CN107912023A - 栓塞颗粒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒的栓塞颗粒，纳米颗粒包含掺杂一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中，金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。本发明栓塞颗粒结合X射线辐射或质子束辐射用于癌症治疗，或还描述用于栓塞治疗。本发明还涉及制造一包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒的栓塞颗粒的方法，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中，金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈，方法包括（i）提供一微颗粒；（ii）将微颗粒与多个纳米颗粒接触；以及（iii）加热微颗粒和纳米颗粒，以形成栓塞颗粒。

Description

栓塞颗粒

技术领域

本发明涉及一栓塞颗粒以及包含多个栓塞颗粒的组合物。本发明还描述了栓塞颗粒结合X射线辐射或质子术辐射用于癌症治疗，作为颗粒在栓塞治疗的应用。本发明还提供了产生一栓塞颗粒的方法。

背景技术

许多不同技术被用于癌症管理和治疗。这些技术包括化疗方法、放疗方法、光动力疗法、手术方法、激素疗法以及栓塞治疗。

栓塞治疗是一个非外科的微创手术，在手术中血管选择性被引入栓子堵塞。这个技术能被用于治疗许多不同情况，如动脉瘤、子宫平滑肌瘤、和癌症（阿布拉莫维茨S. D等人, 放射学, 2009; 250(2): 482-487）。在癌症治疗中，栓塞颗粒被引入至接近目标的血流，并嵌入供养肿瘤的小血管中以限制血液流动。最终，提供给肿瘤的氧气和营养物减少，使得肿瘤坏死。

放疗方法和光动力疗法也有效于缩小肿瘤大小。通常使用光动力疗法 (PDT) 来治疗某些类型的癌症。PDT包括将光敏剂注射到患者的血流中。该药物被遍布全身的细胞吸收，但由于肿瘤脉管系统的异常或缺陷，其通常聚集在肿瘤中。其还被癌细胞快速吸收，癌细胞往往比健康细胞的生长和分裂快得多，且因此具有更高的代谢活性。

在注射后约24至72小时， 当大多数药物已离开正常细胞但仍留在肿瘤中时，只有肿瘤暴露于特定频率的光，例如 UV 光或激光。已聚集在肿瘤中的光敏剂通过暴露于该光而被激发并与在组织中与附近的氧或水分子反应以产生活性氧簇(ROS)例如单态氧(平均寿命为3.7ms 且扩散距离为82nm)、超氧化物自由基 (平均寿命为 50ms 且扩散距离为320nm) 或羟自由基 (平均寿命为 10-7s 且扩散距离为 4.5nm)。所产生的 ROS 超过了附近细胞的抗氧化防御能力，从而致使破坏肿瘤中的癌细胞。、

ROS 的短的寿命和扩散距离促使癌细胞受到破坏而很少或没有对附近健康细胞造成损伤。除了直接杀死癌细胞，PDT还表现出通过损坏肿瘤中的血管从而剥夺其营养成分而使收缩或破坏肿瘤。进一步的好处是 PDT还可激活患者的免疫系统以攻击肿瘤细胞。

已知二氧化钛经暴露于UV光而产生ROS，以及二氧化钛对UV辐射后的培养的人腺癌细胞的作用已被研究 (徐等人， 超分子科学，5(1998)，449-451)。在该研究中，透射电子显微镜 (TEM) 显示了由氧化应激引起的对细胞的细胞膜和内膜系统的破坏。认为二氧化钛颗粒产生氧化细胞的膜脂以产生过氧化剂的羟自由基，然后引发一系列的过氧化链式反应。氧化应激的恶性肿瘤细胞演变到导致其破坏的坏死状态。

用于PDT的二氧化钛和许多光敏剂被不能深度穿透人体的特定波长的光激发。因此，PDT已局限于治疗体表癌症，例如皮肤癌。

但是可使用放射疗法治疗身体其他部位的癌症，这包括使用电离辐射，例如 X射线或质子束辐射。然而，某些类型的癌症例如肾细胞癌是抗辐射的，因为所需要的破坏癌症的辐射剂量太高以致于在临床实践中是不安全的。较高剂量的辐射还与致癌风险增加有关。

WO2011/070324描述了掺杂有稀土元素的金属氧化物纳米颗粒。发现这些颗粒能使细胞在暴露于X射线辐射下死亡。

莫里森等人, 药物研究(2014) 31 :2904-2917描述了覆盖有纳米颗粒的微颗粒，其包含化疗药物。

本发明的目的是提供一种癌症治疗的新形式。

发明概述

发明人发现可生产将栓塞功效与放疗功效相结合的多通道栓塞颗粒。通过同时栓塞肿瘤血管和放疗治疗肿瘤，为治疗癌症提供了新技术。同样惊人发现本发明的栓塞颗粒包含纳米颗粒，其甚至在低氧条件下有放疗功效。

因此，本发明提供一栓塞颗粒，具有覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物。其中，金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。

本发明还提供一包含多个栓塞颗粒的组合物，其中每个栓塞颗粒包含一覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。

本发明还提供一药物组合物，包含多个本文所定义的栓塞颗粒，以及一个或多个可药用的赋形剂或稀释剂。

本发明还提供一本发明的栓塞颗粒，一本发明的组合物，或一本发明的药物组合物，与X射线辐射或质子束辐射相结合用于癌症治疗。本发明还提供一本发明的栓塞颗粒、组合物或药物组合物，用于栓塞治疗。

本发明还提供一治疗个体癌症的方法，包括：

a)向个体施用本发明的一栓塞颗粒、一组合物、或一药物组合物；以及

b)定位X射线辐射或质子束辐射于恶性肿瘤或肿瘤组织的位点或位置。

本发明还提供一制造一栓塞颗粒的方法，所述栓塞颗粒包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。所述方法包括（i）提供一微颗粒；（ii）多个纳米颗粒接触所述微颗粒；（iii）加热所述纳米颗粒和微颗粒，以形成栓塞颗粒。

附图简述

图1示出了掺杂TiO₂的Gd（TiO₂）纳米颗粒的透射电子显微图（TEMS），在两个维度上示出了大小、形状和结晶度。

图2示出了X射线能量色散（EDX）的光谱分析结果，显示掺杂二氧化钛纳米颗粒的氧化钛的存在。

图3示出了在实验室合成了各种大小的聚苯乙烯微颗粒的扫描电子显微图像(SEM) 。

图4示出了在实验室合成的聚苯乙烯微颗粒的各种大小的统计图。

图5示出了显示商业荧光39μm聚苯乙烯微颗粒的SEM图， 聚苯乙烯微颗粒覆盖有掺杂 二氧化钛的纳米颗粒。

图6示出了覆盖有掺杂 二氧化钛的纳米颗粒的聚苯乙烯微颗粒的高分辨率SEM图。

图7示出了横纹肌肉瘤细胞在暴露于X摄像之前（0灰度）以及之后（3灰度）的细胞死亡结果，所述细胞由掺杂（TiO₂-Gd）或未掺杂（TiO₂）二氧化钛纳米颗粒培养，作为自由纳米颗粒或绑定到聚苯乙烯上的纳米颗粒，或作为对照由PBS培养。所有样本为了对照而标准化。

图8示出了3Gy辐射后，海拉细胞的掺杂二氧化钛纳米颗粒的群体存活的效果。

图9示出了二氧化钛纳米颗粒存在下细胞增殖在细胞缺氧条件（0.2% 02）下的培养效果。

图10示出了依据本发明形成柱塞颗粒的方法原理图。

图11示出了掺杂二氧化钛纳米颗粒在覆盖于栓塞颗粒后仍然是有效的辐射致敏剂。

发明详述

本发明提供一包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒的栓塞颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。本发明还提供依据本发明的多个纳米颗粒。

微颗粒覆盖有多个纳米颗粒。微颗粒的表面通常覆盖有纳米颗粒。因此，微颗粒通常形成栓塞颗粒的核心，所述纳米颗粒通常形成一覆盖层或外层。纳米颗粒的覆盖层通常是连续的，也就是，微颗粒整个表面（例如，超过95%的表面）大体上覆盖有纳米颗粒。纳米颗粒的覆盖层通常包含几层纳米颗粒，且可具有超过30nm的厚度。所述覆盖层不需要额外材料来将纳米颗粒固定（覆盖）于表面，所述纳米颗粒通常直接附着于微颗粒的表面。如下述讨论，所述纳米颗粒可烧结有微颗粒，且这通常使纳米颗粒覆盖于微颗粒。

通常栓塞颗粒的核心包含微颗粒，以及栓塞颗粒的最外层包含纳米颗粒。在一些情况下，栓塞颗粒的核心可由微颗粒组成以及栓塞颗粒的最外层可由纳米颗粒组成。所述微颗粒可另外包含部分纳米颗粒或其他不同的纳米颗粒。

所述栓塞颗粒可具有1-500μm的直径，例如1-100μm直径。通常，栓塞颗粒的大小为5-100μm，或5-50μm。多个栓塞颗粒的大小分布可与下述讨论的肿瘤血管相匹配。

正如本文所使用的，单个颗粒的直径的上下文中的术语“直径”指的是具有颗粒相同体积的球面直径。因此，如果颗粒是球形的，直接或颗粒是简单的直径。如果颗粒不是球形的（如类似球形的），之后颗粒的直径是具有相同体积的球形颗粒的直径。

栓塞颗粒通常具有高球度。因此，颗粒通常是圆形的颗粒。栓塞颗粒的球度通常为0.8-1.0。球度可以按计算，其中Vp为颗粒的体积，以及Ap为颗粒的面积。优选地，球形颗粒具有1,0的球度。所有其他颗粒具有低于1.0的球度。多个栓塞颗粒的平均球度通常为0.8-1.0。所述颗粒另外可为非球形的，例如扁圆的或长椭圆的形式。栓塞颗粒通常具有光滑表面。

纳米颗粒

金属氧化物可以是二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。所述金属氧化物通常为二氧化钛（还指如二氧化钛的）。因此，金属氧化物通常为任意非晶态或晶态形式的TiO₂。TiO₂可以是金红石或锐钛矿二氧化钛。所述纳米颗粒可包含氧化锌（ZnO）或二氧化铈(CeO₂，也称为铈土)。每个纳米颗粒可包含一种或多种二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。在栓塞颗粒中的一些纳米颗粒可包含一种或多种二氧化钛、氧化锌或二氧化铈，以及栓塞颗粒中的其他纳米颗粒可包含一种或多种二氧化钛、氧化锌或二氧化铈的不同混合。

一种或多种稀土元素可以是任意合适的选择元素周期表的稀土元素。所述稀土元素包括镧系元素，以及钪和钇。因此，一种或多种稀土元素通常选自Sc, Y, La, Ce, Pr,Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm,Yb。纳米颗粒可掺杂两种或更多种稀土元素，或三种或更多种稀土元素。

