓度

实施例8：将生物相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入到透明质酸凝胶(3％w/w)内(5％w/w)

向一定体积的通常具有2.5％w/w至4％w/w之间的聚合物(透明质酸)浓度的凝胶加入一定体积的来自于实施例1的生物相容性HfO₂纳米粒子的水性悬液。调整HfO₂纳米粒子悬液与凝胶之间的体积比，以在凝胶内达到5％(w/w)的最终HfO₂纳米粒子浓度。如此获得的制备物通常使用磁力搅拌器或刮铲进行混合。

实施例9：由透明质酸(3％w/w)构成的凝胶和来自于实施例8的包含由铪氧化物构成的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(5％w/w)的由透明质酸(3％w/w)构成的凝胶的粘度测量

通常在20℃和37℃下，使用Couette流变仪并遵照DINISO3219标准的推荐(RM200型，LAMYRheology)，在处于0.1s^-1至20s^-1之间的给定的剪切率范围内进行粘度测量。在2s^-1下报告表观粘度。在粒子与形成生物相容性凝胶的聚合物之间不存在强相互作用，通常可以通过在20℃和37℃下如上所述测量包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶的粘度，并通过将得到的粘度曲线与既不包含纳米粒子也不包含纳米粒子聚集体的凝胶的粘度曲线进行比较来验证。两种凝胶在2s^-1下的表观粘度在20℃下高于150Pa.s并且在37℃下高于100Pa.s。观察到的相似的粘度曲线(即，值在彼此之间相差不超过20％，通常不超过15％)证实了在纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与凝胶之间不存在强相互作用(参考图5A和5B)。

实施例10：将生物相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入到透明质酸凝胶(0.1％w/w)内(0.26％w/w)

向一定体积的通常具有0.05％w/w至0.25％w/w之间的聚合物(透明质酸)浓度的凝胶加入一定体积的来自于实施例1的生物相容性HfO₂纳米粒子的水性悬液。调整HfO₂纳米粒子悬液与凝胶之间的体积比，以在凝胶内达到0.26％(w/w)的最终HfO₂纳米粒子浓度。如此获得的制备物通常使用磁力搅拌器或刮铲进行混合。

实施例11：实施例10的凝胶的FTIR(傅里叶变换红外光谱术)谱图以及与由透明质酸构成的凝胶并且也与纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的比较

在包埋有生物相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的凝胶中观察到的带对应于由透明质酸构成的凝胶的特征性带和由铪氧化物构成的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的带。没有丢失一种或另一种组分的特征性带，并且没有新的带出现。FTIR谱图没有显示出揭示了纳米粒子和/或纳米粒子聚集体与凝胶之间的相互作用的特征(参考图6和下面的表3和4)。

表3：透明质酸的FTIR带指派(来自于PasquiD.等，基于多糖的水凝胶：水在影响机械性质中的关键作用(Polysaccharide-basedhydrogels:thekeyroleofwaterinaffectingmechanicalproperties)，Polymers,Vol4,p.1517-1534,2012)。

表4：铪氧化物的FTIR带指派(来自于RamadossA.等，使用超声化学方法的HfO₂纳米粒子的合成和表征(SynthesisandcharacterizationofHfO₂nanoparticlesbysonochemicalapproach)，JournalofAlloysandCompounds,Vol544,p.115-119,2012)

实施例12：在将凝胶沉积在肿瘤床上之前将生物相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入到凝胶(透明质酸3.8％w/w)内(5％w/w)

向一定体积的通常具有3.3％w/w至4.3％w/w之间的聚合物(透明质酸)浓度的凝胶加入一定体积的来自于实施例1的生物相容性HfO₂纳米粒子的水性悬液。调整HfO₂纳米粒子悬液与凝胶之间的体积比，以在凝胶内达到5％(w/w)的最终HfO₂纳米粒子浓度。

实施例13：在将凝胶沉积在肿瘤床上之前将生物相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入到凝胶(透明质酸2.5％w/w)内(5％w/w)

向一定体积的通常具有2％w/w至3％w/w之间的聚合物(透明质酸)浓度的凝胶加入一定体积的来自于实施例1的生物相容性HfO₂纳米粒子的水性悬液。调整HfO₂纳米粒子悬液与凝胶之间的体积比，以在凝胶内达到5％(w/w)的最终HfO₂纳米粒子浓度。

实施例14：在将凝胶沉积在肿瘤床上之前生物将相容性铪氧化物纳米粒子和/或纳米粒子聚集体并入到凝胶(自交联的透明质酸3％w/w)内(5％w/w)

向一定体积的通常具有2.5％w/w至3.5％w/w之间的聚合物(自交联的透明质酸)浓度的凝胶加入一定体积的来自于实施例1的生物相容性HfO₂纳米粒子的水性悬液。调整HfO₂纳米粒子悬液与凝胶之间的体积比，以在凝胶内达到5％(w/w)的最终HfO₂纳米粒子浓度。

实施例15：通过计算机断层扫描术(CT)评估当使用分别被包埋在实施例12、13和14的水凝胶中的纳米粒子时获得的“肿瘤床”轮廓勾画的质量

本实验的目的是通过CT(计算机断层扫描术)评估由纳米粒子(NP)进行的“肿瘤床”轮廓勾画的质量。将来自于实施例12(图7，上图)、实施例13(图7，中图)和实施例14(图7，下图)的试验凝胶植入(沉积)到BALB/cJRj小鼠中由EMT-6常位移植肿瘤(鼠乳腺癌细胞)的切除留下的空腔中。在将凝胶植入到通过肿瘤切除留下的空腔中之后30分钟、1天、2天、8天和22天进行CT分析，以便评估肿瘤床中被纳米粒子和/或纳米粒子聚集体占据的体积随时间的变化。为此，在手术空腔周围进行人工分区(目标区域(ROI))。然后，在手术空腔内部进行高于120HU的阈值划分，以便评估纳米粒子或纳米粒子聚集体的存在并评估所有小鼠的被那些纳米粒子或纳米粒子聚集体占据的位置和体积两者。图7呈现的CT图像显示在快至手术和凝胶植入后3天，空腔的轮廓勾画超过约80％。在纳米粒子和/或纳米粒子聚集体从凝胶释放后，它们在肿瘤床上的沉积通常在3天内发生(参见图7)。

参考文献

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Claims (12)

1.一种包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，其中i)每个纳米粒子和纳米粒子聚集体的密度为至少7g/cm³，所述纳米粒子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40的金属元素，每个所述纳米粒子和所述纳米粒子聚集体覆盖有生物相容性涂层；ii)所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度为至少约1％(w/w)；并且iii)当在20℃至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下的表观粘度在约0.1Pa.s至约1000Pa.s之间。

2.权利要求1的生物相容性凝胶，其中所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的浓度在约1.5％至10％(w/w)之间。

3.权利要求1或2的生物相容性凝胶，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.权利要求1至3任一项的生物相容性凝胶，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剂。

5.权利要求1至4任一项的生物相容性凝胶，其中所述凝胶是水凝胶。

6.权利要求1至5任一项的生物相容性凝胶，其中当所述凝胶被施加到靶生物组织时，所述生物相容性凝胶的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体使得当所述靶生物组织暴露于电离辐射时，其上的辐射剂量沉积与不存在所述凝胶的情况下同一生物组织上的剂量沉积相比增加至少约10％。

7.权利要求6的生物相容性凝胶，其中施加的电离辐射剂量在2KeV至25MeV之间。

8.权利要求7的生物相容性凝胶，其中所述电离辐射选自X-射线、γ-射线和电子束。

9.权利要求6至8任一项的生物相容性凝胶，其中所述凝胶允许对至少40％的所述靶生物组织进行轮廓勾画和可视化。

10.权利要求1至9任一项的生物相容性凝胶，其中所述生物组织是肿瘤床。

11.权利要求10的生物相容性凝胶，其中所述肿瘤床是覆盖肿瘤切除后获得的空腔的组织。

12.一种试剂盒，其包含权利要求1至11任一项的包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的生物相容性凝胶，其中所述生物相容性凝胶和所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体在不同容器中。