一种或多种稀土元素可选自镧系元素，即La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 或者 La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm,Yb（由于放射性而排出Pm，尽管这个放射性在一些应用中是理想的）。一种或多种稀土元素可以是选自La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb中的一种或多种，两种或更多种，或三种或更多种元素。所述一种或多种稀土元素优选选自Gd, Eu, Er ,Nd。一种或多种稀土元素可包含Gd。一种或多种稀土元素可包含Eu。一种或多种稀土元素可包含Er。一种或多种稀土元素可包含Nd。优选地，一种或多种稀土元素包含Gd。所述金属氧化物可掺杂有单个稀土元素，如Gd。所述金属氧化物可掺杂有两种或更多种稀土元素。

所述稀土元素通常作为掺杂物存在于正离子形式的金属氧化物的主晶格中。当金属氧化物为二氧化铈，之后二氧化铈优选掺杂除了铈外的至少一种稀土元素。纳米颗粒可本质上由金属氧化物和稀土元素组成，例如包括大于或等于98wt%金属氧化物和稀土元素。

一种或多种稀土元素在二氧化钛、氧化锌或氧化铈的主晶格中作为掺杂剂的存在允许这些金属氧化物被 X射线或其他电离辐射如质子束辐射激发以产生自由基，例如在治疗人体或动物体中具有用途 的活性氧簇(ROS)。除了其他因素以外，掺杂金属氧化物产生的ROS的量将取决于稀土元素掺杂剂的性质和用作治疗的一部分的X射线的能量。因此，应选择当特定波长(即，能量) 的 X射线用作治疗的一部分时产生适量 ROS 的金属氧化物和稀土元素。这可通过选择强 烈吸收落入入射 X射线的能量范围的能量下的X射线的稀土元素作为掺杂剂来实现。

实际上，无论是用于放疗或用于诊断成像 ( 例如，射线照相 )，为医疗用途常规用来产生 X射线的装置往往产生具有特定范围的能量的 X射线。通常，放疗中使用的X射线的能量往往高于用于诊断成像的那些 X射线的能量。例如，放疗中使用的X射线可具有超过或等于0.04MeV的能量，正如下文所讨论的。

金属氧化物可掺杂有，如钆(Gd)。优选地，金属氧化物掺杂有钆和铕 (Eu)、铒(Er) 或钕 (Nd) 中的一种或多种。因此，可优选金属氧化物掺杂有Gd和Eu；Gd和Er；Gd和Nd；Gd、Eu和Er；Gd、Eu和Nd；Gd、Er和Nd；或Gd、Eu、Er和Nd。金属氧化物掺杂有钆、铕和铒。

金属氧化物可掺杂有，如铕。优选地，金属氧化物掺杂有铕和钆、 铒或钕中的一种或多种。因此，可优选金属氧化物掺杂有Eu和Er； Eu和 Nd；或 Eu、Er 和Nd。

金属氧化物掺杂有铒。优选地，金属氧化物掺杂有铒，和钆、铕 或钕中的一种或多种。因此，可优选金属氧化物掺杂有 Eu 和 Er ； 或 Er 和 Nd。

金属氧化物可掺杂有，如钕。优选地，金属氧化物掺杂有钕， 和钆、 铕或铒中的一种或多种。通常，金属氧化物为二氧化钛，且一种或多种掺杂元素包括钆。

通常，金属氧化物掺杂有总量从 0.1 至25mol％ (例如 7.5 至 25mol％)、优选1至 20mol％、更优选 2.5 至 15mol％、尤其是5至 13.5mol％、且甚至更优选的是7.5至12.5mol％的一种或多种稀土元素。通常，金属氧化物掺杂有一种或多种相对于金属氧化物总量的0.1 至25mol％的稀土元素。

金属氧化物掺杂有钆和至少一种其他稀土金属，其中金属氧化物掺杂有1至12.5mol％，优选从5至10mol％的量的钆。

金属氧化物掺杂有 (i) 以重量计从 3.5至12.5％的量的钆；(ii) 以重量计从0.5 至 1.5％的量的铕；和 (iii) 以重量计从0.5至1.5％的量的铒。例如，金属氧化物掺杂有 (i) 以重量计从 5 至 10％的量的钆；(ii)以重量计从0.75至1.25％的量的铕 (例如以重量计约1％)； 和(iii)以重量计从0.75至1.25％的量的铒 (例如以重量计约1％)。

金属氧化物可掺杂有，如(i) 从3.5至12.5mol％的量的钆；(ii) 从0.5 至1.5mol％的量的铕；和 (iii) 从0.5至1.5mol％的量的铒。更优选地，金属氧化物掺杂有(i) 从5至 10mol％的量的钆；(ii) 从0.75 至 1.25mol％的量的铕(例如约 1mol％) ；和(iii) 从0.75 至1.25mol％的量的铒 (例如约1mol％)。

作为一种掺杂剂或多种掺杂剂包含在金属氧化物中的一种或多种稀土元素的总量将取决于包含稀土元素的起始材料对用来制备金属氧化物的起始材料的相对摩尔量。作为掺杂剂包含在金属氧化物中的稀土元素的量可能取决于用来生产颗粒的方法，可常规地调整该方法以获得掺杂剂在颗粒中的期望量。可使用本领域技术人员熟知的技术容易地测量在金属氧化物中作为掺杂剂的稀土元素的量。稀土元素的量，例如可由X射线能量色散谱(EDX)测量。当存在本发明的多种颗粒或将其用作疗法或治疗的一部分时，以 mol％计的上述量指掺入颗粒的金属氧化物的稀土元素的平均(即，平均值 )总量。

通常所使用的纳米颗粒具有小于200nm平均直径。所述颗粒的平均直径通常测量来自透射电子显微图（TEM）。平均直径可以为（MMD）。MMD为具有一半较大质量（即，具有大于MMD的直径）和一半较小质量（即，具有小于MMD的直径）的颗粒的直径。MMD可被已知的多种技术测量。质量中位直径是一个公认的颗粒大小分布的测量方法。

通常，所用的纳米颗粒具有少于100nm的平均直径。指的是纳米颗粒具有从1到100nm的平均直径。更优选地，纳米颗粒具有从5到75nm（如，10-75nm）的平均直径，尤其是从10nm-65nm。

有用于本发明栓塞颗粒中的纳米颗粒进一步在WO2011/070324中描述，本文通过结合全部内容参考引用于此。

用于栓塞颗粒的纳米颗粒可通过任何合适方法合成，例如那些在WO2011/070324描述的方法。一通用方法如下所述。

一种或多种稀土元素组合物（如金属盐）与第一溶剂和金属氧化物前体混合（例如，金属醇盐）。与溶液混合的稀土元素组合物的量，确定引入金属氧化物主晶格中的掺杂物的量。一种或多种稀土元素总量达到25mol%可被引入金属氧化物的主晶格中。例如，一毫摩尔稀土元素盐被添加至100毫摩尔金属氧化物前体，以产生掺杂有1mol%稀土元素的金属氧化物颗粒。

所述溶液之后可被逐滴地添加至第二溶剂，可选择地同时大力搅拌。组合物可搅拌进一步时间（例如从1到15分钟）且之后沉淀物允许沉淀下来。浮层可之后移动，且沉淀物被第三溶剂清洗和搅拌进一步时间（例如从1到20分钟）。浮层通常最终由过滤收集，且之后选择性地在半充满dd H20的管子内高压蒸汽处理。剩余的悬浮液通常之后干结，样本选择性地着陆。剩余的纳米颗粒如在温度300°C 至1000°C的温度下，可最终被引发1到10小时时间。

所述稀土元素组合物通常是稀土元素盐。因此，稀土元素组合物通常是稀土元素的卤化物，硝酸盐，硫酸盐或醋酸盐。优选地，稀土元素组合物是稀土元素的硝酸盐。为盐的稀土元素化合物可以以水合物的形式。例如，一种或多种稀土元素盐可选自硝酸根(III)六水合物、硝酸根(III)硝酸盐、硝酸根(III)硝酸酯、硝酸铵、硝酸钠和二氧化氮(III)硝酸酯。

金属氧化物前体可以是任何合适的金属氧化物组合物的前体，即在合适条件下，通常在水解作用下转换为金属氧化物的任意组合物。所述金属氧化物前体通常为包含金属或金属盐的有机金属化合物。例如，金属氧化物前体可以是金属一氧化二氮或硝酸金属。所述二氧化钛的前体通常为钛醇盐，例如钛(IV)异丙氧或钛(IV)乙氧化合物，优选为钛(IV)异丙氧或钛。二氧化铈的前体通常为硝酸铈。氧化锌前体通常为硝酸锌。

所述第一、第二、第三溶剂可以是任意合适的溶剂。每个溶剂可以是极性溶剂或非极性溶剂。通常，所述第一、第二或第三溶剂是极性溶剂。极性溶剂的示例包括水、酒精溶剂（如甲醇，乙醇，n-丙醇，异丙醇和n-丁醇）、醚溶剂（如二甲基乙醚、二乙醚、四氢呋喃）、酯溶剂(如乙酸乙酯)、羧酸溶剂(如甲酸和乙二酸)、 酮类溶剂(如丙酮)、酰胺溶剂(如二甲基甲酰胺和二乙基甲酰胺)、胺溶剂(如三乙胺)、硝化溶剂(如乙腈)、亚砜溶剂(二甲基亚砜)和卤化溶剂(如二氯甲烷、氯仿和氯代苯)。所述第一、第二或第三溶剂可选自极性质子溶剂。极性质子溶剂的示例包括水、甲醇，乙醇，n-丙醇，异丙醇，正丁醇，甲酸，乙酸。非极性溶剂的示例包括烷烃(戊烷和己烷)，环烷烃(如环戊烷和环己烷)和砂(如苯、甲苯和二甲苯)。优选地，所述溶剂为极性溶剂。更优选地，所述溶剂为极性质子溶剂。极性质子溶剂的示例包括酮类溶剂(如丙酮)、酰胺溶剂(如二甲基甲酰胺和二乙基甲酰胺)、硝化溶剂(如乙腈)、亚砜溶剂(二甲基亚砜)和卤代溶剂(如二氯甲烷、氯仿和氯仿)。

通常，所述第一、第二或第三溶剂包括极性质子溶剂，如酒精。所述第一溶剂通常包括很少的水，如少于体积的5%（或少于1%）。因此，所述第一溶剂可以是无水的。所述第一溶剂可选自甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇和丁醇，例如选自干甲醇，干乙醇，干丙醇，干异丙醇和干丁醇。

所述第二溶剂通常包括水。所述第二溶剂还可包括酒精，例如甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇和丁醇，优选为异丙醇。所述第二溶剂可因此为水/异丙醇混合，例如体积/体积比(v/v)从10/90 到 90/10 或从40/60 到60/40。所述水/异丙醇混合通常约为50/50 v/v。

所述第三溶剂可以是任意合适的溶剂，适用于清洗纳米颗粒，例如乙醚或酒精，如异丙醇。

例如，所述方法可如下：一种或多种稀土元素金属组合物选自六水合硝酸钆(III)、水合硝酸铕(III)、五水合硝酸铽(III)、六水合硝酸钕和五水合硝酸铒(III) 悬浮在10mL 的异丙醇钛(IV) 中，悬浮在1到100ml的钛(IV)异丙醇盐中，然后加入10-100mL 干异丙醇。

悬浮在溶液中的稀土金属组合物的量决定了引入到二氧化钛主晶格中的掺杂剂的量。可向二氧化钛的主晶格中引入总量多至25mol％的一种或多种稀土元素。例如，向100毫摩尔的异丙醇钛中加入1微摩尔的硝酸钆以产生掺杂有1mol％钆的二氧化钛颗粒。

所述溶液之后可逐滴加入50/50 (v/v)水/异丙醇混合，同时大力搅拌。。再搅拌组合物一段时间（如5 分钟），然后允许沉淀物沉淀。去除上清液并用200mL 异丙醇洗涤沉淀并再搅拌一时间（如10 分钟）。随后通过过滤收集上清液，然后在一半填充有ddH2O 的管中高压灭菌。然后将浆体保持在100℃下直到干燥。将样品研磨成细粉并随后在不同温度下锻烧( 例如，700℃下3 小时)。

所述纳米颗粒还可由火焰喷雾热解法（FSP）产生。FSP是一有希望的技术，能快速、有规模合成纳米颗粒。前体被溶解或扩散在高放热溶剂中，并在火焰中燃烧。颗粒形成机制是基于气体转化为物质的准则，且能被分为四个主要步骤：（i）前体喷雾蒸发/分解形成金属蒸汽；（ii）过度饱和后成核；(iii) 聚结和烧结增长;以及（iv）粒子聚集/凝聚。

通过火焰喷雾热解法制造纳米颗粒通常包括（i）喷射组合物包括一溶剂和一种或多种前体组合物（选择性通过出口或喷嘴）以产生许多滴剂，以及（ii）燃烧组合物的滴剂来形成纳米颗粒。溶剂通常为高度放热的溶剂，例如易燃的有机溶剂。例如，溶剂可包括甲醇或乙醇。一种或多种前体化合物通常包括金属的氧化物、醇盐或羧化物，以形成纳米颗粒。例如，一种或多种前体组合物可包括钛(IV)异丙醇盐，一种或多种选自六水合硝酸钆(III)、水合硝酸铕(III)、五水合硝酸铽(III)、六水合硝酸钕和五水合硝酸铒(III)。FSP制成的纳米颗粒可通过过滤收集。在FSP制造后，纳米颗粒可被热量引燃，从300°C加热到800°C温度，0.1-5小时。

微颗粒

栓塞颗粒包含纳米颗粒覆盖于上的微颗粒。所述微颗粒可以是任意适合用于栓塞颗粒的微颗粒。微颗粒通常是适合单独作为栓塞颗粒使用的微颗粒。

通常，微颗粒具有从0.1 到500 μm的直径，例如，从1 到500 μm。优选地，微颗粒具有从10到20μm的直径。例如，微颗粒可具有从10到100μm的直径，例如从20到 90 μm,从10到80 μm, 从20 到 60 μm, 或从30 到50 μm。通常，微颗粒具有从10到60μm的直径。

制造纳米颗粒的材料通常为惰性材料，例如在暴露于大气环境下或潮湿下不可能发生反应的材料。微颗粒通常为生物惰性。微颗粒通常包含一种或多种选自聚合物、金属和无机化合物的材料。微颗粒通常包含大于80 wt%, 90 wt% 或95 wt%选择聚合物、金属、无机化合物中的材料。优选地，微颗粒包含聚合物。微颗粒可包含大于80 wt%, 90 wt% 或95wt%的聚合物。微颗粒可本质上由聚合物组成（例如，大于99 wt%）。

合适聚合物的示例包括聚烯醇，聚炔，聚醚，聚酰胺，聚酯和聚丙烯酸酯。这些中的每个可以是聚合物（即，由单一单体组成的单体）或共聚物（即，由两种或多种不同类型的单体组成）。共聚物包含两个或多个单体单元，其中至少一个单体来源于烯烃，可称为聚烯。聚烯烃的示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯、乙烯基苯共聚物、聚氯乙烯、乙烯基、聚甲基戊烯、聚丁烯、聚异丁烯、乙烯丙烯橡胶、乙烯丙烯二烯橡胶。聚炔的示例包括聚乙烯和聚丙基。聚醚的示例包括聚乙二醇和聚苯醚。聚酰胺的示例包括聚酰胺4，聚酰胺6，聚酰胺44和聚酰胺66。聚类的示例包括聚苯二酯和聚丁烯二苯二酯。聚丙烯酸酯的示例包括多聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚丙烯酸(甲基丙烯酸甲酯)。

微颗粒可包含金属，通常金属为在大气环境下惰性氧化。例如，金属可选自如Fe,Cu, Zn, Ni, Co, Cr, Mn, Ag, Au, Al, Pt, Pd, Rh 和V的金属。

微颗粒可包含无机化合物，所述无机化合物通常为不能溶解的。无机化合物可如二氧化硅和氧化铝。

优选地，微颗粒包含聚合物或共聚物。微颗粒可包含大于90wt%或大于95wt%的聚合物或共聚物。通常，微颗粒包含一种或多种选自聚烯，聚丙烯酸酯，聚酯和聚醚的聚合物或共聚物。

优选地，微颗粒包含由苯乙烯单体单元形成的聚合物或共聚物。微颗粒还包含苯乙烯和苯乙烯的聚苯乙烯或共聚物，例如丙烯酸或制成二乙烯基苯。例如，微颗粒可包含苯乙烯和双丙烯酸酯的共聚物，双丙烯酸酯可选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、丙烯二丙烯酸酯、聚乙二醇(乙二醇)二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(乙二醇)双丙烯酸酯、聚乙二醇(丙二醇)二甲基丙烯酸酯。优选地，所述微颗粒包含苯乙烯和乙二醇二甲基丙烯酸酯的共聚物，或聚苯乙烯的聚合物。聚合物或共聚物的分子量可为任意合适值。

用于微颗粒的聚合物可通过苯乙烯和乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）的悬浮共聚获得。例如，油相由将苯乙烯和EGDMA与触发器如偶氮二异丁腈（AIBN; Aldrich）混合。所述油相之后被加入到聚乙烯醇水溶液。

纳米颗粒的覆盖层厚度通常从10到300nm。例如，纳米颗粒的覆盖层厚度可从10到100nm，或从20nm到80nm。栓塞颗粒可包含从纳米颗粒的0.1至50 wt%，例如从1 到 10 wt%。

栓塞颗粒的附加形态

其他特征可被引入本发明的栓塞颗粒中，因此制造多通道栓塞颗粒。例如，栓塞颗粒还可融合显像剂，如荧光团或重金属，如钽，作为x光造影剂(非磁性，使患者能够接受MRI)，或与化学栓塞结合(一种介孔二氧化硅纳米颗粒和二氧化钛纳米颗粒的组合物)。

例如，栓塞颗粒还可包含多个不透射线的纳米颗粒。通常，不透射线的纳米颗粒为相对X射线不透的。不透射线的纳米颗粒是栓塞颗粒覆盖层的形成部分，或他们形成微颗粒的部分。通常，不透射线的纳米颗粒成为微颗粒的一部分。因此，不透射线的纳米颗粒可形成栓塞颗粒核心的部分，例如通过整合到微颗粒的结构。不透射线的纳米颗粒通常通过将不透射线的纳米颗粒添加至产生微颗粒的反应组合物来整合到微颗粒中。

不透射线的纳米颗粒通常包含氧化钽、金或铋(III)硫化物。优选地，不透射线的纳米颗粒包含氧化钽。不透射线的纳米颗粒可具有从10至100nm的平均直径。

包含氧化钽的不透射线的纳米颗粒可通过欧等人, 美国化学社会杂志2011; 133(14):5508-5515描述的方法制造。通常，氧化钽纳米颗粒通过水解乙醇钽(V)来制得。

栓塞颗粒还可包括0.1至10 wt%的不透射线的纳米颗粒。

栓塞颗粒还选择性地或另外包含化疗剂。所述化疗剂可以是任何合适的化疗剂。例如，化疗剂可以是一种或多种选自烷基化剂，抗代谢物，抗微管剂，拓扑异构酶抑制剂和细胞毒性抗生素的制剂。所述化疗剂可选自蛇绿素A，蛇草生物碱，生物碱，紫杉醇，二氢叶酸还原酶抑制剂，胸腺嘧啶酶抑制剂，腺苷酸酶抑制剂，硫代氨酶抑制剂，DNA聚合酶抑制剂，低脂酶抑制剂，喜树碱，氮芥，亚硝基脲，卡铂，铂化合物和奈达铂。

所述化疗剂通常整合到栓塞颗粒中的纳米颗粒。栓塞颗粒因此还包括多个具有化疗剂的纳米颗粒。

包含化疗剂的纳米颗粒通常覆盖于微颗粒的表面。因此，微颗粒上的覆盖层可包含掺杂有上述描述的金属氧化物纳米颗粒的稀土元素组合物，和具有化疗剂的纳米颗粒。

包含化疗剂的纳米颗粒通常为二氧化硅纳米颗粒。包含化疗剂的纳米颗粒可具有从10到100nm的平均直径。二氧化硅纳米颗粒通过水解原硅酸四乙酯制得（如霍等人, 斯莫尔. 2010; 6(11): 1185-90所描述的）。包含化疗剂的纳米颗粒可如莫里森等人, 药物研究(2014) 31 :2904-2917描述。

栓塞颗粒可选择性地包含从0.1至10wt%的化疗剂。

用于本发明的纳米颗粒可选择性地包含至少一靶向部分。通常，所述靶向部分为缩氨酸，一种多肽，一种核酸，一种核苷酸，一种脂质代谢物，一种抗体，一种受体配体，一种配体受体，一种激素，一种糖，一种酶，一种维生素等类似的。例如，所述靶向部分可选自药物(如曲妥珠单抗，吉非替尼，PSMA，西马替尼，伊马替尼，吉妥珠单抗，利妥昔单抗，阿仑单抗，西妥单抗)，DNA拓扑异构抑制剂，抗代谢物，疾病细胞周期靶向化合物，基因表达标记，肽（如信号肽，黑素细胞刺激激素(MSH)肽），核苷酸,抗体（如抗人类表皮生长因子受体2(HER2)抗体，单克隆抗体C225，单克隆抗体CD31，单克隆抗体CD40），反感分子， siRNA，谷氨酸五肽，模拟葡萄糖，亚胺酸，血管抑制素，卡他滨，脱氧胞苷，富勒烯，赫赛汀，人类血清白蛋白，乳糖，喹唑啉，萨立多胺，转移林和三甲基赖氨酸。

优选地，所述靶向部分是核定位信号(NLS)肽。NLS肽的示例为PPKKKRKV或CGGFSTSLRARKA。优选地，NLS肽是CGGFSTSLRARKA。

组合物

本发明还提供包含多个栓塞颗粒的组合物，其中每个栓塞颗粒包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中，所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。栓塞颗粒还可如上文所定义的。

组合物中的栓塞颗粒的颗粒大小分布为任意合适分布。通常，栓塞颗粒具有10-200μm平均直径。

本发明栓塞颗粒的颗粒大小分布可多样的，紧密相对于发现于多种肿瘤中的血管直径的分布，因此更有效地在肿瘤内闭塞血管。这使得理想的血管有效栓塞。一实施方式，依据本发明的多个栓塞颗粒具有与在肿瘤内治疗的血管平均直径近似等值（例如，90%和100%之间的值）的平均直径。例如，栓塞颗粒的平均直径可以从15到200pm，从10到100pm，或从20到50μm。

下述表一示出了在各种肿瘤中血管直径的示例。

表一

制药成分和使用

本发明还提供包含多个文本所定义的栓塞颗粒的药物组合物，和一种或多种可药用的赋形剂或稀释剂。本发明栓塞颗粒通常不经肠道地被施用，无论是皮下注射，静脉注射，肌内注射，皮内注射，经皮注射，还是输注技术。因此，药物组合物通常适用于不经肠道的施用。优选地，药物化合物适用于静脉注射用。

悬浮液和乳剂可包含赋形剂，例如天然树胶，琼脂，海藻酸钠，果胶，甲基纤维素，羧甲基纤维素，或聚乙烯醇。用于肌肉注射的悬浮液或溶液可包含，伴有活性组合物的可药用的稀释剂，如无菌水、橄榄油、油酸乙酯，乙二醇，如丙二醇，如果需要以及和适量的盐酸利多卡因。

注射或输入溶液可包含稀释剂，如无菌水或优选地呈无菌、水、等渗盐水溶液的形式。

通常，栓塞颗粒在药物组合物中的浓度为从100颗粒/ml到10¹⁰颗粒/ml，例如从104颗粒/ml to 108 颗粒/ml。通常，栓塞颗粒在药物组合物中的总数可从10到106, 或从20到10000。

通常，药物组合物将包含本发明药用效果的大量颗粒。本领域技术人员可知颗粒和包含所述颗粒的药物化合物的剂量因病人的不同而不同。确定优选的剂量通常涉及平衡通过栓塞治疗的疗效等级与ROSs抵抗任何风险或有害副作用的缓解。所选的剂量等级将取决于多种因素，包括路径施用、时间施用、颗粒排泄率、治疗持续时间、混合用的组合物和/或材料、条件的严重度、以及病患的物种、性别、年龄、体重、条件、总体健康状况和之前病史。颗粒量和施用路径将最终由医生、兽医、临床医生判定，尽管通常的剂量被选择以取得动作位的局部浓度，来取得理想效果。

本发明还提供本文所定义的用于癌症治疗的栓塞颗粒，结合X射线辐射或质子束辐射。通常，治疗与X射线辐射相结合。癌症通常为肺，肝脏，肾，膀胱，乳房，头部和颈部，大脑，卵巢，前列腺，肠，结肠，直肠，子宫，胰腺，眼睛，骨髓，淋巴系统或甲状腺的癌症。

本发明栓塞颗粒包含被发现在低氧条件下呈放疗效果的纳米颗粒。传统的放疗效力是依赖于供给肿瘤细胞充足氧气；但是，现在已确定的人类的固体肿瘤包含大量的低氧细胞。肿瘤内可见的慢性低氧经常指扩散限制缺氧，自产生于巨大的血管间距离，该距离超过了氧气扩散限制（大约在75和200μm间）。另外，短暂的“严重的”血流限速缺氧可因血管内血流不稳定产生，其导致血流回某一区域的一段时间减少或受阻。当组织变得缺氧，几个信号通路被激活，改变细胞行为来使得其适应缺氧。这些包括用于能量产生的无氧糖酵解的能力提高，以及血流中体内调节变化和促进血管生成增强。但是，放疗的情况下，在辐射期间或毫秒内的氧气的浓度为临界的，确定DNA损坏和随后生物响应，相比于缺氧细胞给定剂量的生物效果显著大于氧气充足的细胞。X射线氧气增强比（OER，定义为在缺氧下的剂量率，相比充气条件下所需产生相同生物效果）值在2.5和3.5之间，通常被报道有一系列生物端点，包括群体生存。使用在缺氧下（还和常氧条件下）辐射致敏剂的放疗效力的增强将是取得显著治疗结果的希望之路。许多用于缺氧细胞的辐射致敏剂如文献所描述。这些主要是硝基咪唑类，其被发现在放疗过程中具有氧气模拟效用（亚当斯 GE: 癌症(ed 6). 纽约, NY, F.F.贝克尔 普林出版社, 1977; 瓦德曼 P: 临床肿瘤学(R Coll Radiol)2007; 19: 397- 417）。但是，大部分临床试验未能成功使用这些致敏剂证明其显著效用，主要因为不理想的副作用，如神经毒性(卡安德 JH, 布申克 J, 范得 克格尔 AJ: 研究放射肿瘤学 2004, 14: 233-240)。掺杂二氧化钛纳米颗粒，在常氧情况下的活动如汤利HE,拉帕 E, 维克菲尔德 G, 多布森 P., 纳米医学 2012; 8; 526-36所描述。当来自二氧化钛的电子产生不依赖于氧分子产生时，我们试图调查是否是纳米颗粒在低氧条件下仍显示有效的放疗。

待治疗的癌症可因此与包含低氧肿瘤细胞的肿瘤组织相关联。如果肿瘤组织是癌细胞的特征，即如果肿瘤由癌细胞引起，癌症与肿瘤细胞相关联。低氧肿瘤细胞为具有相较于常氧细胞具有较低浓度的肿瘤细胞。低氧肿瘤细胞因此包括缺氧肿瘤细胞，即大体上具有氧浓度为0.0的细胞。通常，在低氧细胞内的氧气的部分压力p0₂至少为3 mmHg，低于常氧细胞内的p0₂，例如至少10 mmHg，低于常氧细胞内的p0₂ 。通常，这导致低氧细胞内的p0₂低于80 mmHg，例如在20-60mmHg，或例如从20-40mmHg。低氧可以是扩散限制缺氧，源于肿瘤内的大间隔距离。低氧可为短暂的“严重的”血流限速缺氧，因血管内血流不稳定。血流限速缺氧可由于栓塞治疗发生，且因此显著好处是本发明栓塞颗粒中的纳米颗粒在低氧情况下是放疗活跃的。

本发明还提供药物组合物，如本文用于治疗本文定义的癌症，与X射线辐射或质子束辐射相结合。

依据本发明癌症治疗，栓塞颗粒具有栓塞肿瘤和通过制造ROS来放疗治疗肿瘤的结合效果。栓塞颗粒聚集在肿瘤的脉管系统中。这同时栓塞肿瘤，且还将颗粒定位在肿瘤的位置，以使用X射线（或质子束）进行准确肿瘤（癌细胞位）治疗。

结合X射线辐射的癌症治疗通常包括：

a）不经肠道地施用组合物或药物组合物，以符合治疗；以及

b）定位X射线辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置。

结合质子束辐射的癌症治疗通常包括：

a）不经肠道地施用组合物或药物组合物，以符合治疗；以及

b）定位X射线辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置。

通常，通过向肿瘤组织中注射或在癌症位点或位置注射对受治疗者施用颗粒后直接进行将X射线辐射定位到癌症位点或位置或肿瘤组织的步骤。在某些情况下，在将X射线辐射或质子束辐射定位到该位置前，使颗粒遍布肿瘤组织，癌症部位或脉管系统的短的时段可能是必要的。通常，在对受治疗者施用颗粒或药物组合物后1小时内进行将X射线辐射（或质子束辐射）定位到癌症位点或肿瘤组织的步骤。优选地，在对受治疗者施用颗粒或药物组合物后45分钟内、优选之后30分钟内、特别是之后15分钟内、尤其是之后10分钟内、甚至更优选之后5分钟内或施用之后立即进行将X射线辐射定位到癌症位点或位置或肿瘤组织的步骤。

施用到个体的组合物通常包含总量从10到106或从20到10000栓塞颗粒。通常，所施用的组合物包括从20到1000的栓塞颗粒，如从40到400的栓塞颗粒。

通常，个体暴露于总X射线剂量从1到200Gy或20到70Gy,例如40到50Gy。单个X射线剂量可以从0.1到10Gy。通常，本发明的用于治疗癌症的治疗或方法包括将1.0至3.0Gy，优选1.5至2.5Gy剂量，更优选1.8至2.0Gy剂量的X射线辐射定位到癌症位点或位置或肿瘤组织。期望这种小的频繁的剂量给予健康细胞生长以修复辐射导致的任何损伤的时间。质子束辐射剂量可以从1至2000Gy，1至500Gy或任意上述提供的剂量。

通常，本发明用于治疗癌症的疗法或方法中的X射线辐射具有0.005 MeV 至10MeV能量。高能量X射线（如大于1MeV）可有时指伽马射线。X射线辐射可具有从0.005 MeV至1MeV的能量，或从0.05 MeV至0.2 MeV的能量。例如，依据本发明的癌症治疗可使用具有大于或等于0.01MeV能量的X射线辐射。另外，治疗可使用具有大于或等于1MeV能量的质子束辐射，例如从70至250MeV。用于癌症治疗的X射线辐射的能量通常大于或等于0.05MeV，例如大于或等于0.06MeV，或大于或等于0.06MeV。治疗癌症的X射线横梁可以从0.04至0.1MeV，或从0.06至0.09MeV。依据本发明用于癌症治疗的X射线能量通常具有高于成像目的使用的能量。

定位X射线辐射或质子束辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置的步骤，通常激励癌细胞或肿瘤组中的位点或位置下的栓塞颗粒的纳米颗粒中的金属氧化物，以产生在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置下的活性氧物种。

所述方法还包括在将X射线辐射定位到癌症位点或位置或肿瘤组织之前检测癌症位点或位置或肿瘤组织存在或不存在本发明的颗粒或多种颗粒的步骤。通常，检测癌症位点或位置或肿瘤组织存在或不存在颗粒或多种颗粒的步骤包括定位X射线于位点或位置，以获得X射线图像。所述X射线图像可之后用于确定癌细胞或肿瘤组织是否存在或不存在于位点或位置。对于诊断实用，个体暴露于X射线的时间从1秒到30分钟，优选地从1分钟到20分钟，以及最优地从1秒到5分钟。

结合X射线辐射（或质子束辐射）的癌症治疗可例如，包括：

a）施加，优选地不经肠道施加组合物或药物组合物给待治疗的个体；

ai）允许栓塞颗粒聚集在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置；

aii）选择性地检测栓塞颗粒是否存在于或不存在于癌细胞或肿瘤组织上的位点或位置；以及

b）定位X射线辐射（或质子束辐射）于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置。

所述栓塞颗粒一般聚集在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置，通过栓塞脉管系统在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置中。这同时限制血流入肿瘤且将栓塞颗粒放置在肿瘤的合适位置，以放疗地治疗暴露于X射线或质子束的癌细胞。因此，结合X射线辐射（或质子束辐射）治疗癌症，依据本发明，通常包括允许栓塞颗粒将脉管系统栓塞于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置中的步骤。确实，步骤（ai）前段描述的示例可包括：允许栓塞颗粒聚集在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置，并将脉管系统栓塞于上述癌细胞或肿瘤组织中。

步骤（a）通常包括静脉注射地施加多个栓塞颗粒或药物组合物至待治疗个体。

优选地，步骤（a）包括静脉注射地施加多个栓塞颗粒或药物组合物进入待治疗主体的血流中的癌细胞或肿瘤组织的位点或位置当下或之前。本文所使用的术语“在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置之前”指的是自癌细胞或肿瘤组织的位点或位置起的血流中的上游，即在脉管系统中血流从远离心脏流向癌细胞或肿瘤组织的位点或位置的位置。

栓塞颗粒还可用于本文所定义的直接注射入肿瘤主体内的掺杂的纳米颗粒相一致。

本发明还提供一治疗个体癌症的方法，包括：（a）施加本文所定义的栓塞颗粒、组合物或药物组合物于个体；以及（b）定向X射线辐射或质子束辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置。这个方法还可被定义用来上述描述的癌症治疗。通常，（a）包括静脉注射地施加本文所定义的一栓塞颗粒、多个栓塞颗粒或药物组合物于个体。优选地，（a）包括静脉注射地在癌细胞或肿瘤组织的当下位置或在位点或位置之前，施加本文所定义的栓塞颗粒、组合物或药物组合物于待治疗的个体的血流中。

本发明还提供文本所定义的栓塞颗粒、组合物或药物组合物的使用，用于本文所定义的癌症治疗中使用的药剂生产，与X射线辐射或质子束辐射相结合。

本发明还提供本文所定义的栓塞颗粒、组合物或药物组合物，用于栓塞治疗方法。栓塞治疗通常包括于癌细胞或肿瘤组织的当下位置或，位点或位置之前，静脉注射多个栓塞颗粒或药物组合物入待治疗个体的血流中。

结合X射线（或质子束）辐射的癌症治疗可同时在栓塞治疗中完成。因此，本发明还提供本文所定义的栓塞颗粒、组合物或药物组合物，用于结合本文所定义的癌症治疗的栓塞治疗方法，所述癌症治疗结合本文所定义的X射线辐射或质子束辐射。

制造栓塞颗粒的方法

本发明还提供一制造栓塞颗粒的方法，该栓塞颗粒包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中，所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或氧化铈，

其中方法包括：

（i）提供一微颗粒；

（ii）将微颗粒接触有多个纳米颗粒；以及

（iii）加热微颗粒和纳米颗粒以形成栓塞颗粒。

所述栓塞颗粒可在本文被进一步定义。所述纳米颗粒可在本文被进一步定义。所述微颗粒可在本文被进一步定义。

通常，（i）包括提供多个纳米颗粒。通常，（ii）包括将多个纳米颗粒与微颗粒混合，例如多个微颗粒与多个纳米颗粒混合。微颗粒和纳米颗粒通常在固态状混合。因此，包含多个微颗粒的固体组合物（如粉末）可与包含多个纳米颗粒的固体组合物（如粉末）相混合。纳米颗粒的体积通常大于混合物中微颗粒的体积。纳米颗粒的较大体积是合适的，使得纳米颗粒和微颗粒的过多量能在步骤（iii）前或期间被完全覆盖。纳米颗粒的过多量也有助于产生单个栓塞颗粒，而不是一堆聚集的栓塞颗粒。微颗粒相对于纳米颗粒（微颗粒：纳米颗粒）的体积/体积（v/v）比通常为1:1至1:20。例如，比可为1:5至1:15，或1:8至1:10（v/v）。

栓塞颗粒通过加热微颗粒与纳米颗粒的组合物而形成。这使得纳米颗粒彼此绑定于和/或绑定于微颗粒的表面，以形成栓塞颗粒。通常，微颗粒包含聚合物（例如由苯乙烯单体单元形成聚合物或共聚物），以及（iii）包括在一定温度下加热微颗粒和纳米颗粒，所述温度高于聚合物的玻璃转换温度。通常，（iii）包括在从150°C 至300°C的温度下加热微颗粒和纳米颗粒。温度可以从200°C至 250°C, 例如约230°C。加热通常从5到60分钟完成，例如，从10到20分钟。

栓塞颗粒形成后，他们通常与混合物相隔离，例如，通过筛选或通过使用密度梯度，来去除较大栓塞颗粒以及留下过多量纳米颗粒。

生产方法的示例如下。微颗粒与纳米颗粒以从1:5至1:15（v/v）比例组合。纳米颗粒之后烧结于微颗粒的表面，通过从200°C到250°C加热混合物。这可在每分钟5°C 到10°C的缓变率下在火炉内完成。混合物置于200°C到250°C下5到20分钟。栓塞颗粒可之后被过多量的纳米颗粒分离，使用包含60%和15%蔗糖的蔗糖密度梯度和离心法（例如9,000 rpm下1小时）。包含覆盖有微颗粒的带被提取、分离、清洗。最终准备好的颗粒在真空下通宵干燥。用于本发明的纳米颗粒可在合成或后期合成下被添加至微颗粒表面。

另外，步骤（iii）还包括添加组合物至微颗粒和纳米颗粒，组合物绑定纳米颗粒至微颗粒的表面。添加的组合物可为粘合剂，例如聚乙烯醇，环氧化物，聚氨酯，或甲基丙烯酸酯溶液。添加的组合物可为树脂组合物。

本发明还提供通过本文描述的制造栓塞颗粒的方法获得的栓塞颗粒。

本发明通过下述示例被进一步详细描述。

示例

掺杂纳米颗粒的制造

准备包含掺杂稀土元素钆的二氧化钛的纳米颗粒。这些颗粒的制造方法如下:

六水合硝酸钆(III)悬浮在10Ml的钛(IV)异丙醇盐中，且之后加入30mL干燥的异丙醇。

悬浮在溶液中的稀土金属化合物的量决定了引入到二氧化钛主晶格中的掺杂剂的量。可向二氧化钛的主晶格中引入总量多至25mol％的一种或多种稀土元素。例如，向34毫摩尔的异丙醇钛中加入340微摩尔的硝酸钆以产生掺杂有1mol％钆的二氧化钛颗粒。

然后将溶液逐滴加入500mL的50/50(v/v)水/异丙醇混合物中同时用力搅拌。再搅拌混合物5分钟，然后允许沉淀物沉淀。去除上清液并用200mL异丙醇洗涤沉淀并再搅拌10分钟。随后通过过滤收集上清液，然后在一半填充有ddH2O的管中高压灭菌。然后将浆体保持在100℃下直到干燥。将样品研磨成细粉并随后在不同温度下锻烧(例如，700℃下3小时)。

当使用替代性稀土金属硝酸盐化合物时可使用上述方法制备其他稀土掺杂的二氧化钛颗粒。当使用铈或锌酮化物例如乙酰丙酮锌或乙酰丙酮铈作为起始材料时，也可使用上述方法制备稀土掺杂的氧化铈或氧化锌。

TEM图像示出了掺杂钆的二氧化钛纳米颗粒的大小和大小分布（图1上部）以及他们的结晶度（图1下部）。EDX追踪（图2）确认了钆存在于二氧化钛纳米颗粒中。

掺杂的纳米颗粒还使用火焰喷雾热解法（FSP）合成，以确认此方法也是可行的。在通常试验中，在TiO₂的5 at%Gd中二氧化钛和钆前体的合适量被添加至溶剂，并搅拌1小时。溶液通过喷嘴喷射。喷射根据前体注射速度和O₂气体扩散率决定， 喷雾由甲烷和氧气比例各自设置在1.5和3.2L/min下引燃的火焰点燃。前体燃烧产生的粉末在真空下被收集至玻璃纤维滤纸。最终，白粉末在500 °C下燃烧2小时。

掺杂纳米颗粒上的偶氮胂III（Arsenazo III）试验

由FSP制备的掺杂有5%钆的二氧化钛纳米颗粒被覆盖有二氧化硅（Ti02@5%Gd (FSP)@Si），并利用Arsenazo III试验分析钆滤出。样本再次悬浮于超纯水中，超声处理并过滤。样本被稀释（1:401），且用于样本的三个UV-VIS光谱被收集。吸光度值检测为在300nm。基于P25的校准曲线，过滤后样本的初始浓度被计算（5.45 mg/mL）。500μm样本被注射至Slide-A-Lyzer Dialysis Cassette（ThermoScientific），且透析超纯水（55 mL），在室温下恒定搅拌。六水合硝酸钆（III）在正向对照实验中被用作游离钆源。500μm的氯化六水合钆（III）（0.788 mg/mL）被注射入Slide- A-Lyzer Dialysis Cassette（ThermoScientific 赛默飞世尔科技），且透析超纯水（55 mL），在室温下恒定搅拌。另外，, 500 μL未覆盖Ti02@5%Gd(FSP) (5.45 mg/mL)的样本被注射入Slide- A-Lyzer Dialysis Cassette（ThermoScientific），且透析超纯水（55 mL），在室温下恒定搅拌。

水（"渗水"）在透析一天之后至十四天，被评估为游离钆。测量样本通过混合100 μL 0.2 mM Arsenazo III和900μL渗水制备。原坯通过混合100 μL 0.2 mM Arsenazo III和900μL超纯水制备。所有渗水样本收集来通过感耦等离子体质谱法(ICP-MS)进一步分析。

微颗粒

聚苯乙烯微颗粒既可在实验室制备，也可用于商业标准。微颗粒可以各种大小制造或购买。阻塞血管的大小的直径范围从供肿瘤的主血管到较小的内部血管（参见上述表一）。微颗粒因此作为直径的异构集合（图3、4）提供，或作为以较严格控制的直径（图5），取决于准确应用和阻塞的目的点。

聚苯乙烯微颗粒即可在实验室合成，也可从杜克科技购买，如干燥的绿色荧光40μm聚苯乙烯二乙烯基苯珠。聚苯乙烯微颗粒的合成通过苯乙烯和乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）悬浮共聚实现，如艾哈拉 H等人之前所描述的。 (材料化学与物理. 2009;1 14(1): 1-5) 和内村 A等人. (材料化学与物理. 2011; 129(3):871-80)。通过混合2.5ml苯乙烯(Aldrich)，2.5ml EGDMA (Aldrich)和50mg偶氮二异丁腈(AIBN; Aldrich)制造油相。所述油相之后添加至在圆底烧瓶内30ml的水4 wt. %的聚乙烯醇（PVA, 87-90% 水解,平均分子量30,000-70,000; Aldrich）。在室温下，以250rpm搅拌混合物一小时，并之后在60°C维持24小时。颗粒通过离心法被收集，在ddH20冲洗两次，再次悬浮在30 ml ddH20中，回流一夜以去除任意剩余的PVA。颗粒之后通过离心法收集，由甲醇冲洗两次，并在真空下干燥。

栓塞颗粒的制造

实验室合成的聚苯乙烯微颗粒和购买的聚苯乙烯微颗粒，每个覆盖有掺杂钆的二氧化钛的纳米颗粒。

微颗粒以1:9比率（v/v）混合纳米颗粒。二氧化钛纳米颗粒之后通过加热混合物至230°C而烧结于聚苯乙烯微颗粒的表面，此温度高于聚苯乙烯微颗粒的玻璃转换温度。在磺烃塑料RWF 1200火炉中，以每分钟7度的缓变率烧结。混合物在230°C下保持15分钟，以限制掺杂的二氧化钛纳米颗粒的结晶相的有效变化。掺杂的二氧化钛纳米颗粒覆盖在微颗粒上，使用包含60%和15%蔗糖的蔗糖密度梯度及以每小时9000转的速度离心与过量的纳米颗粒分离。包含覆盖微颗粒的带被提取，离心且在ddH20中清洗三遍以去除蔗糖。最终，制备的颗粒在真空下一整晚干燥。

TEM被用于测量掺杂有钆的二氧化钛纳米颗粒的大小、表面形态和晶体结构。TEM使用装配工作于200 keV主电子束能量下的LaB6热阴极电子枪的JEOL JEM-2010显微镜，以及完成x射线能谱法（EDX）的牛津仪器印加x射线分析系统完成。通过分析由样本主电子束作用产生的X射线特征，在样本中的元素可被确定。TEM样本通过再次悬浮纳米颗粒在乙醇中，以及滴落在有孔的碳涂层网格上（Agar Scientific）被制备。

SEM被用于评估覆盖于微颗粒（即本发明的栓塞颗粒）上的纳米颗粒的大小分布和表面覆盖度。SEM使用工作在主电子束能量3keV下的JEOL JSM-840F显微镜完成，且图像在第二电子图像模式下收集。SEM样本通过在碳用的SEM桩上(Agar Scientific)除尘，及之后覆盖3nm铂层以减小操作中的荷电来制备。

依据本发明的栓塞颗粒的SEM图像在图5和图6中示出、纳米颗粒能在图6中的微颗粒的表面直观示出，示出了纳米颗粒提供将不会破坏微颗粒栓塞脉管系统能力的平坦的覆盖层。

细胞死亡实验-示例1

纳米颗粒和覆盖有纳米颗粒的微颗粒的功效，使用横纹肌肉瘤(RD)细胞系在体外确定。细胞在生长介质中生长（Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM); Aldrich），补充有10%的胎牛血清(Aldrich)，2mM 左旋谷酰胺(Aldrich), 100 U/ml盘尼西林(Aldrich) 和 0.1 mg/ml 链霉素 (Aldrich) ，并在5% CO2 大气37°C下培养。 细胞每隔3到4天传代培养。

RD细胞被播种在2个分离的每个孔板在150μl新鲜介质中的1 ^χ 10⁴ 细胞下的 96孔板上（two separate 96 well plates at 1 ^χ 10⁴ cells per well in 150 μl offresh media），并整晚培养，以使得细胞粘附在板上。第二天细胞板均被治疗，一式三份，（i）1.5mg无掺杂二氧化钛纳米颗粒（1.5mg TiO₂）；（ii）1.5mg掺杂有钆的二氧化钛纳米颗粒（1.5mg TiO₂）；（iii）15mg覆盖有未掺杂二氧化钛纳米颗粒的微颗粒（15mg PS- TiO₂）；（iv）15mg覆盖有掺杂有钆的二氧化钛纳米颗粒的微颗粒（15mg PS- TiO2：Gd）；或（v）作为对照的磷酸盐缓冲盐水（PBS）。第二天，治疗颗粒的细胞的某一板暴露于X射线能量高达150keV的宽光谱下，且具有平均能量在80至90keV和3灰度的剂量，而其他板作为对照（0灰度）未被辐射。在实验的最后一天，细胞增殖通过使用血细胞计数器人工细胞计数来确定。去除介质，在PBS中清洗细胞，且30μl Trypsin-EDTA被用于分离粘连细胞。在确认细胞被分离后，30μl新鲜生长的介质被添加至中和胰蛋白酶，且细胞通过使用光学显微镜计数。细胞被允许在一夜之间恢复，通过人工计数评估细胞死亡（图7）。

实验既示出了单独的二氧化钛纳米颗粒，还示出了二氧化钛纳米颗粒结合微颗粒，在辐射或不在辐射下不会导致细胞死亡（图6,1.5mg T1O₂和15 mg PS-T1O₂）。钆掺杂颗粒在辐射下为惰性的，但在辐射后显示细胞死亡显著增加。

因此可见栓塞颗粒功能化的掺杂纳米颗粒，以产生能够栓塞癌细胞位置或肿瘤的且在暴露于X射线辐射下促使细胞死亡的颗粒。

细胞死亡实验-示例二

细胞培养

纳米颗粒和覆盖纳米颗粒的微颗粒的功效，在从Marican类型培养物保藏(ATCC;Manassas; VA)：横纹肌肉瘤系，RD((ATCC 码CCL-136)和RH30(ATCC 码CRL-7763),以及宫颈癌HeLa系(ATCC码CCL-2)获得的不灭的癌症细胞系上确定。细胞在生产介质内生长（杜尔贝科改善的伊戈尔培养基 (DMEM); Aldrich）补充有10%的胎牛血清(Aldrich)，2mM 左旋谷酰胺(Aldrich), 100 U/ml盘尼西林 (Aldrich) 和 0.1 mg/ml 链霉素 (Aldrich) ，并在5% CO2 大气37°C下培养。 细胞每隔3到4天传代培养。

群体试验

HeLa细胞的烧瓶被播种，细胞培养4小时使之附着。纳米颗粒被添加至合适的烧瓶，并在辐射前整晚培养。随后辐射，细胞在37°C下培养1小时。之后细胞胰蛋白酶化、计数且培养皿播种1000细胞/盘。至少三个培养皿被播种在每个实验条件下。细胞在5% C0²大气中37°C下不干扰培养2周。细胞之后用PBS清洗两次着色，在添加0.5%结晶紫染色至少1小时前使用戊二醛固定30分钟，随后生存群体被计数（>50细胞）。生存部分之后通过分开播种细胞量计数的群体计算，且使用0Gy对照校正集落形成率。

与放射增敏的栓塞颗粒培养后的细胞增殖

RD细胞被种植在两个分离的每个孔板在150μl新鲜介质中的1 ^χ 10⁴ 细胞下的 96孔板上（two separate 96 well plates at 1 ^χ 10⁴ cells per well in 150 μl of freshmedia），并整晚培养，以使得细胞粘附在板上。第二天一式三份的板被制备同时用于细胞类型和治疗，（i）1.5mg无掺杂二氧化钛纳米颗粒；（ii）1.5mg掺杂有钆的二氧化钛纳米颗粒；（iii）15mg覆盖有未掺杂二氧化钛纳米颗粒的微颗粒；（iv）15mg覆盖有掺杂有钆的二氧化钛纳米颗粒的微颗粒；或（v）作为对照的PBS。第二天，治疗颗粒的细胞的某一板暴露于3灰度X射线下，而其他板作为对照未被照射。在之后的24小时，细胞增殖通过使用血细胞计数器人工细胞计数来确定。随后使用Trypsin-EDTA去除粘连细胞。

低氧

在低氧下建立辐射实验

用于评估细胞增殖的低氧实验，使用有0.2%氧气浓度的氮气和5%二氧化碳来实现。2小时前，辐射细胞被移至低氧室，该低氧室与具有上述成分气体且在x射线集上定位于1mm厚度的不锈钢架子同等高度上。在室内，细胞通过放置烧瓶在5mm厚度铝板上端，由围绕板外侧的循环温水加热来保持在37°C下。随后辐射，细胞被转移到维持低氧状态的保温箱。活细胞数量在之后的24小时后通过人工细胞计数来估算。

辐射

X射线曝光在具有0.25mm厚度铜过滤器（半衰减层1.08mm Cu）的250kV（恒电压）X射线下实现，使用校准EBT3 gafchromic胶片以0.57 Gy/每分钟的剂量率测量。在本文所引用的所有剂量指的是带有样本的水的剂量，样本有或没有暴露相同量时间的纳米颗粒。

二氧化钛不透射线颗粒的制造

TaOx纳米颗粒使用下述方法制备。油相通过混合2.3 g 表面活化剂Co-520(Aldrich), 0.75 ml 乙醇 (Fisher) 和20 ml环乙烷 (Aldrich) 并搅拌制造。微乳液之后通过添加250 μl 2 mM NaOH (aq)获得。最终，50 μl乙醇钽 (V)在室温下被添加到微乳液，且培养5分钟。乙醇(Fisher)之后被添加到所述混合物以使得颗粒沉积。颗粒之后通过离心法收集，乙醇清洗三次并整晚用干燥剂干燥。

二氧化钛纳米颗粒整合到微颗粒

聚苯乙烯-TaOx微颗粒通过Ihara等人描述的修正方法来制备。（材料化学和物理.2009; 114(1): 1-5.）用于聚苯乙烯微颗粒的合成。首先，2.5 ml苯乙烯(Aldrich), 2.5ml EGDMA (Aldrich) 和 50 mg偶氮二异丁腈 (AIBN; Aldrich)被混合来制造油相。TaOx纳米颗粒的不同量被混合入油相来制造理论包含0 wt. %, 5 wt. %, 10 wt. %, 20 wt.% and 50 wt. % TaOx纳米颗粒的聚苯乙烯-TaOx微颗粒。油相之后使用超声波探头(SonicVibra-Cell)超声处理一分钟（104W，具有5秒间隔的5秒脉冲），以提高在整个油相的纳米颗粒扩散。油相被添加至包含4 wt. % 聚酯的(乙烯醇) (PVA) (87-90% 水解，平均分子量30,000-70,000; Aldrich)的30ml水相中。混合物在室温下搅拌一小时，然后在60°C下维持24小时。颗粒通过离心法收集，在ddH20中清洗两次，之后在30ml ddH20中再次悬浮，整晚逆流，以去除剩余PVA。颗粒最终通过离心法收集，甲醇清洗两次，在真空下干燥。

结果

掺杂二氧化钛纳米颗粒

火焰喷射热解合成路线

掺杂的二氧化钛纳米颗粒通过上述描述的溶胶凝胶法制备。另外FSP方法也被使用，其具有更适合在临床应用的纳米颗粒大规模生产的优点。FSP合成对于快速和规模化的纳米颗粒合成是一希望技术。前体再高度放热溶剂下溶解/扩散，并在火焰中燃烧。通常大数量产品用于工业，制备有无水产品。颗粒形成机制是基于气体转化物质准则，可被分成四个主要步骤：（i）前体喷射蒸发量/分解量形成金属蒸汽，（ii）在过渡饱和下成核；（iii）聚结和烧结增长;以及（iv）粒子聚集/凝聚。

一系列掺杂Gd-Ti0₂纳米颗粒通过这个方法被制备，本文显示的结果是5 at%掺杂钆样本。

TEM, EDX和XRD 分析在合成的纳米颗粒上进行。TEM图像示出了纳米颗粒的球状的、具有5-20nm的颗粒大小 。XRD分析反映了锐钛矿和金红石相均存在，锐钛矿具有6-8nm晶体大小，金红石具有10-12nm晶体大小。除了锐钛矿和金红石外，没有其他晶体相可分辨，尽管其他Gd相可能仍存在（衍射仪的分辨率可能太低而无法在如此小浓度下检测峰值）。另外，锐钛矿或金红石峰值中没有显著移动可被检测到，当人们期待检测时会考虑在稀土的[6]褶皱配位(rGd3+ = 0.938A compared to rTi4+ = 0.605A)的离子大小。发现500 °C空气中火炉煅烧没有改变颗粒大小和金红石/锐钛矿比率，目的是去除任意碳渣。依据HAADF图像，Gd呈现在纳米颗粒的表面，尽管分辨率有限。5%掺杂样本的XPS光谱与假定存在Gd的情况一致。ICP-MS 结果显示FSP制造材料中Gd含量与具有理论Gd量的10.4 wt% Gd48.4 wt% Ti 的NPs关联度高。

纳米颗粒的完整性

因为游离钆可能对病人有毒，需要检测任何游离钆是否从纳米颗粒表面释放。纳米颗粒在水中培养14天，在1、5、6、8、14天对渗水溶液的游离钆进行评估。取决于它的溶解能力，六水合硝酸钆(III)在试验中被用作正向对照。使用偶氮胂试验，从具有纳米颗粒的样本处收集的渗水溶液未检测到钆。由于偶氮胂试验的检测限制，相同渗水样本还可由ICP-MS分析。此时检测限制为<0.01 ppm，再次检测无钆，表面纳米颗粒结构在水溶液下培养未发生变化，纳米颗粒保持其完整性。

纳米颗粒的辐射增敏性能

纳米颗粒作为辐射增敏剂的能力在使用群体试验下多变。当我们试验的RD和RH30细胞系未能很好形成群体时，HeLa细胞系被使用。生存率的变化（由群体计数确定，并校准集落形成率，PE）是剂量和纳米颗粒质量函数，在图8中示出。未辐射下，对照（(PE_∞n = 0.88 ±0.10）和未掺杂的(PEundoped = 0.72 ± 0.04 )或掺杂的(i¾oped = 0.90 ± 0.009 )二氧化钛之间没有显著不同。3Gy在辐射后，没有纳米颗粒的样本可见的群体数量和培养有二氧化钛纳米颗粒的群体数量间无显著不同。但是，可见在培养无纳米颗粒的样本与那些培养掺杂二氧化钛纳米颗粒的样本之间具有显著(p < 0.05)不同。这确保由FSP制备的掺杂的二氧化钛纳米颗粒，能够与那些由溶胶凝胶技术制备的相比，具有相似放射增敏性能，因此提供大规模生产这些纳米颗粒的方法，用于放射生物学检测和临床使用。

在低氧情况下的放射增敏性

为了调查颗粒在临床相关条件下作为放射增敏剂的能力，纳米颗粒被引入真实的低氧下的细胞，伴有在减少氧气条件下培养和辐射的细胞。

低氧

当低氧模拟物能在细胞中激活相似信号通路，与所观察的相似，源于低氧，这不能阻止直接改变产生DNA损伤的辐射，而使氧气存在于细胞中，可认为这将是氧气作用的主要机制。因此，在氧气减少的情况下，培养细胞中的颗粒行为也是很重要去考察。

低氧

低氧模拟剂能激活细胞内的相似信号通路，与那些由于低氧所观察的相似，这不会阻止直接修改导致DNA损坏的辐射而使得氧气存在于细胞内，这可认为是氧气作用的主要机制。因此在氧气减少的条件下，很重要去观察培养细胞中的颗粒行为。在低氧状况下进行培养于无纳米颗粒的RH30细胞的实验增殖数据显示，相较于无辐射对照样本（图9），随后暴露于5Gy辐射下的细胞没有显著差别。相似地，当细胞由标准对照(P25@Si)培养，且由FSP制备Ti02@Si纳米颗粒，当暴露在5Gy辐射或未辐射时，也需要观察细胞计数。相反地，当培养有Ti02@Gd@Si辐射致敏剂的纳米颗粒的细胞，示出了在无辐射（如期望的）时无差别，而在辐射后观察到辐射后细胞计数显著减少29%（p < 0.05）。

整合纳米颗粒至栓塞颗粒

聚苯乙烯微颗粒的纳米颗粒覆盖层

各种大小的聚苯乙烯微颗粒既可在实验室制备，还可用于商业标准。栓塞颗粒的大小随自其供给肿瘤血的血管直径的范围变化。

平淡的栓塞颗粒被覆盖有对照的二氧化钛纳米颗粒，或覆盖有掺杂的二氧化钛纳米颗粒。许多方法被研究，但发现烧结二氧化钛纳米颗粒至聚苯乙烯的方法是最成功的，如图10所示。具有纳米颗粒的微颗粒的覆盖层由SEM评估。

栓塞颗粒的放射增敏性

二氧化钛覆盖的栓塞颗粒的放射增敏性使用增殖试验在细胞培养基内检测。可见未辐射的对照样本，不使二氧化钛纳米颗粒单独，或不使覆盖有二氧化钛纳米颗粒的聚苯乙烯微颗粒能有效细胞计数（图11）。相等地，掺杂钆的二氧化钛纳米颗粒不能显著影响未辐射对照样本中的细胞数目。

相反地，掺杂钆的纳米颗粒和覆盖有掺杂钆的二氧化钛纳米颗粒的微颗粒，能够在辐射后细胞数目显著减少（相比未掺杂的纳米颗粒，观察到未显著差异）。因此，覆盖有掺杂钆的二氧化钛纳米颗粒的栓塞微颗粒被期待作为辐射致敏剂，此外作为供给肿瘤的氧气和营养物的物理阻塞。

讨论

纳米颗粒合成和描述

本文描述:一规模生产方法，用于放射致敏性掺杂的二氧化钛纳米颗粒；纳米颗粒完整性的显示；在低氧情况下功效的调查，以及进一步作为栓塞微颗粒部分的应用显示。

本文描述了产生纳米颗粒的FSP的使用。粉末具有15-100nm平均颗粒大小（APS），具有30-100 m2/g具体表面积。FSP技术可被用于简单从低成本的单个步骤下启动材料，产生混合的和单个金属氧化物。当为蒸汽相过程时，获得统一的颗粒大小分布。金属羧化物或醇盐被经常用作前体，因而受限的金属杂质或其他不需要的污物如卤化物，将被在终端产品中发现。最终，示出的过程是规模的，且产品能商业可用的。

合成的纳米颗粒在此示出为在7.9和11.7nm之间的直径，伴有较金红石颗粒较小的 锐钛矿颗粒，以及通过EDX确认钆掺杂剂的存在。由FSP制备的掺杂钆的纳米颗粒，随后确认作为细胞培养中的辐射致敏剂，显示在群体生存（图8）和细胞增殖（图9）中均有大减少。进一步测试旨在确保结构未崩塌且稀土元素最终释放。这是重要的，钆处于游离状态下时极度有害的，且为钙通道的有效抑制剂，且具有心血管和中枢神经毒性。已知的钆聚集在肺、骨头、淋巴结；且在老鼠中，GdCb致命剂量(LD50)的中值仅为100-200mg/kg。但是，其螯合形式的钆通常被用于提高对比MRI的组织，且被证明在具有普通肾脏功能的病患中是安全的。数据显示，使用由国家鉴定实验室（USA）或通过ICP-MS推荐的偶氮胂试验，从纳米颗粒中无钆释放。另外由PIXE调查确认纳米颗粒的结构完整性还进一步显示证明无稀土元素释放。

在低氧下纳米颗粒的功效

在含氧量正常的情况下，纳米颗粒显示作为辐射致敏剂，肿瘤细胞通常为含氧量低的或缺氧的。低氧是增强肿瘤侵袭性和治疗抗性中最重要的参数之一。这因为氧气分子是有效的辐射致敏剂。但是，辐射致敏作用不是由于氧气的代谢或生理效应，而反应的事实是氧气是一个在化学反应中极其电子亲和性的分子，使得在吸收电离辐射能量后产生DNA损害。缺氧则能导致辐射治疗功效的显著降低。同样，这与在减少氧气的条件下评估纳米颗粒的功效是有关的。

在真实的低氧下纳米颗粒的行为可被研究。在放疗期间会影响增生和细胞周期进程，但氧气的主要作用是对产生DNA损害降低修复性的辐射的修正，且因此低氧浓度可导致辐射在灭火细胞功效上的降低。在实验期间，细胞在低氧情况下预培养，实验和恢复期也遵循相同含氧条件。尽管，氧气在辐射敏感度的主要作用需要出现在辐射的毫秒期或内，但总的响应似乎被调制到某一程度，通过氧气存在或不存在，来影响细胞对辐射产生损害的响应，以及氧化应激造成的损伤背景值。缺氧机理被示出来消除细胞辐射在低氧下的潜在致命伤害恢复（PLDR）。但是，当回到含氧的条件时，PLDR缺氧的抑制被解除。

本文显示辐射不会导致在二氧化钛纳米颗粒控制的培养细胞中的细胞数目限制减少。但是，掺杂有钆的二氧化钛纳米颗粒仍然在辐射下细胞死亡显著增多。这表明掺杂的二氧化钛纳米颗粒具有如辐射致敏剂的功效，即使是在含氧量低的肿瘤细胞内的情况下。

复合栓塞颗粒的合成

为了增加掺杂的二氧化钛纳米颗粒的功效，复合栓塞微颗粒在平淡的栓塞聚苯乙烯微颗粒的表面上制备，所述栓塞聚苯乙烯微颗粒被覆盖有辐射致敏剂的纳米颗粒。为获得微颗粒好的覆盖率，许多方法尝试用于纳米颗粒的附着。第一种方法是一步法，使用甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MS）来将二氧化钛固定在聚苯乙烯球表面，在微颗粒共聚反应的过程期间。但是，在合成反应期间，发现MS覆盖层抑制二氧化钛辐射致敏剂纳米颗粒的UV光活性，并通过外推能够产生X射线激发的ROS。第二种方法使用带正电荷的聚电解质PDADMAC静电地将二氧化钛纳米颗粒结合至预制备的聚苯乙烯球体的表面。可获得合理的覆盖率，但仍需关心二氧化钛颗粒可从聚苯乙烯球上分离，在体内释放。在本文所述的纳米颗粒中，血流中的酶潜在引起PDADMAC电解质电解，且二氧化钛纳米颗粒从栓塞颗粒的表面释放。

产生PS-二氧化钛颗粒的最终且最成功的方法，利用烧结方法。预制备的聚苯乙烯球体悬浮在二氧化钛熔池中，且之后加热至165°C；聚苯乙烯球体的玻璃转化温度。在165°C下烧结所述聚苯乙烯二氧化钛混合物，导致二氧化钛纳米颗粒覆盖于微颗粒上的覆盖率大约为70%，而当升高烧结温度至200°C和230°C时，覆盖率增加到100%。保持烧结温度低于260°C是重要的，在这个温度点聚苯乙烯开始随质量下降开始降解。保持燃烧时间和温度在最小值是所必要的，因为二氧化钛纳米颗粒的晶体结构可能被不利影响。（作为对照，解放的纳米颗粒依照相同烧结步骤，且显示在烧结前和后的活动无明显差异（(p>0.05））。掺杂的二氧化钛纳米颗粒和PS-二氧化钛栓塞颗粒的抑制细胞增殖的能力，在RD细胞系上体外检测。用Ti02:5%Gd辐射致敏剂的纳米颗粒的细胞中活细胞数目有非常显著的减少，对比对照细胞（未与纳米颗粒培养），而接收相同剂量辐射。在培养有Ti02:5%Gd辐射致敏剂的细胞和，未辐射或3Gy辐射的细胞之间，存活细胞数也有很大差异。

第一时间，辐射致敏性的栓塞颗粒被证明，其在无辐射下为惰性的，但能使用X射线激活以增强细胞杀死。辐射致敏剂的栓塞颗粒此处还示出一验证概念，且进一步被修改用于更大应用。肿瘤血管的大小和平淡的栓塞颗粒的大小的范围，可随易于提供的血管闭塞的最大大小变化。另外，多通道栓塞颗粒可除了改变表面产生辐射致敏剂外，可通过增加荧光标记或MRI造影剂至微颗粒的中心被制造。微颗粒还包括显像剂如荧光剂，或重金属如作为X射线造影剂的钽（非磁性的，则允许病人忍受MRI），或化疗栓塞混合物（介孔硅纳米颗粒和二氧化钛纳米颗粒的混合物）。

Claims (52)

1.一栓塞颗粒，包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含一掺杂一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。

2.根据权利要求1所述的一栓塞颗粒，其中，金属氧化物为二氧化钛。

3.根据权利要求1或2所述的一栓塞颗粒，其中，一种或多种稀土元素选自Sc, Y, La,Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 和Yb。

4.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，一种或多种稀土元素选自Gd,Eu, Er 和Nd ，其中优选为稀土元素Gd。

5.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，所述金属氧化物掺杂有两种或更多种稀土元素。

6.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，所述金属氧化物掺杂有一种或多种稀土元素，其相对于金属氧化物量的总量从0.1至25mol%。

7.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，所述纳米颗粒具有小于200nm的平均直径。

8.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，所述微颗粒具有1-500 μm的直径。

9.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，所述微颗粒具有10-200 μm的直径。

10.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，微颗粒包含一种或多种选自聚合物、金属、无机化合物的材料。

11.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，微颗粒包含一种或多种选自聚烯，聚丙烯酸酯，聚酯和聚醚的聚合物或共聚物，优选地，其中聚合物或共聚物是交联的。

12.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，微颗粒包含由苯乙烯单体单元形成的聚合物或共聚物。

13.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，纳米颗粒的覆盖层厚度为10-300nm。

14.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，栓塞颗粒还包含多个不透射线的纳米颗粒。

15.根据权利要求14所述的一栓塞颗粒，其中，不透射线的纳米颗粒整合到微颗粒。

16.根据权利要求14或15所述的一栓塞颗粒，其中，不透射线的纳米颗粒包含氧化钽、金或铋(III)硫化物，优选包含氧化钽。

17.根据前述任意一权利要求所述的一栓塞颗粒，其中，所述栓塞颗粒还包含化疗剂。

18.根据权利要求17所述的一栓塞颗粒，其中，所述栓塞颗粒还包含多个包含化疗剂的纳米颗粒。

19.根据权利要求18所述的一栓塞颗粒，其中，包含化疗剂的纳米颗粒覆盖在微颗粒的表面。

20.根据权利要求17-19之一所述的一栓塞颗粒，其中，包含化疗剂的纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。

21.一组合物，包含多个栓塞颗粒，其中每个栓塞颗粒包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈。

22.根据权利要求21所述的一组合物，其中，栓塞颗粒为权利要求2-20之一定义的栓塞颗粒。

23.根据权利要求21或22所述的一组合物，其中，所述栓塞颗粒具有10-200μm的平均直径。

24.一药物组合物，包含多个如权利要求1-20之一定义的栓塞颗粒，以及一种或多种可药用的赋形剂或稀释剂。

25.一如权利要求1-20之一定义的栓塞颗粒，结合X射线辐射或质子束辐射用于癌症治疗。

26.根据权利要求25所述的一栓塞颗粒，用作前述权利要求所定义的，其中所述癌症为肺，肝脏，肾，膀胱，乳房，头部和颈部，大脑，卵巢，前列腺，肠，结肠，直肠，子宫，胰腺，眼睛，骨髓，淋巴系统或甲状腺的癌症。

27.根据权利要求25或26所述的一栓塞颗粒，用作前述权利要求所定义的，其中所述癌症与包含低氧肿瘤细胞的肿瘤组织有关。

28.一如权利要求21-23之一定义的组合物，结合X射线辐射或质子束辐射，用于如权利要求25-27之一定义的癌症治疗。

29.一如权利要求24定义的药物组合物，结合X射线辐射或质子束辐射，用于权利要求25-27之一定义的癌症治疗。

30.根据权利要求28所述的组合物，或根据权利要求29所述的药物组合物，用作前述权利要求所定义的，其中结合X射线辐射或质子束辐射的癌症治疗包括：

不经肠道施加组合物或药物组合物给待治疗的个体；

定向X射线辐射或质子束辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置。

31.根据权利要求28所述的组合物，或根据权利要求29所述的药物组合物，用作前述权利要求所定义的，其中结合X射线辐射或质子束辐射的癌症治疗包括：

a）施加组合物或药物组合物给待治疗的个体；

ai）允许栓塞颗粒聚集在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置，并在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置栓塞脉管系统；

aii）选择性地检测栓塞颗粒在癌细胞或肿瘤组织上的位点或位置上的存在；以及

b）定位X射线辐射或质子束辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置，从而激励纳米颗粒中的金属氧化物产生在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置下的活性氧物种。

32.根据权利要求28-31之一所述的组合物或药物组合物，用作前述权利要求所定义的，其中X射线辐射能量大于或等于0.05MeV。

33.根据权利要求30-32之一所述的组合物或药物组合物，用作前述权利要求所定义的，其中包括静脉注射地施加组合物或药物组合物至待治疗的个体。

34.根据权利要求33所述的一组合物或药物组合物，用作前述权利要求所定义的，其中包括静脉注射地施加多个组合物或药物组合物进入待治疗主体的血流中的癌细胞或肿瘤组织的位点或位置当下或之前。

35.一治疗个体癌症的方法，包括：

施加如权利要求1-20之一定义的栓塞颗粒至个体，或施加如权利要求21-23之一定义的组合物至个体，或施加如权利要求24定义的药物组合物至个体；以及

定位X射线辐射或质子束辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置。

36.根据权利要求35所述的方法，包括：

施加权利要求21-23之一定义的组合物或如权利要求24定义的药物组合物至上述个体；

ai）允许栓塞颗粒聚集在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置，并在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置栓塞脉管系统；

aii）选择性地检测栓塞颗粒在癌细胞或肿瘤组织上的位点或位置上的存在；以及

定位X射线辐射或质子束辐射于癌细胞或肿瘤组织的位点或位置，从而激励纳米颗粒中的金属氧化物产生在癌细胞或肿瘤组织的位点或位置下的活性氧物种。

37.根据权利要求35或36所述的方法，其中X射线辐射能量大于或等于0.05MeV。

38.根据权利要求35-37之一所述的方法，其中所述癌症为肺，肝脏，肾，膀胱，乳房，头部和颈部，大脑，卵巢，前列腺，肠，结肠，直肠，子宫，胰腺，眼睛，骨髓，淋巴系统或甲状腺的癌症。

39.根据权利要求35-38之一所述的方法，其中，所述癌症与包含低氧肿瘤细胞的肿瘤组织有关。

40.根据权利要求35-39之一所述的方法，其中，所述施加为不经肠道地施加。

41.根据权利要求35-40之一所述的方法，其中，静脉注射地施加栓塞颗粒、组合物或药物组合物至个体。

42.根据权利要求35-41之一所述的方法，其中，静脉注射地施加所述栓塞颗粒、组合物或药物组合物进入待治疗主体的血流中的癌细胞或肿瘤组织的位点或位置当下或之前。

43.如权利要求1-20之一定义的栓塞颗粒、如权利要求21-23之一定义的组合物、如权利要求24定义的药物组合物的使用，用于结合X射线辐射或质子束辐射，如权利要求25-27之一定义的癌症治疗的药物生产。

44.根据权利要求1-20之一定义的栓塞颗粒，用于栓塞治疗方法中。

45.根据权利要求21-23之一定义的组合物，用于栓塞治疗方法中。

46.一制造栓塞颗粒的方法，所以栓塞颗粒包含覆盖有多个纳米颗粒的微颗粒，纳米颗粒包含掺杂有一种或多种稀土元素的金属氧化物，其中所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌或二氧化铈，

方法包括：

提供一微颗粒；

将微颗粒与多个纳米颗粒接触；以及

加热微颗粒与纳米颗粒，以形成栓塞颗粒。

47.根据权利要求46所述的方法，其中，

所述栓塞颗粒为如权利要求2-20之一定义的栓塞颗粒；

所述纳米颗粒为如权利要求2-7之一定义的纳米颗粒，或

所述微颗粒为如权利要求8-12之一定义的微颗粒。

48.根据权利要求46或47所述的方法，其中，（iii）包括将微颗粒与多个纳米颗粒混合。

49.根据权利要求46-48之一所述的方法，其中，微颗粒包括一聚合物，以及（iii）包括在高于聚合物玻璃转化温度的温度下加热微颗粒和纳米颗粒。

50.根据权利要求46-49之一所述的方法，其中，（iii）包括在150°C - 300°C的温度下加热微颗粒和纳米颗粒。

51.根据权利要求46-50之一所述的方法，其中，还包括通过包括火焰喷雾热解法的方法制造所述多个纳米颗粒。

52.一栓塞颗粒，通过权利要求46-51之一定义的栓塞颗粒制造方法获得。